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张恩虬

张恩虬个人资料:张恩虬,电子学家。中国科学院院士。长期从事电子物理及电子器件的研究工作。深入研究了热电子发射的机理和磁控管的工作原理,对发展中国的阴极电子学和微波器件作出了重要贡献。……
资料更新时间:2021-07-17 21:21:16

一、个人简介

张恩虬,电子学家。中国科学院院士。长期从事电子物理及电子器件的研究工作。深入研究了热电子发射的机理和磁控管的工作原理,对发展中国的阴极电子学和微波器件作出了重要贡献。

二、基本资料

中文名:张恩虬

国籍:中国

民族:汉族

出生地:广东省广州市

出生日期:1916年10月26日

逝世日期:1990年5月7日

毕业院校:清华大学

主要成就:中国科学院院士

三、人物经历

成就

清华大学

1916年10月26日 生于广东省广州市。1934—1938年 清华大学物理系毕业。

1938—1940年 任西南联合大学教师。

1940—1945年 重庆国民政府国防部兵工署弹道研究所工作。

1945—1947年 赴英国马拉德电子管公司学习。

1947—1951年 任广州岭南大学物理系副教授。

1951—1956年 任东北科学研究所和中国科学院机械电机研究所副研究员。

1956—1978年 任中国科学院电子学研究所研究员。

1978—1990年 任中国科学院电子学研究所副所长,研究员。

1990年5月7日 逝世于北京。

张恩虬,1916年出生于广州。父亲是一位中学语文教师,擅长古典文学和书法,在其父亲的影响下,他从小爱好中国文学,通晓古汉语和诗词。上中学后,大自然的奥秘吸引了他,很快喜欢上了自然科学。1934年,他考入清华大学物理系。1937年“七七”事变后,北京大学、清华大学和南开大学合并成西南联合大学。

他1938年毕业,因成绩优秀被留校任教,在孟昭英教授指导下,于1939年在昆明召开的物理学会年会上,发表了他的第一篇论文《集束功率管的负载特性》。

1940年,抗日战争进入持久战时期,张恩虬受到全国抗战的爱国主义教育,决心用自己所学的知识为抗战贡献一份力量。他转到重庆国民政府空军军官学校教无线电课,后又到重庆兵工署弹道研究所工作。在此期间,他写出了“迫击炮膛内弹道学”的研究工作报告,设计出一个炮口稳定器,以保证炮弹出口时有准确的方向,支援了抗战。

1945年,张恩虬考取公费留学资格,赴英国马拉德电子

管公司进修。1947年回国后,在广州岭南大学物理系任副教授,讲授电磁学、无线电学和近代物理等课。中华人民共和国成立后,张恩虬响应党和国家发展科学事业的号召,放弃了南方家乡的舒适生活,北上长春,先后在东北科学研究所和中国科学院机械电机研究所任副研究员,致力于电真空器件的研制。那时,他和他所领导的科研小组成员,不避极其艰苦的工作条件,因陋就简,修旧利废,将原有的破旧器材利用起来,制造出一些电子管(如80,5Y3GT,12A,12F,47B管等),并于1954年,研制成功了中国第一支实验型示波管。这些工作在当时情况下,都对相关科学技术的发展起了雪中送炭的作用。

1954年,张恩虬被中国科学院派到清华大学帮助建立电子管专业,培养了一批教师和数名研究生,为开创中国电子学专业的高等教育事业作出了努力。

1956年,国家制订了十二年发展科学技术发展远景规划纲要,决定成立电子学、半导体、计算技术和自动化等研究所。张恩虬被调到北京,参加中国科学院电子学研究所的筹备工作,他主要负责筹建电子物理实验室,并帮助建立电子光学和气体放电实验室。1956年,因工作成绩出色被晋升为研究员。从那时起到1978年;他任该所的电子物理实验室主任。1978年,他出任中国科学院电子学研究所副所长和所学术委员会副主任,1980年被选为中国科学院技术科学部学部委员(现改称为院士)。

