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学人志|郑军:自主研发,让中国拥有自己的大气检测仪

党委宣传部 南京信息工程大学 2020-08-20
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学人志


实验高手、动手达人、严厉导师……这是身边人对环境科学与工程学院郑军教授的评价。和他聊天,他总是思维活跃、滔滔不绝,常常主动向你抛出一个又一个话题,但细听下来,绝大多数的话题,总离不开关键词——大气污染监测和仪器开发。

 

从国内学习到国外深造,从国外从事科研再到国内工作,郑军兜兜转转了这些年,心中只有一个目标,制造具有自主知识产权的高精度、高灵敏度分析仪器,帮助国家基本消除重污染天气,还大家蓝天白云的美好环境。那份对清新空气的执着,对教育和环保事业的情怀,让他工作起来永远充满激情,不知疲倦。


 

去美国,学习世界一流的大气化学


上个世纪八九十年代,国门再次开放,怀着各种梦想和心愿的年轻人,纷纷踏上了出国之路。1998年,郑军也随大流做起了“洋插队”。
 
1993年至1997年,郑军本科就读于中国海洋大学,学习海洋化学。1998年至2004年,他在美国纽约州立大学石溪分校大气化学领域深造。
 
“选择出国很大一部分原因来自老师的鼓励,他们认为要接触最前沿的大气化学科研,还是要到美国看一看。”郑军说,选择美国纽约州立大学石溪分校,也是因为该校在大气化学领域内有相当高的影响力。进入石溪分校后,机缘巧合之下,郑军师从我校1978级校友、美国纽约州立大学终身教授张明华,张明华的主要研究领域包括全球变化的数值模拟和物理过程参数化、卫星遥测等,在气候模型方面具有很深的造诣,这正切合郑军的方向。
  

参观访问美国德州大学奥斯汀分校的海洋研究所


90年代的美国大气研究,因为洛杉矶光化学烟雾事件,比较关注大气污染、臭氧的破坏,其中,很多学术力量转向了对工业排放、秸秆焚烧、汽车尾气排放、燃煤产生的污染物的研究和监测。郑军跟着导师张明华在石溪分校深居简出、潜心琢磨,这冷板凳一坐就是好几年。博士期间,他就已在世界顶尖刊物上发表了不少大气监测研究成果。回忆起那段岁月,郑军用“快乐的充实”来概括。导师张明华教授说,郑军憨厚朴实,很好学,待得住,能刻苦,会干成大事。
 
功夫不负有心人,由于郑军学术成果突出,毕业后,他先后被美国著名的布鲁克海文国家实验室和美国德州农机大学相中,邀请他去做博士后研究。尤其是在德州农机大学期间,他合作的导师是我校1979级校友、该校大气科学系和化学系教授张人一,张人一主要从事大气气溶胶化学机理研究,对大气化学领域的实验装置开发也很在行。“博士后期间,跟着张人一老师动手比较多,那几年几乎全部精力都专注在相关监测质谱仪的开发上。”郑军表示,转向主攻实验装置开发,是因为当时国内大气方面的实验仪器研究才刚起步,与国际前沿水平有一定差距,尤其是具有自主知识产权的化学电离质谱仪检测器(CIMS)几乎空白(该仪器对研究大气污染物生成具有重要作用),有了先进仪器,才能测量相关自由基等关键前体物浓度,能够帮助我国认识二次颗粒物形成的机制,这是制定有效灰霾防控政策的前提条件之一。
 
在法国里昂市参加中法环境交流会

与合作导师及科研专家同行交流论证项目的技术方案,以自主设计、外加工和组装相结合集成方式完成仪器,然后再对样机进行全面的测试和标定,并针对问题进一步修改……几年博士后生涯中,郑军不断钻研,一遍遍重复这样的流程,他终于实现监测的技术突破,研制出自由基检测仪和大气硫酸质谱仪,获得了美国的专利。
 

加入南信大,愿为改善大气环境出份力


2008年夏季, 郑军曾回国参与北京奥运期间北京市的空气污染观测。当时,国际上有不少批评的声音,认为中国的灰霾空气会影响运动员的成绩和健康,甚至不少外国媒体拿着手持仪器检测出的不同数据大做文章。
 
“为了证明那些数据的不准确,我特地运回了自己研究开发的检测仪器。”郑军说,整个奥运会期间他和北京大学合作,开着流动观测车绕着北京城来回跑,就想拿到一手数据和搞清楚相关颗粒物形成的成因,“话语权不能掌握在外国人手里”。也是那次机会,郑军意识到,在国内广泛开展针对重要大气痕量气体(如硫酸对颗粒物污染成因至关重要)的外场观测研究非常欠缺。“自己开发的高精度仪器,这时候就派上了大用场,看到国内这方面技术人才的紧缺,更加坚定了我回国的决心。”郑军说。
 


