從製磚工人到世界級科學家 — 專訪混凝土專家李宗津教授

文│黃首豪
圖│何杰平、部分圖片由受訪者提供

萬丈高樓從地起,再高的大樓都離不開一樣重要的材料──混凝土。今年獲美國混凝土學會頒授科研終身成就獎「亞瑟.安德森獎章」的澳門大學應用物理及材料工程研究所講座教授李宗津,年輕時曾做過製磚和農務工作,後來卻走上科學之路,成為世界級混凝土專家。李教授總結他的成功之道時說:「我只是把別人喝咖啡的時間都用在工作上。」

成才之路

李宗津教授是「亞瑟.安德森獎章」設立45 年以來第一位獲此殊榮的中國科學家,表彰他為世界各地基建、教學和研究上作出的卓越貢獻。作為世界最頂尖的混凝土專家,李教授的成長經歷值得晚輩學習,同輩敬佩。

李教授初中時遇上文革,沒法接受正規教育,先是上山下鄉,在農村做了兩年半農務工作,後來又到礦場的磚瓦廠製作磚瓦,但他受魯迅「我只是把別人喝咖啡的時間都用在工作上」的態度影響,在勞碌的礦場工作後,把別的礦工用來打牌的時間全部用來閱讀借回來的書籍,「想要做出成就,就要比別人有更多付出和努力,當機會出現時才能緊緊把握在手中。」

李教授年輕時有收集名人金句的習慣,尤其是當他在面對生活的困難,這些佳句往往能幫他渡過困境,其中一句他最喜歡的金句就是「勤奮成就生活之美」。因為努力不懈的學習,當國家在1977 年恢復高考後,他於1978 年考上了浙江大學,之後讓他人生出現翻天覆地的改變。

李宗津教授樂於指導晚輩

看到混凝土的研究機遇

李教授在年輕時吃了很多苦,培養出堅毅不拔的精神。他由進入浙江大學,到後來赴美國西北大學做研究生時都比別人更能吃苦。求學期間,李教授發現混凝土作為世界上應用最廣,使用量最大的建築物材料,卻沒有人重視混凝土研究的重要性,「全世界每人一年最少消耗2500 到3000 公斤混凝土,這個消耗量比我們消耗的糧食更多。由於混凝土得來太容易,很少受到注視。」李教授看到這項研究的發展空間,因而埋首苦幹研究如何把混凝土的性能做得更好同時降低造價,他指出混凝土是一種複合材料,比一般金屬材料結構更複雜,人類對金屬材料的研究和認識遠比混凝土多。

2009 年,李教授獲國家科技部委任成為「973 計劃」中唯一一位混凝土研究專案的首席科學家,研究出符合環保原則,但韌性與耐久性高的現代混凝土,其研究團隊研發的混凝土技術在京滬高鐵、田灣核電站、泰州大橋、崇啟大橋等工程項目均得到應用。

研究混凝土大半生,李教授形容混凝土的特別之處在於研究尺度的跨度非常大:「要瞭解鋼鐵的建構,一般情況下觀察其原子排列就可以,但混凝土的研究尺度跨度約有10 的14 次方,從納米的水化產物觀察到數公里長的大橋監測。我們通過納米科學對水化產物的認知,可以在納米的尺度上有意識地改進混凝土的特質,透過人為的方式加入有機或無機的納米顆粒,在非常小的尺度改進混凝土的微結構,使它的宏觀性能符合我們要求,例如增加結構的抗彎、抗衝擊性能。」

李教授現時與應用物理及材料工程研究所助理教授孫國星所做的研究,通過納米技術,對有機材料水凝膠加入5 納米大小的無機顆粒,可以做出世界上綜合性能最好的水凝膠。同時間,他們利用一些有機或無機的顆粒應用到混凝土中,可以讓抗壓強度不變的情況下,使混凝土的抗彎強度提高三倍。

博彩研究所增設的博彩實驗室,猶如模擬賭場。

把不同學科交叉結合

在研究混凝土上作出卓越建樹,李教授感謝當年在美國西北大學碩士及博士的指導老師S.P. Shah教授。李教授當年在導師的帶領下看到不一樣的視野,「在美國時受到啟發,看到當時不只有木土系的學生做混凝土研究,也有化學系、物理系、材料學系的學生參與,讓研究團隊可以在不同的角度與專業領域下對待研究課題。後來我就把這個建立團隊的模式應用到自己的研究中。」

「招收學生時我們注意到不同學科的交叉,以前會隔行如隔山,現在我把各個山頭都拉成一塊,在各自的基礎上進行交流,發現效果非常好,例如我們原本要開發一套軟件應用到實驗上,如果由我們土木背景的人來開發就會非常吃力,但有了電子系的學生,很快就把軟件發展起來,讓研究進度快了很多。如果我只站在木土工程材料的角度去研究混凝土,很難去擴展混凝土的應用範圍,但我與不同學科交叉起來,視野就大大開闊,研究空間也就大大擴充。

看到澳大的機遇

李教授在香港科技大學工作了22 年,曾任港科大工學院副院長,現任澳大應用物理及材料工程研究所講座教授,李教授說:「我看到這些年來澳大的發展迅速,吸引了來自世界各地的專家學者,這個情境就像我剛到港科大的時候。在這個環境下,我看到澳大會有很大的發展空間,所以就加入澳大。」

水浮式風力發電機實驗模型

研發新型風力發電機

李教授現時在澳大正進行一項跨領域的研究,他說:「澳門的風力資源不錯,我希望充分利用這個資源,研發出新型的風力發電機並設立在校園中。我們現在正研發一部功率約1000 瓦,葉片與葉片的距離約3.2 米的水浮式風力發電機,這座水浮式風力發電機有別於傳統塔式風力發電機,設計是利用阿基米德定律,用液體浮力來支撐風力發電機的垂直重量,簡單說就像把風車平放在水面上,從而減少葉片轉動時的阻力,也減少機件的磨損,而當中的葉片更可以用混凝土製造。」

他形容實驗樣機如果成功組建,一年可以產生4000 到5000 度電,足夠一個小型辦公室的照明需要。李教授談到未來研究計劃時,興奮地說:「未來希望得到企業投資,讓參與研究的學生與企業結合,深化研發,做一台發電功率更大的風力發電機。」

水泥基的壓電傳感器,可監測汽車流量、行車速度和車重。

新研究為智慧城市作貢獻

另外,為了配合特區政府推動澳門智慧城市發展的施政目標,澳大現正籌備第三個國家重點實驗室,開展大數據研究,李教授正參與其中,利用水泥基的壓電傳感器作交通監管。「原理類似手機觸控熒幕,當有車輛經過裝有壓電傳感器的馬路,傳感器表面會產生電荷,通過收集這些信息便可以計算出馬路上的汽車流量、行車速度和汽車重量,透過收集和整合這些數據組成物聯網,便可實時監測交通狀況,為澳門發展智慧城市作貢獻。

第17期 | 2017年

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2019-11-26T12:53:17+08:00