张恩虬于1951年参加中国民主同盟,1978年参加中国共产党。他曾任北京市政协第三、四、五、六届委员。他是中国电子学会会士,《电子学报》编委会委员。

四、研究方向

张恩虬主要从事电子发射、电子管和微波器件等方面的研究工作,是中国最早从事热电子发射理论和磁控管工作机理研究的学者之一。他主张在中国经济还不发达的情况下,研究课题应从生产中来,再反回去为生产服务。50年代中期,开始起步的中国电子管制造工业首先遇到的是整流管打火的难题。他急国家之所需,组织人力对这一问题进行了研究,发现管子启动时的冷打火是由于氧化物阴极激活不好和发射不够均匀所致,从而圆满地解决了这个问题。他领导并亲自参加了多项国防任务的攻关。50年代末,国防上急需一种近爆引信用的小型气体放电管,他组织了一个精干的科研小组,很快研制出性能合格的管子,满足了需要。60年代初,国内磁控管生产得到发展,有关“磁控管寿命”、“磁控管频谱漏线”等问题相继提出。他领导的电子物理实验室,立即了这方面的研究。在他总结出的《氧化物阴极长脉冲性能的研究》的论文中,提出了使用氧化物阴极的磁控管,其寿命短的主要原因是大电流密度的电子轰击使氧化物阴极涂层分解所致。在以难熔盐为活性物质的钡钨阴极用于磁控管后,寿命增长了,但又出现了磁控管的频谱漏线问题。他随之又亲自参加了这一课题的研究,组织了一系列的专题试验。他们在此期间完成的管内的残气分析、阴极次级发射系数测定、在电子轰击下阴极活性物质的分解等成果,为最终解决这个课题提供了重要的实验数据。

1966年,全国开始“文化大革命”,一些实验无法继续进行。这时,张恩虬采取两种方法继续从事研究工作,一是到图书馆读书,广泛收集国内外(特别是国外)的资料;二是深入工厂第一线,和工人及工程技术人员讨论,将所得的资料、观察到的现象以及过去实验的数据,通过分析、综合和归纳,作出理论上的假设推论。这个被称之为“思想实验”的方法,为他以后的学术研究增添了力度。他于70年代中期相继发表的《关于热电子发射理论的评述》三篇论文,提出并完善了热电子发射的动态表面发射中心理论,他的另一篇论文《磁控管基本问题的解释》,使脉冲磁控的工作原理有了进一步发展。此后,他又相继在国内外发表了40余篇学术论文。这些都对电子学的发展作出了重要贡献。

1961年,张恩虬作为中国电子学专家参加了中国科学院赴苏联科学考察团,后又到原德意志民主共和国和捷克斯洛伐克考察电子学的发展状况。为了加强国际学术交流,他参加了全苏第九届(1959年)和第十一届(1963年)发射电子学会议,分别发表了《炭酸盐压制钡钨阴极的研究》和《氧化镁冷阴极的某些特性》论文;1979年参加欧洲第九届(1979)微波会议,发表了《磁控管问题的解释》论文;1984年,参加了在美国旧金山举行的国际电子器件会议,发表了《多层压制钡镍阴极》的论文。这些代表中国电子科学工作者所获成就的论文,受到了与会者的好评。

张恩虬在电子学领域的成就,特别是对磁控管工作原理的进一步发展和对热电子发射理论的论述都达到了世界水平。1978年,他获得了全国科学大会成果奖。

脉冲磁控管是一种用于雷达的超高频振荡电子管,具有功率大、效率高、体积小和重量轻等优点。自本世纪30年代开始,已广泛应用于航空、航海、气象和防空等领域。但是其性能不稳定,使用寿命短,成为当时电子学界普遍关注和着力解决的问题。1960年,电子学研究所接受这项任务后,张恩虬多次深入工厂和雷达站,详细考查磁控管的生产和使用状况,采用厂所协作的形式进行了一系列实验,为磁控管生产成品率的提高提供了很多有用的数据。在“文化大革命”期间,在无法进行实验室研究的情况下,只得以前述的“思想实验”的方法,运用他的智慧和经验,了对磁控管的起振过程的深入研究。他依此写出并发表的十多篇论文,为解决脉冲磁控管稳定性问题提供了理论依据。

在张恩虬所提理论的启示下,中国科学院电子学研究所曾先后研制出钨酸盐阴极、钪酸盐阴极、镱酸盐阴极以及覆铼膜阴极等。把这些阴极应用于磁控管均获得了良好的效果。

张恩虬对磁控管工作原理的论述,解决了国际上在磁控管工作中长期存在的理论问题。在国内,他多次到工厂给有关的工程技术人员做学术报告,和他们一起讨论,改进磁控管设计。他提出的动态老炼工艺,还有力地促进了磁控管的研究和生产。

