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陶瓷人生:勤+聚+智+勇+严

——记中国工程院院士周玉教授

作者:闫明星

周玉院士(冯建 摄)
 
     提起陶瓷,人们马上会想到兵马俑、唐三彩、明清瓷器……但周玉院士所从事的领域已经不是传统的工艺陶瓷,而是特种陶瓷材料。经过多年的潜心研究,周玉的人生与陶瓷结下了不解之缘,并为我国航天防热复合材料的研制开发及在航天器上的应用作出了突出贡献。让我们走进周玉,走进他的陶瓷人生——
 
周玉的“勤”
 
  “扎扎实实做事,踏踏实实做人”,这是周玉说得最多的一句话。“无论做什么事情,都要老老实实,不要投机,一分勤力一分酬。”周玉淡淡而坚定地说。对于当选中国工程院院士,他说:这要感谢国家、感谢学校、感谢前辈、感谢导师和自己的团队,没有大环境以及大家的支持就不会有今天的结果。其实,正如周玉所说“一分勤力一分酬”,成功的背后离不开他不懈的努力和拼搏。
  周玉从小就立下了当科学家的理想,从上学起成绩就非常优秀。可惜童年时期的理想曾因“文化大革命”而搁浅。机会总是青睐那些有准备的人,当高考恢复后,周玉马上报考,并于1978年作为高考制度恢复后的第一届学生考入哈工大金属材料及热处理专业学习。1984年,周玉从金属材料及热处理专业硕士毕业后留校任教。但周玉没有就此满足,1985年,在校任助教的周玉开始在职攻读博士学位,师从著名材料学家雷廷权教授。从此,周玉开始了他的陶瓷人生。
  提起陶瓷,人们马上会想到兵马俑、唐三彩、明清瓷器……但周玉从事的领域并非传统的工艺陶瓷,而是特种陶瓷或先进陶瓷材料。
  1986年6月,学术感敏锐的雷廷权教授为周玉确定了陶瓷材料研究的博士论文研究方向,并与日本东北大学著名陶瓷专家佐久间健人教授取得联系。1986年下半年,雷廷权借赴日参加国际会议的机会与佐久间健人详细讨论了博士生周玉的联合培养计划。1987年7月,佐久间健人来哈工大进行学术访问。雷廷权与之进一步细化了联合培养方案,周玉的博士论文定为ZrO2-Y2O3陶瓷的相变与韧化机理研究。周玉的人生从此与陶瓷更加紧密地联系在一起了。
  陶瓷强度高、耐磨性好、抗腐蚀能力强、耐高温,它在航空航天、电子、化工、冶金、机械制造等领域里广阔的应用前景使周玉为之心动。
  1987年,周玉作为国家教委首批中日联合培养的博士生,来到了东京大学。见过佐久教授的第二天他就开始了实验工作。周玉工作十分勤奋,每天早出晚归。实验室晚上的电压比较稳定,有利于电子显微镜观测,许多重要的实验他就在夜晚完成,有时通宵达旦。
  机遇从不光顾没有准备的头脑。到日本前,佐久教授多次给周玉寄来研究资料和制备试样用的陶瓷材料。勤奋的周玉进行了充分的文献检索,写了文献综述,制订出预备试验方案,制备了试样并测定了有关性能。由于在国内准备充分,国内外导师悉心指导,再加上勤奋的工作,仅用一年多的时间,周玉就完成了博士学位论文的几乎全部试验工作,受到了两位导师的一致好评。
  1988年,改革开放近10年,和中国一衣带水的日本成为出国的热点。这年10月,周玉回国的日期到了。当一些中国学生为回国还是留在日本而痛苦抉择时,周玉却已谢绝了日本导师的诚心挽留,带着自己的全部实验结果(包括400余张电镜的底片)资料按时回到了母校。
  回忆起这件事,周玉说,当时我没有想什么,只觉得时间到了,就回来吧。日本的科研环境和条件虽然比较优越,但母校哈工大有我的老师、同事,他们替我承担着我应该承担的任务,让我出国学习。母校有我的学生,还有我的工作、我的责任。
  1989年3月,周玉以优异的成绩通过了博士论文答辩,获得博士学位。
  周玉充分利用自己掌握的电子透射显微技术的技能,同时发挥金属材料专业对相变研究和微观组织结构分析的特长来研究陶瓷材料的相变,与硅酸盐专业相互补充。在涉及高温区的c-t相变和低温区的t-m相变两个方面,主要研究了相变过程、化学成分和热处理工艺等对相变及其产物微观组织结构的影响规律与机理。
  自己在氧化锆基陶瓷领域的研究带来的国际影响是周玉始料未及的。1991年,世界著名而且版面费颇高的《美国陶瓷学报》高度评价并且免费刊登了他从事的氧化锆基陶瓷无扩散相变方面的论文。英国的《材料科学学报》、《国际陶瓷》、《机械工程学报》、《硅酸盐学报》、《航空学报》也分别刊登了周玉关于氧化锆基陶瓷研究的多篇论文。
  目前,周玉是哈工大副校长,还兼任着中国机械工程学会理事、中国机械工程学会材料分会理事长、中国硅酸盐学会特种陶瓷分会副理事长、中国材料研究学会常务理事、国家自然科学基金委工程与材料学部专家咨询委员会委员,并受聘为《硅酸盐学报》、《JMST》、《材料科学与工程》等多家刊物的编委。虽然工作越来越多,担子越来越重,但勤奋的他却从未抱怨,一如既往地拼搏着。周玉曾经的学生、现在的同事贾德昌教授说:“虽然周老师工作很多很忙,但只要一有时间,他就会到研究所来。他经常利用晚上和周末时间到实验室,安排指导所里工作、对年轻教师和学生们进行指导。尤其是到我们的例行学术报告活动时,只要他在学校没有公务安排就一定会参加。”正是这份勤奋,使得周玉通过20余年系统研究和工程实践,在先进陶瓷材料相变与韧化研究,防热复合材料设计、制备、热震和耐烧蚀性能研究及其在航天防热部件上的应用等方面取得突出成绩:发明了4个系列航天防热复合材料及制备工艺,并突破其在工程化应用中存在的多项技术难关,已获得了应用,为我国航天防热复合材料的研制开发及在航天器上的应用作出了突出贡献,获国家技术发明二等奖1项,省部级科技一等奖3项、二等奖4项;获国家发明专利5项;发表主要学术论文200余篇;由科学出版社、机械工业出版社、台湾“中央”图书出版社等出版专著、教材5部,获全国高校优秀教材一等奖1项;发表的论著被国内外同行他引合计2 000余次。
 
