人物小傳：張福學(xué)（1939年—2016年），云南宣威人，生前為北京信息科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，我國壓電學(xué)的主要開拓者，為我國壓電學(xué)和傳感技術(shù)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。發(fā)明了“銻錳酸鉛（PMS） 壓電陶瓷”及其“三軸壓電晶體角速率傳感器”，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化；發(fā)現(xiàn)了“氣體擺現(xiàn)象”，建立了氣體擺理論，并發(fā)明了“氣體擺慣性器件系列”；發(fā)明了“動基座加速度和水平姿態(tài)的敏感技術(shù)”，建立了壓電石英加速度計和水平姿態(tài)傳感器產(chǎn)業(yè)化基地。1978年榮獲“全國勞動模范”稱號。

大山里走出的放牛娃

1939年，張福學(xué)出生于云南省宣威縣紅橋鎮(zhèn)老鴉村一個貧苦的農(nóng)民家庭，新中國成立前他家長期遭受地主的壓迫和盤剝。戰(zhàn)亂的歲月，貧困的家庭，張福學(xué)本沒有讀書的機(jī)會，但母親還是咬牙送他入了學(xué)堂。張福學(xué)的啟蒙學(xué)校是鄰村廢棄的寺廟改建的小學(xué)，四個年級的學(xué)生擠在一個教室。教室里是殘缺的佛像，教室外是村民暫厝的棺材。即便學(xué)校條件異常艱苦，但當(dāng)時能受教育的也大都是地主的孩子，張福學(xué)在其中飽嘗排擠，但這也讓他更加珍惜來之不易的學(xué)習(xí)機(jī)會。通常一年級教師不講課時，他就安靜地聽高年級的課程。憑借勤奮聰穎，張福學(xué)三年級便跳級考取縣城最好的高小。高小畢業(yè)后，家中再沒錢讓他繼續(xù)讀書，張福學(xué)不得不輟學(xué)給富農(nóng)當(dāng)放牛娃。牛兒吃草的時候，他就躺在草地上，望著變幻莫測的白云，想著在學(xué)堂讀書的日子。這樣大約過了半年，1951年夏天，云南解放。一次趕集時路過書攤，張福學(xué)意外地看到了宣威中學(xué)正在招生的消息，最重要的是還有助學(xué)金。他欣喜若狂，顧不得趕集，便直接跑去報名，最終以優(yōu)秀成績考取了這所縣城最好的中學(xué)。復(fù)學(xué)后的張福學(xué)更加刻苦努力，1954年，考入曲靖專區(qū)最好的中學(xué)——曲靖中學(xué)。1957年7月，張福學(xué)順利考入云南大學(xué)物理系。在大學(xué)期間，張福學(xué)除了學(xué)好專業(yè)知識，還提升了思想覺悟，獲得“‘五四’青年突擊手”稱號，加入了中國共產(chǎn)黨。

1961年，大學(xué)畢業(yè)后，張福學(xué)被分配到國防部第十研究院第十一研究所。這一年，張福學(xué)22歲。他帶著滿腔豪情來到北京，開始了壓電材料的研究。

新型壓電材料的發(fā)明者

在研究所，張福學(xué)刻苦鉆研壓電理論和無線電陶瓷材料與器件專業(yè)知識，密切關(guān)注美國、日本和蘇聯(lián)的最新研究成果。由于語言不通極大地阻礙了他對國外相關(guān)著作的研究，他便開始自學(xué)外國語。他以前學(xué)習(xí)的是俄語，通過長期不懈學(xué)習(xí)，又掌握了英語、日語、法語、德語四門語言，成為用努力書寫奇跡的傳奇人物，贏得了同事們的敬佩。他閱讀了大量有關(guān)無線電陶瓷材料的技術(shù)資料，總結(jié)和分析國內(nèi)外壓電陶瓷的配方，感到我國現(xiàn)用的配方復(fù)雜又不經(jīng)濟(jì)，每年要耗費(fèi)大量外匯進(jìn)口貴重金屬。由此他試想，如果能利用我國儲量豐富的某些元素研制出性能良好的壓電材料，那該多好?。∮谑撬螯h支部提出了自己的建議，上級領(lǐng)導(dǎo)大力地支持他，并指定他擔(dān)任課題組組長。他從浩瀚如海的技術(shù)書庫中，翻譯了近百萬字的資料，寫下了幾十萬字的綜述。他連續(xù)七年放棄探親假，把時間全用在科研上面。