五、热电子发射

大家知道,在电视机的显像管里,无论是彩色的或黑白的显像管,都是用氧化物阴极供给电子的。从1904年发现氧化物阴极后,一直还在全世界上广泛应用。这种阴极看起来很简单,它的原料是氧化钡、氧化锶、氧化钙,把它们混合起来涂覆在金属镍基底上,一加热就发射出电子来。问题在于这类电子是如何发射出来的。30年代中期,英国的福勒和苏联的吉洪诺夫同时提出了用半导体理论来解释氧化物阴极热电子发射的理论,且迄今仍广为国内外有关学者所引据。众所周知,用半导体能带理论指导晶体管的发展是非常成功的。但是,用半导体能带理论来解释氧化物阴极的发射机理,有很多现象都不能解释,特别是用近代一些大型表面分析仪器来研究,所得的结果与半导体理论根本不符合。张恩虬根据国内外的研究结果和自己积累的实验数据,在他于70年代中期发表的三篇《关于热电子发射理论的评述》论文中,列举了许多重要的实验,证明氧化物阴极的电子发射不是体内氧缺位为施主的半导体模型。尽管福勒所推出的半导体公式没有错,但他所依据的前提不对,所以不能解释氧化物阴极的发射机理。张恩虬提出,一切激活型热阴极的电子发射都是一种表面现象,而不是体内现象;且实验表明,在工作温度下,氧化物阴极的体内是缺乏高能的自由电子的。张恩虬认为,用半导体模型描述氧化物阴极和用单原子层偶极子理论描述钡钨阴极发射机理这种二元论是错误的。他根据实用热阴极发射电子不均匀的事实,提出了热电子发射的动态表面发射中心模型。

六、模型主要内容

这个模型的主要内容是:

①电子发射来源于一个原子集团,在这个集团中,当运动中的电子具有瞬时的最高能量或集团的原子核吸引达到最小时,便产生电子发射。超额钡是提供高能电子的根源。②氧按其在原子团中的相对数量和相对位置而分别起着有益和有害的作用,即氧的一分为二的性质。

③在热阴极中,虽然锶、钙铝酸盐和钨酸盐等发射物质只起次要作用,但它们对蒸发、徙动和传递电子等都有影响。

七、发表论文

1984年,张恩虬又发表了《关于钡系统热阴极的电子发射机理》论文,进一步阐述了表面动态发射中心理论。他指出,在氧化物阴极中,钡吸附在碱金属氧化物上,在钡钨阴极中,钡吸附在铝酸盐或钨酸盐等上,都可以形成发射中心。发射中心应该大到足以屏蔽基金属所产生的势场,但又应小到有利于电子从基金属到中心的传递。这篇论文还对表面发射中心的组成和动态性质进行了论述。

张恩虬提出的阴极表面动态发射中心理论与最新表面分析仪器所测得的数据相吻合,可以解释很多热阴极在实验中所观察到的现象,从而有力地促进了这一学科的发展。这个理论提出之后,逐渐被越来越多的人所承认;用该理论对偶极子理论的批判也已得到一些同行的支持;这一理论中关于氧作用的二重性的假设已被很多实验证实。国内已有专著对这一理论进行了介绍,各大专院校的专业教科书都编入了这一理论。在这个理论的启示下,中国科学院电子学研究所已研制出许多新型的实用热阴极。如贮存式氧化物阴极,长寿命氧化物阴极,复合式氧化物阴极,多层压制钡镍阴极,镧钨阴极以及前面所述的几种钡钨阴极。这些阴极都得到了广泛的应用,在科研、生产和国防上起着重要的作用。