周玉的“聚”
 
  周玉最初在金属材料及热处理教研室,后来又组建了材料科学系特种陶瓷研究所。无论在哪个集体,他都像磁铁一样吸引着大家,凝聚成了一个优秀的、团结向上的集体。
  第一代“八百壮士”、金属材料及热处理教研室第一代主任雷廷权院士,学术成果享誉国内外,是出名的“伯乐”。1997年5月,周玉继杨德庄教授后担任了第三任教研室主任,他身上的担子更重了。他与全体教师一起,对教研室的本科教学实验室进行了初步的改造和维修,购置了试样加工设备。周玉采纳博士生的建议,在教研室坚持举办模拟国际学术会议活动,让青年教师和学生用英语宣读论文,并进行提问与讨论,这个制度一直坚持到现在。
  周玉就像一面旗帜,用人格魅力凝聚着研究所团队中的每位成员。目前研究所的许多教师都因为周玉的热情相约而留了下来。1996年,贾德昌在攻读博士学位期间提前留校了。当时,博士生找工作非常容易,很多同学不愿意留校,贾德昌也找好了北京一家研究院。周玉觉得在课题组的建设中,急需一个像贾德昌这样的助手,希望他留下来工作。贾德昌说:“当时,周老师找我谈话后,我觉得虽然条件艰苦了一些,但能和周老师一起从事先进陶瓷材料方面的科研工作有挑战、有意义,就义无反顾地留下来了。”也正如周玉所希望的,贾德昌日后成了自己的得力助手,课题组科研及管理的骨干,并逐渐成长为所里多功能航天防热陶瓷复合材料及应用研究方向的带头人。
 
周玉院士(中)正在与青年教师探讨问题(冯建 摄)
 