大树日渐参天,导师张人一很看好自己的学生,因郑军想回国,最初建议他考虑去已经有一定合作基础的国内名校。内行都明白,导师建议的就业去向,意味着有前途、大空间,多少学生求之不得。可是,郑军却摇头婉拒了。“那边平台很好,但一切都已成型,我去了只能在那个框架中成长,还是想去一个可以提供自由发展的地方,这样虽然有挑战性,但也更有发展空间。”最后,郑军选择了当时在新型实验分析技术方面慢慢起步的南信大,并下决心让大气污染防治用上中国人自己独立研发的仪器。

 
2012年,郑军刚加入南信大时,他办公的环境科学与工程学院三楼空空如也,如今,质谱仪、特富龙膜烟雾箱、石英玻璃流动管等实验设备几乎填满了每间实验室。“算是白手起家吧,这一切实验条件都是自己去摸索的。”郑军回忆说,南信大有着相对宽松的治学环境,也鼓励有发展潜力学科异军突起,这些年,他为了进一步提高化学电离质谱仪检测器的灵敏度,得到了学校和交叉学科老师们的大力支持。“在与大家不断的讨论和协作中,我发现基于大气压界面化学电离质谱技术能够让仪器获得更高的灵敏度,经过一系列反复研究之后,目前已做出了多台样机 。”
  

郑军在实验室

开创性的成果,很难一蹴而就,很多时候郑军还要经历野外实战,在各种环境下参与外场试验,继续测量仪器的可靠性,进一步完善仪器性能。除了依托本地资源和南信大可移动观测方舱来检测仪器外,这些年,郑军带领团队跑过北京、山东德州、青藏高原、西藏林芝等地。“前几年来回跑林芝,几乎每2-3个月都要出差好几次。”郑军说,观测点除了典型的重污染大气环境,也需要林芝这样的清洁环境观测点,在海拔近4000米的林芝,高原反应常让人头疼得睡不着觉,好在最后完成的成果都还不错。
 
近几年,在国家大力推进分析仪器自主研发的背景下,郑军关于大气硫酸观测的仪器取得了突破,且处于国际领先水平。团队还在我国首次获得了有机胺外场的观测数据,并于2015年6月受邀去美国知名学术会议上做特邀报告。现在,郑军已经发表相关SCI学术论文近50篇,其中多项观测成果在世界顶尖刊物《Science》,《PNAS》,《Nature Geoscience》等上刊登,当中不少技术也已经应用到现实,为区域大气环境改善起到良好的促进作用。
 

在西藏林芝观测


对学生严格,才是最负责的培养


“你的论文结构不太清晰,分析得也不够深入,如果可以的话重做一下试试……”笔记本上已经写了不少意见,但听到导师给出的结论,郑军的博士杨栋森心里一揪,手中的笔也握得更紧了。“其实来之前,我已经改了好几稿了,希望听了修改意见,下面能尽快完成。”杨栋森说,郑老师虽然严,但严得有理。
 
郑军带学生出了名的严,他认为对学生严格,才是最负责的培养。无论在他的课堂上还是实验室里,学生不仅要懂得查阅外国文献,注重调研,还要学会动手用实证研究来解决问题。“比方说最基本的,我会严格要求学生提早到实验室,并提早规划好一天要完成哪些事情。”郑军说,如果学生早晨九、十点才来,打开电脑回几封邮件,再处理下其他杂事,那么一早上就过去了,这样下来,当天的效率必然不高。
 

演算公式


“我从硕士就开始跟着郑老师,这些年养成了很好的学术习惯。实验室里,他早来晚走,风雨无阻,从不间断,作为学生,我们若还想着偷懒,岂不汗颜。”杨栋森说,郑军还经常号召大家树立远期目标,希望南信大的质谱化学、电力质谱技术等,能在他们的努力下,走上国际前沿。
 
“学院的大气环境化学课程一直是郑老师讲授,他讲得特别好,如果把课录下来,回去整理感觉就是一本书,听完他的课,心里舒服地就像去了趟森林大氧吧。”郑军的硕士生杜文韬赞叹,导师讲课逻辑性强,问题阐述清晰,同时还兼具趣味性,让学生们感到有意思,有兴趣。
 
“除了要把学生教育好,让我们的大气研究能够后继有人,更重要是让他们把人生目标与国家和民族的未来发展联系起来。”郑军说,近年来,习近平总书记多次在不同场合就打赢蓝天保卫战等工作发表重要讲话,作为科研工作者,要努力抢占科技发展制高点,特别是要进一步提升大气污染控制和大气化学等领域的科研水平,做出更多更好的分析仪器设备,为建设社会主义生态文明作出更大贡献。

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文字:严常坤

图片:林雯  本人提供

编辑:杭筱琪

责编:梁瑞娜

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