張福學(xué)運(yùn)用元素周期表歸納總結(jié)了當(dāng)時一般壓電陶瓷通過取代元素(堿土金屬)和改性元素(過渡元素)提高性能的規(guī)律，與組里的同志經(jīng)過一百多次試驗，終于研制成功了性能良好的不同于美國專利的鈮鎂酸鉛壓電陶瓷。鈮鎂酸鉛壓電陶瓷性能好，工藝穩(wěn)定，是壓電陶瓷濾波器和水聲換能器的良好材料，突破了一般壓電陶瓷機(jī)械品質(zhì)因素高則機(jī)電耦合系數(shù)必然低的“常規(guī)”，這在當(dāng)時屬國際首創(chuàng)。鈮鎂酸鉛壓電陶瓷在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，獲得部委級科技進(jìn)步二等獎和國家發(fā)明三等獎，其相關(guān)器件獲國家優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品銀質(zhì)獎。張福學(xué)研制的BaTi03、PZT、PMS壓電陶瓷和0-3型、1-3型、撥式結(jié)構(gòu)壓電復(fù)合材料及對人體壓電性的研究，先后獲中國、美國、英國發(fā)明專利9項，省部級科技進(jìn)步獎6項。

為觀測導(dǎo)彈飛行制造“眼睛”的人

20世紀(jì)70年代，我國航天事業(yè)中機(jī)械陀螺體積大，可靠性差，對導(dǎo)彈的研發(fā)來說是個很大的困難。1970年，出于戰(zhàn)略考慮，錢學(xué)森高瞻遠(yuǎn)矚地提出了導(dǎo)彈陀螺小型化的課題。張福學(xué)因提出利用壓電效應(yīng)實現(xiàn)壓電慣性器件的論證而得到上級的重視，被委任研發(fā)壓電陀螺。那時，全國數(shù)以萬計的工業(yè)企業(yè)科技精英從祖國各地來到四川、云貴、青海、甘肅等地，開始艱苦卓絕的“大三線”建設(shè)，張福學(xué)也是其中一員，他來到了四川永川國防科工委1426所。

實驗室在大山環(huán)抱之中，為了把科研工作搞上去，張福學(xué)和同事們起早貪黑，廢寢忘食，用土坯自制了土鍛燒爐、土電火花切割器。很快地，他們研制出了第一個壓電陀螺的樣品，可是送到北京測試卻因質(zhì)量問題被打了回來?？蒲泄リP(guān)哪有如此容易？張福學(xué)和全組同志繼續(xù)查資料、摸索試驗，做出了一種應(yīng)用于壓電陀螺的混合集成電路。對于這個集成電路，張福學(xué)傾注了很多心血，設(shè)計得非常嚴(yán)謹(jǐn)。這個集成電路得到大家的贊譽(yù)，所有人都欣喜地以為要成功了。然而，在測試的時候，最后一個指標(biāo)卻出現(xiàn)了異常，測試熒光屏上展現(xiàn)出一群“奔騰的野馬”，混亂的雜波頓時淹沒了有規(guī)律的訊號。這時一盆盆冷水潑來，甚至有人說，這是壓電陀螺的“不治之癥”。張福學(xué)沒有泄氣，重振旗鼓組建了攻堅組。他經(jīng)常工作到深夜，甚至接連幾個晝夜不睡覺，睡夢中出現(xiàn)的也是屏幕上那一片奔騰的野馬。他這樣拼命工作，身體越來越差，有一天體力不支暈倒在廁所里。當(dāng)他蘇醒過來，單位黨委書記關(guān)心地對他說：“年輕人，不要著急，身體還是第一位的！”張福學(xué)嘴里答應(yīng)著，心里還惦記著實驗。隔了幾天，他又暈倒在實驗室里，同志們把他抬到了衛(wèi)生所……歷時5年，經(jīng)過100余次實驗，張福學(xué)終于找出了壓電陀螺最后一個指標(biāo)測試出現(xiàn)異常狀態(tài)的癥結(jié)，治愈了所謂的“不治之癥”。他們自豪地宣布：中國的壓電陀螺誕生！1974年，壓電陀螺提供給“東風(fēng)4號”和“東風(fēng)5號”導(dǎo)彈發(fā)射試驗，結(jié)果證明完全可用。雖然它不屬于高精度陀螺，但其率先在國內(nèi)實現(xiàn)了陀螺固體化。為此，張福學(xué)等受到國防科工委和中央軍委的嘉獎。如今，我國國防領(lǐng)域的型號武器、艦船、坦克等的穩(wěn)定系統(tǒng)，都在使用壓電陀螺。壓電陀螺的制造成功，填補(bǔ)了我國陀螺生產(chǎn)的一項空白，在我國陀螺發(fā)展史上是一次重大變革。人們把制造壓電陀螺的人親切地稱作為觀測導(dǎo)彈飛行裝上“眼睛”的人。