  洪堡学者、黑龙江省杰出青年基金获得者、教育部新世纪优秀人才叶枫教授是雷廷权院士的博士生,毕业后到西北工业大学张立同院士手下作博士后,1999年到德国卡尔斯鲁厄大学陶瓷研究所作洪堡学者,2002年又在日本产业技术综合研究所JSPS作高级访问科学家。2004年,正当叶枫教授在国外项目即将结束,面临是继续在国外打拼还是回国效力的抉择时,周玉及时和他取得联系,向他介绍了学校良好的发展环境,说研究所的后续发展需要他的加盟,动员他回校效力。于是,叶枫在结束相关的合同后,很快就登上了归国的航班,成为我省最早回国工作的洪堡学者之一,成为所里塞隆陶瓷及其复合材料研究方向的带头人。
  同样被周玉吸引回国的还有归国洪堡学者、教育部新世纪优秀人才欧阳家虎教授,他曾在美国、德国、日本留学工作,在高温陶瓷涂层方面取得了不少成果。2004年,周玉利用到日本开会的机会同欧阳家虎见了面,动员他回校效力。在周玉的劝说下,2005年,欧阳家虎回到了阔别已久的哈工大。欧阳家虎回校当年就申请了一个国家自然科学基金,2006年又申请了一个“863”项目,成为所里热障涂层和高温自润滑陶瓷涂层研究方向的带头人。
  在周玉的推动下,在雷廷权院士和他1985年创建的材料科学系陶瓷材料课题组的基础上,哈工大特种陶瓷研究所于2002年5月成立了。现在研究所主要从事新型航天防热材料、先进结构陶瓷、信息功能陶瓷、纳米材料、生物材料等方面的科研与教学工作。特陶所现有实验室面积2000余平方米,材料制备、加工和分析测试仪器设备30余台(套),总资产3000余万元。研究所在科研、教学和人才培养等方面取得累累硕果,先后承担国家自然科学基金、国家“863”、国家高新工程及原航天工业部门科研项目40余项;出版专著、教材7部,发表论文500余篇(SCI收录350余篇、EI收录350余篇),论著被他引2600余次;获国家和省部级科技奖励10余项、申报国家专利50余项(已授权10余项);培养博士40余名、硕士96名、出站博士后3名;毕业生遍及美、英、澳等国及国内著名高校、研究所和大中型企业,绝大多数已成为所在单位的中坚力量。
  而这些成果的取得,正是以周玉为学术带头人、以一批青年教师为骨干的学术梯队长期努力的结果。追忆今昔,研究所副所长贾德昌教授非常感慨地说:“当时包括雷廷权院士、周玉教授,整个课题组一张桌儿就能坐下。现在整个所已有师生近百人,其中教授5人、副教授6人、博士生导师6人、讲师4人,教辅人员5人;这里有‘中国青年科学家奖’获得者1人、国家级有突出贡献的中青年专家1人、省级优秀中青年专家1人、国家杰出青年基金获得者1人、省杰出青年基金获得者3人、教育部跨世纪及新世纪优秀人才5人、归国洪堡学者2人;在站博士后6人,在读博士生、硕士生65人,每年下实验室的本科生约15人。”研究所团队先后获得2006年度黑龙江省“先进高温陶瓷材料及其应用技术”领域的研究生优秀导师团队、哈工大2006~2007年度“三育人”先进集体等荣誉,并于2006年入选哈工大首批优秀科技创新团队、2008年入选国防科工委优秀科技创新团队。
  周玉不仅吸引了一大批人才来到课题组,还非常注意课题组教师和学生的个人成长,创造一切机会让青年教师和学生参加国际学术交流。他曾对研究生说:“一定要出国去看看,开阔学术视野、拓宽思路,这对今后个人的成长和事业发展会大有裨益。”近些年,在周玉的推动下,先后有8名教师赴日、英、德、美、荷、韩等国家及中国香港地区做访问学者,40余人次应邀到欧美等国家讲学或出席会议,同时邀请国内外专家学者讲学30余次。近期,博士生导师王玉金副教授、王文副教授分别从英国布里斯托大学、俄罗斯南联邦大学留学回国。现在仍在外留学的还有在荷兰金属研究所的宋桂明博士后、在德国波鸿大学机械工程系材料研究所的饶建存博士后,后期即将出国留学的还有博士生导师王亚明副教授、李宝强副教授等。长期以来,一个勤奋、刻苦、努力、拼搏、开放和创新的风气,一个良性循环的“场”正发挥着巨大作用,让特种陶瓷研究所延续并焕发着新的生机与活力。
 
