刘尚合,中国工程院院士、我国静电安全工程学科的奠基者和开拓者,全国科学大会奖、中国人民解放军专业技术重大贡献奖、中国静电研究与应用重大贡献奖和何梁何利基金科学与技术进步奖获得者,被评为全国优秀教师、全军优秀教员、全军英模代表,荣立一等功1次、二等功1次、三等功2次。
晚上七点半回到家,刘尚合照例一头钻进了书房。正在做传统面食柿子饼的老伴赵香莲对此早已习以为常:“不知道时间,他根本不知道时间。”
听了老伴的唠叨,刘尚合一笑了之。对他来说,如果生命中有个抹不去的符号,那一定是激情。50多年的科研之路,心中不断涌动的激情让刘尚合忽略了时间,忽略了年龄。
作为中国工程院院士、我国静电安全工程学科的奠基者和开拓者,刘尚合一直都在与一个“幽灵”战斗。这个“幽灵”叫静电,它来无影、去无踪,却频频扮演“杀手”角*,导致电发火装置及易燃易爆物意外发火、爆炸,令人防不胜防。
刘尚合与静电结缘于30多年前。1983年,在军械工程学院从事基础物理教学的刘尚合被国内外一连串由静电引发的伤亡惨剧所震惊。身为军人的刘尚合敏锐地意识到:“只有彻底攻克这一难题,追踪降伏静电这个‘幽灵’,才能真正确保武器弹药安全。”也就是那一年,刘尚合离开了奋斗10多年的半导体离子注入研究领域,踏上了追踪静电“幽灵”的科研之路。
在一无科研资料、二无试验设备、三不懂弹药原理的情况下,选择“静电与弹药”这一危险而又陌生的科研领域,需要多大的勇气?回忆起当年的选择,刘尚合说:“为探索未知领域,我愿意重当一名小学生。”
话虽这样说,但刘尚合永远不会忘记,那是一段怎样的艰难岁月:长时间处于超剂量有害气体和射线辐射的环境,让他的白血球值一度从正常的5000下降到2000;长期超负荷工作,让这个身高1米80的大高个儿体重锐减到60公斤……
鏖战近千个日夜,刘尚合在防静电危害研究方面终于初露锋芒:在国内首次提出使用物理和化学方法相结合的材料改*技术,一举达到国际先进水平;撰写的论文《聚合物材料防静电改*研究》在国际学术会议上一鸣惊人,专家们一致认为该项研究开辟了人类防静电危害的新途径。
在大量实验数据基础上,刘尚合首次提出了“信号自屏蔽——电荷耦合”动态电位测试原理,并和同事们一起成功研制出静电电位动态测试仪等5种仪器。经过反复理论推算和仪器精密实验后,刘尚合得出的结果高于英美专家认定的数值。
如何才能证明自己推测结果的科学*?只靠理论计算显然不行,动物皮毛实验又能否达到人体的效果?为了尽早打通科研瓶颈,刘尚合大胆提出对人体直接进行高电压实验,并提议由他自己亲身来完成。
实验如期进行。助手们通过专门仪器,让电压从2万伏起步进入刘尚合的身体,他的头发、汗毛一根根竖了起来。4万、5万……已达到国外资料认定的最高值。助手们停了下来,但刘尚合却毫不犹豫指挥下令:继续加压。5.5万、6万、7万……静电电位测试仪的荧屏上显示,他身体上的静电电压已经达到7万1千伏。刘尚合一边紧盯着仪器,一边镇定地指挥着助手,同事们的心都提到了嗓子眼儿。
这是一个可以载入史册的时刻——人类首次测定并验证了人体静电电位的极端值!
弹药火工品在储存和运输过程中存在突燃突爆的“反常发火”现象,是困扰世界军事领域几十年的一道难题。由刘尚合主持的“弹药防静电理论与技术研究”项目,一举获得了国家科技进步一等奖。就这样,一次次无畏面对挑战,一项项成果相继问世,刘尚合也一步步登上国际静电研究领域的高峰。
“在与静电较量的路上,我从未想过放弃。”今天,刘尚合带领着落户军械工程学院的电磁环境效益国家级重点实验室,不断迈向新的征程。
刘尚合为什么敢于尝试7.1万伏的高压
要消除静电危害,就必须解决人体等静电导体的静电起电和放电问题。在干燥的季节,当脱衣服或用手去触摸金属体时会产生轻微的电击感,可你是否知道,这时的你身上已经带上了几千伏甚至上万伏以上的电压。人体已经成为了一个极度危险的静电源。
但人体静电电位的极端值是多少呢?只有准确测出这一极端值,才能真正保证弹药的安全。
此前,美国专家认为人体静电电位极端值是4万伏,英国人认为是5万伏。刘尚合通过理论推算认为,在我国北方的仓储和勤务处理条件下,人体的静电极端值肯定会高于5万伏。但是理论推算不能代替科学实验。
于是刘尚合提出采用“非静电力作功———变容升压”人体高电压实验方法,在实际勤务条件下,对人体直接进行高电压实验。这项实验前人还从未做过。而当时55岁的刘尚合,郑重要求由他来亲自接受这一人体实验。
2万伏的高压注入了刘尚合的身体,一切正常;3万伏、4万伏、5万伏,电压一步步升高,静电电位测试仪的荧屏上显示,他身体的静电电压达到了7万1千伏。
“当你把手往外一伸,汗毛就竖起来了,就像是碰到蜘蛛网,感觉痒痒的。”经常会有人问起身体被注入7万1千伏的电压会有何感觉,他总是这样轻描淡写地回答,同时不忘补充一句:“实验前,我做了大量的分析准备工作,有十足的把握。”
“一切皆在掌控之中,科研也需有勇有谋。”这位文职军人并非一介莽夫。
面对这样一名智勇双全的对手,静电在与他的过招中只得甘拜下风。
关于静电电压的一些小知识
设备或人体上的静电最高可达数万伏至数十万伏,在正常操作条件下也常达数百至数千伏,人体由于自身的动作及与其它物体的磨擦或感应等因素,可以带上几千伏甚至上万伏的静电。
静电的高低主要取决于周围空气的湿度。在不同湿度条件下,人体活动产生的静电电位有所不同。冬天空气过于干燥,人体皮肤和服装之间还容易产生静电,高者瞬间静电压可达上万伏,造成人体不适。有人对日常生活产生的静电做过调查和实测,在地毯上走动可产生1500~35000伏静电,在乙烯树酯地板上走动时可产生250~12000伏静电,室内*在椅子上一蹭就会产生1800伏以上的静电,从沙发上起来时,人体静电可高达1万多伏,脱化纤衣服时的静电电压可高达数万伏。