八、人才培育

张恩虬在数十年如一日地执著追求祖国科学技术进步的同时,对教书育人和发展祖国教育事业亦十分用心。无论是在中国科技大学、清华大学和浙江大学兼职讲课期间,或作为博士生和硕士生指导教师时,或是使大量在职科技人员成才的日常指导中,他都以实事求是的精神,提倡教学相长。对听课的学生,谆谆善诱;对受他指导的研究生或在职人员,既有严要求,又讲求学术民主,让他们充分发表自己的意见。他的研究生毕业时发表的论文,他从不让署上自己的姓名;唯一有他名字的论文,还是在他逝世之后由他的学生擅自加上的。他的这种高洁品行深为熟知他的人们所钦佩与赞扬。受他精心培育的17名研究生,有不少已成为有关科技领域的业务骨干。他为电子学研究所建立的一支阴极电子学队伍,已成为闻名国内的攻坚力量,其有形的成果是:完成了多项高水平的阴极研究课题,其中有三项课题获中国科学院科技进步一等奖,四项课题获中国科学院科技进步二等奖,另有两项获得国家发明专利。至于无形的成果,如基于科学探索与实验研究的学术论文的传播,科学研究方法与人才成长经验的交流等,其影响可能更为深远。张恩虬使青年科技工作者深受其益的,还表现在他对“思想实验”的阐释与言传身授。这是他自觉运用辩证唯物主义和自然辩证法总结出来的科学研究方法,就是勤学、博览(中国文史古籍和辩证唯物主义哲学著作他也常参阅)、多思和用实践验证。他认为这是人们认识自然的一种重要手段。他经常以运用这种方法使自己获得科学上的突破的例子孜孜不倦地晓喻他的学生。

他发表于《自然杂志》的题为《思想实验——介绍一种科学研究方法》的文章,完整地概括了他的这种创造性思维内涵。这篇文章写道:“把要研究的对象和已有的知识结合起来,在脑子中形成一个理想化的图象,然后设想其间所进行的变化,预料后果,这样在脑子中进行的抽象实验,就是思想实验”。又道:“这个办法是将隐蔽的物理过程,尽可能地化成真实图象,好象设计和制作动画片一般。从这些运动着的连续图片中得到对被研究问题的启发,经理论加工整理后,再与实验数据相对比,修改其不符合实际的部分。这样反复数次,便可以得到正确的认识。当研究对象变化很快时可以主观地将之放慢,如电影里放慢动作的镜头一般,这样可以将许多细节看得清楚,……这是认识自然的情况。至于改造自然,也就是创作发明,也可以应用“思想实验”……,人们从客观事物或理论(客观的抽象形式)中得到启发,形成新的理论。如果这个新概念是符合客观的话,将它具体地实现了,便是发明创作。”张恩虬的这个科学思维方法,将会继续产生影响。

九、病逝

1990年5月7日,张恩虬因病医治无效,不幸逝世。在他生病住院期间,还仍然关心所内的研究课题的进展,并向探望他的同事和学生,描述他对电子学未来发展的构想。他为中国电子学科发展作出的贡献,和终身为之奋斗的风范,为后人留下了宝贵的物质财富和精神遗产。

十、主要贡献

1 张恩虬等.氧化物阴极脉冲性能的研究。见:1964年全国电真空器件专业会议论文集,北京,第247—255页。

2 张恩虬.关于热电子发射理论的评述(I)——对氧化物阴极半导体理论的批判。物理学报,1974,23(5):341—350。

3 张恩虬.关于热电子发射理论的评述(Ⅱ)——对偶极子理论的批判。物理学报,1974,23(5):351—356。

4 张恩虬.关于热电子发射理论的评述(Ⅲ)——动态表面发射中心.物理学报,1976,25(1):23—30。

5 张恩虬.磁控管基本问题的解释.科学通报,1975,20(7):324—328.

6 张恩虬.试用唯物辨证法研究磁控管原理。科学通报,1976,21(6):252—258。

7 张恩虬.脉冲磁控管的电流波形.电子学通讯,1979,1(1):1—12。

8 张恩虬.长寿命阴极与长寿命电子管。电子管技术,1977,(6):90—97,—120。

9 张恩虬.氧化物阴极的电子发射机理。电子学报,1983,11(2):33—38.

10 张恩虬.关于钡系统热阴极的电子发射机理。电子科学学刊,1984,6(2):89—95。

11 张恩虬.实用热阴极的电子发射.电子学报,1985,13(5):26—31.

12 张恩虬.脉冲磁控管阴极问题。电子科学学刊,1987,9(3):193—204.

13 张恩虬.逸出功的某些特性.电子科学学刊,1989,11(3):244—249.

14 张恩虬.思想实验——介绍一种科学研究方法.自然杂志,1987,6(11):807—809.

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