周玉的“智”
 
  从最初的先进陶瓷材料相变与韧化研究,到防热复合材料设计、制备、抗热震和耐烧蚀性能研究及其在航天防热部件上的应用研究,周玉不断拓展着课题组和自己的研究方向,而这正是他不断智克难关、时刻把握科学和尖端工程应用前沿的结果。
  1992年12月,当周玉的课题组从事设计研制项目后,面临着一个新的考验。设计部门提出的设计要求十分苛刻:短短的一两秒钟内,气动热使防热部件表面要由室温乃至零下几十度升到很高温度,防热部件面临的热冲击非常恶劣,同时还要经受高温速气流的冲刷烧蚀。
  先进陶瓷材料与传统的金属材料相比在耐高温、耐烧蚀方面得天独厚,但如何提高抗热震性,是摆在课题组面前必须解决的关键问题。
  从1992年冬开始,周玉的课题组饱尝了失败的痛苦。挑战不仅来自技术难度大,更来自于对研究人员毅力和心理因素的考验。“尤其是在发动机震耳欲聋的怒吼声中,透过观察窗眼见自己煞费苦心制成的样件,一下子就被高温高压燃气流吹得炸裂粉碎的时候,心都要跟着碎裂了,对身心真是一种摧残和蹂躏!”参与项目的贾德昌这样说。
  周玉意识到了这种心理上的危机,他鼓励课题组人员要有信心。参与项目的温广武教授说:“当我们都感到离成功那么遥远的时候,周玉老师却十分自信。他说,必须要有自信,只要方向对,方案正确,就一定能够成功。他那种乐观的态度和拼搏的精神感染了大家。”在雷廷权院士的共同指导下,从材料体系的选择优化,到制备工艺与材料性能之间的关系,再到一次性部件的热压成型的完成,多少个日日夜夜的实验与重复,多少次肯定与否定……
  冬去春来,寒暑易节。1995年9月,经过大量有规律的实验和严格的科学筛选,努力终于有了回报。当采用短纤维与陶瓷颗粒复合增韧石英玻璃基体时,材料的强度、韧性显著改善,在保持基体良好抗热震性的基础上使耐烧蚀性显著提高,达到了设计方案的使用要求。然而周玉他们又面临着一个新的考验:30多个样件的实验检验,设计要求在液氧发动机下冲刷8秒钟,每秒每个件实验费用要1000元。周玉长期以来形成的良好的科研信誉和协作精神为他赢得了支持。在航天工业总公司一院十四所做这项实验时,周玉及其团队得到了对方给予的大力支持与通力合作。
  利用上述成果的陶瓷基复合材料制造出的航天器防热部件模拟件,先后5批次通过小样、中样及1比1样件的地面模拟试验,达到了预研的设计要求,最后被确定为唯一方案。相关成果获得了1996年航天工业总公司科技进步一等奖。
  在配套研制阶段,从初样到中样,再到正样,由于设计方案变化,设计部门不断提出一个又一个新的技术要求:由不透波到透波又回到不透波、尺寸由小到大……在周玉的带领下,课题组不断地改进和修正实验方案,终于克服了产品在批量化生产过程中存在的增强相均匀分散、构件烧结成型、抑制基体析晶、构件机械加工、产品无损检测等多项技术难关,同时建立了产品质检标准、通过有关部门的质量认证,并在特种陶瓷研究所定点生产。产品又先后多次顺利通过地面台架试验,并最终通过多次实际飞行考核。在此基础上,课题组进行了深入研究,相关产品获得正式应用,获得较高评价。因此,上述成果获得2005年国家技术发明奖二等奖(一等奖空缺)。
  “教学科研要强调投入产出比,在提高成果水平和创新上下工夫。要把工作重心由争取经费的数额转移到高质量地完成任务、出高水平的成果上。”由以量取胜,到以质称雄,当许多人还沉浸在成绩中时,周玉等教师却在思索教学、科研中普遍存在的一个深层次问题。学校的教学科研成果水平较高,但出类拔萃、能够“问鼎中原”的一流成果却相对较少。如何出“问鼎中原”的一流成果呢?周玉思索着。正是这样的思索,让周玉带着课题组取得了一个又一个一流成果——
  在陶瓷相变与韧化及相关基础研究方面:系统研究阐明了氧化锆基陶瓷c-t’无扩散型、c-t 扩散型相变以及t-m 相变的过程机理及相变产物的微观结构;建立了c-t’无扩散相变原子位移模型,并得到试验证实;首先报道了ZrO2(Y2O3)中的c’相和Y0.25Zr0.75O2-x、Y0.5Zr0.5O2-y两种新的有序相;研制出LiTaO3/Al2O3(功能/结构)陶瓷复合材料;揭示了稀土氧化物类型对α-sialon形核率及棒晶原位生长的影响规律及机理……
  在多功能航天防热陶瓷复合材料及其应用研究方面:研制出具有自主知识产权的防热/透波/承载一体化熔石英基、氮化硅基、赛龙基和氮化硼基等多个系列陶瓷复合材料,强度、韧性、抗热震耐烧蚀性能和介电性能(透波型)满足了防热部件的使用要求,并获得成功应用……
  在高熔点陶瓷颗粒增强钨基复合材料及其应用研究方面:发明了具有自主知识产权的TiC、ZrC陶瓷颗粒增强钨两个系列复合材料;研制的该材料高温夹具和高温压头已在多所高校和研究院所获得应用,成功用在服役温度达1600摄氏度的进口热模拟试验机压头上,替代了进口材料,在1500摄氏度使用的高温夹具服役已逾7年,累计服役逾5000小时,寿命比原钨合金夹具提高了30倍……
  他们还建成以多功能航天防热先进陶瓷及复合材料设计、制备、评价与应用一体化的创新研究平台;主持了国家“高新工程-1”哈尔滨工业大学建设项目——某航天器配套研制条件保障工程项目,建成了该航天器配套关键防热部件研制生产基地,为航天器配套产品的研制、生产和顺利交付使用提供了有力保障。
 