在上述研究成果的基礎(chǔ)上，張福學(xué)主編了《壓電學(xué)》，編著了《壓電晶體陀螺》和《壓電鐵電應(yīng)用》等。張福學(xué)推動了我國壓電學(xué)的發(fā)展，被譽(yù)為我國壓電學(xué)的主要開拓者。

“氣體擺”理論的創(chuàng)立者

1985年，張福學(xué)調(diào)回北京工作，來到原北京信息工程學(xué)院組建的傳感技術(shù)研究中心，研究新型慣性器件。這時他已經(jīng)45歲，發(fā)明創(chuàng)造的最佳年華已過。但張福學(xué)認(rèn)為，年輕人精力充沛，年長人經(jīng)驗豐富，一樣可以發(fā)明創(chuàng)造。

一次出差的過程中，張福學(xué)乘坐火車，滿腦子想的是壓電氣流陀螺。鄰座的乘客一路不停地噴云吐霧，他突然發(fā)現(xiàn)，無論吸煙者是躺是站，煙霧總是向上的！他聯(lián)想到了蒸汽?；氐綄嶒炇遥谝粋€密閉的腔體里進(jìn)行自然氣體浮升力的實驗。實驗證實了他最初的發(fā)現(xiàn)：當(dāng)密閉腔傾斜時，在浮升力的驅(qū)動下，被加熱的氣體依然垂直向上流動。這就是說自然氣體和固體、液體一樣，也具有“擺”的特性。經(jīng)大量實驗和理論論證，張福學(xué)建立了“氣體擺”理論。對于“氣體擺”理論，同行有不同觀點，有的專家甚至反對。但是，經(jīng)過多次鑒定和評審，“氣體擺”理論最終還是得到國內(nèi)外認(rèn)可。

“氣體擺”理論形成了慣性技術(shù)的一門新學(xué)科分支——氣體擺慣性技術(shù)。這項研究得到國家自然科學(xué)基金和“863計劃”等近千萬元資助。在“氣體擺”理論指導(dǎo)下發(fā)明的一維、二維和全方位氣體擺水平姿態(tài)傳感器，已在艦船和機(jī)器人的穩(wěn)定系統(tǒng)中應(yīng)用。日本和美國在國際會議上見到張福學(xué)關(guān)于氣體擺傳感器的報道后立即仿制，美國1995年亦申請了專利，但內(nèi)容幾乎和張福學(xué)的專利一樣，而時間則晚了3年。

如今，斯人已逝，精神永存。張福學(xué)的人生故事和科研精神，猶如茫茫海面上的一座燈塔，燭照后輩，激勵他們?yōu)樽鎳目蒲惺聵I(yè)不懈奮斗。

（北京信息科技大學(xué)黨委宣傳部集體撰文）