周玉的“勇”
 
  “当初我们课题组实验室还在机械楼地下室时,对门实验室的隔壁就是学校的配电房。有一次,大家正在做实验,突然听见外面有人喊失火了。当时正好在实验室的周玉老师,还在大家发愣的时候,二话没说,抄起灭火器,冲进了往外冒烟的隔壁配电房……”周玉的勇敢至今仍让贾德昌记忆犹新。
  周玉的勇敢却不仅仅表现在生活中,在科研中,他更是敢于迎接挑战。
  鸡西柳毛碳素公司有亚洲最大的优质天然石墨矿。20世纪90年代初,经过国内专家充分论证,公司确立了生产天然石墨电极、代替人工石墨电极的构想。为实现这个振兴地方经济的计划,鸡西市政府和民间共计筹措了资金约1.2亿元。然而生产线建成后,生产出的天然石墨电极却不合格。企业陷入了困境,心急火燎地派人四处求援。国内许多高校、科研院所以及俄、德等国的专家都对这项生产技术难题束手无策。
  1997年下半年的某一天,碳素公司的代表焦急地来到哈工大,找到了周玉。当时,周玉课题组几个重要的科研项目正处在攻关阶段,任务很紧。他详细了解情况后对公司代表说:“让我们试试吧,我们会利用掌握的所有技术能力,尽最大的努力解决这个问题,但是我们没有十足的把握!”
  接下了这个项目就等于埋藏下一个潜在的危机。如果这个项目失败,势必对课题组的信誉和将来造成一定的负面影响。
  周玉对课题组人员说:“如果这个项目搞成功了,会给鸡西多少工人带来工作和希望,给地方带来多少财政收入啊!科研工作者不能忘记自己的使命,我们身上同样肩负着重大的社会责任!”
  在周玉的指导下,课题组从1997年9月开始接手这个项目,经过一年多艰苦的技术攻关,终于在提高导电性和抗氧化性等方面取得了突破,胜利完成了项目的预期目标。虽然后来由于种种原因,项目未能顺利投入中试,他也深表遗憾。但他勇往直前、不畏艰险的精神还是深深打动了合作组双方的每位成员。
  周玉的“勇”还表现在他敢于在国际学术舞台充分展示中国学者的风范。作为我国陶瓷界的知名年轻学者的代表之一,周玉在国际陶瓷界具有一定的影响力。他多次应邀参加国际学术会议并担任组织/学术委员会主席、委员或作邀请报告,包括连续4次担任亚太断裂与强度国际会议(APCFS)组织/学术委员会委员,并担任APCFS\'2006大会主席、APCFS\'2009副主席;分别在第8届环太平洋陶瓷与玻璃技术国际会议、2008年第九届国际能源与环境陶瓷材料及构件研讨会等国际会议上作邀请报告。
 
周玉的“严”
 
  采访周玉的学生时,他们反映最多的是周玉老师的“严”。
  对于学生培养,周玉把自己对于科研工作的认识贯穿到教学中。他认为,不能把让学生修够学分、毕业作为培养目标,而应当让学生与工程科研项目结合,争取出高水平的科研学术成果。
  周玉十分信任学生,从不设定太多的框框。他经常和学生一起制订实验方案,然后让学生自己动手去独立完成。周玉对学生要求十分严格,他定期检查学生的课题进展情况,如果学生没有按时完成任务,他就会给予严厉批评。硕士生小王由于着急毕业,对实验结果分析得不清楚。看了小王的论文后,周玉严肃地说:“这样做论文是不行的。不要着急,要对自己负责!好好做!”后来,小王终于通过认真努力分析总结,使论文的质量得到明显提高,并顺利通过了答辩。
  当论文工作接近后期的时候,他勉励教导学生,越到后期,越是收获的“季节”,但不能急于收秋,要乘胜追击打歼灭战,以求论文的成果和自身科研能力的提高获得最好效果。周玉的博士生冯海波在论文初稿完成后提出答辩要求。看了冯海波的论文,周玉提出,你的论文还有很大的挖掘空间,如果再深入分析一下,效果会更好。后来,冯海波通过努力钻研,论文最后获得校优秀论文。
  周玉“严”,但更善于因材施教。他的博士生、2007年入学的孙振淋说,他非常感谢他的导师周玉老师和贾德昌老师。他的论文是关于用化学法制备一种耐高温抗氧化的新型陶瓷材料方面的。前一年多时间一直在失败—探索—失败中徘徊,结果并不理想。但两位导师不仅没有给他压力,而且还经常鼓励他。孙振淋还记得2008年的一次组内汇报,由于没有经验,报告作得比较差。但周玉鼓励他说:“这种材料,在一个相对低的温度下能够长期使用,也是有成果的!”这句话让他备受鼓舞。孙振淋说:“这句话我会记住一辈子!”经过不断探索,他的论文已经有了头绪。周玉又对他提出了中肯的意见和建议,认为他在方法和稳定性等方面做得比较好,但要进一步研究工艺的可重复性、材料的抗氧化性、应用前景……周玉的教导让孙振淋很受启发。
  周玉还充分利用学术会议、学术交流,开阔学术视野,为学生开出新的专业和研究方向。他说:“我认为培养学生的创新能力非常重要,要让学生不断地接受国内、国际先进的东西,开拓创新。”欧阳家虎说:“近3年来,所里请了近30名中外知名学者来作报告,这为学生提供了良好氛围,让学生对学术前沿有了更多更好的理解。”
  马克思曾经说过:“在科学上面没有平坦的大路可走,只有在那崎岖小路的攀登上不畏劳苦的人们,才有希望达到光辉的顶点。”周玉正是秉承着这种精神而不断奋斗。也正是这种精神使得周玉能集腋成裘,水滴石穿。在周玉的履历表中,有着一长串的称号和荣誉:1991年作出突出贡献的中国博士学位获得者、1997年国家有突出贡献的中青年专家、1997年国家教委跨世纪优秀人才培养计划基金获得者,1997年国家杰出青年基金获得者。
  在周玉的手机中保留着当选院士后的一些祝贺短信,他将其中的几条作为勉励自己的箴言而倍加珍视。“能被高度认可实属不易,要低调做事。处理好担负的副校长职责与科研工作的关系,为他人成长铺路搭桥。”给新当选院士的一封信,周玉第一时间细细地品读,对所提出的勉励意见,他熟记在心。勤、聚、智、勇、严5个字,代表了一种品格,代表了一种人生,代表了一种精神,更代表了周玉院士不断的追求和创造!衷心地祝福周玉院士和他的团队,再接再厉,在先进陶瓷材料领域的科研和人才培养方面再创辉煌。