張恩虬，電子學家。中國科學院院士。長期從事電子物理及電子器件的研究工作。深入研究了熱電子發射的機理和磁控管的工作原理，對發展中國的陰極電子學和微波器件作出了重要貢獻。
基本介紹
- 中文名：張恩虬
- 國籍：中國
- 民族：漢族
- 出生地：廣東省廣州市
- 出生日期：1916年10月26日
- 逝世日期：1990年5月7日
- 畢業院校：清華大學
- 主要成就：中國科學院院士
人物經歷,研究方向,熱電子發射,模型主要內容,發表論文,人才培育,《自然雜誌》,思維內涵,病逝,主要貢獻,
人物經歷
成就
清華大學
張恩虬1938—1940年 任西南聯合大學教師。
1945—1947年 赴英國馬拉德電子管公司學習。
1947—1951年 任廣州嶺南大學物理系副教授。
1951—1956年 任東北科學研究所和中國科學院機械電機研究所副研究員。
1956—1978年 任中國科學院電子學研究所研究員。
1978—1990年 任中國科學院電子學研究所副所長，研究員。
1990年5月7日 逝世於北京。
張恩虬，1916年出生於廣州。父親是一位中學語文教師，擅長古典文學和書法，在其父親的影響下，他從小愛好中國文學，通曉古漢語和詩詞。上中學後，大自然的奧秘吸引了他，很快喜歡上了自然科學。1934年，他考入清華大學物理系。1937年“七七”事變後，北京大學、清華大學和南開大學合併成西南聯合大學。
張恩虬
張恩虬他1938年畢業，因成績優秀被留校任教，在孟昭英教授指導下，於1939年在昆明召開的物理學會年會上，發表了他的第一篇論文《集束功率管的負載特性》 。
1940年，抗日戰爭進入持久戰時期，張恩虬受到全國抗戰的愛國主義教育，決心用自己所學的知識為抗戰貢獻一份力量。他轉到重慶國民政府空軍軍官學校教無線電課，後又到重慶兵工署彈道研究所工作。在此期間，他寫出了“迫擊炮膛內彈道學”的研究工作報告，設計出一個炮口穩定器，以保證炮彈出口時有準確的方向，支援了抗戰。
1945年，張恩虬考取公費留學資格，赴英國馬拉德電子
管公司進修。1947年回國後，在廣州嶺南大學物理系任副教授，講授電磁學、無線電學和近代物理等課。中華人民共和國成立後，張恩虬回響黨和國家發展科學事業的號召，放棄了南方家鄉的舒適生活，北上長春，先後在東北科學研究所和中國科學院機械電機研究所任副研究員，致力於電真空器件的研製。那時，他和他所領導的科研小組成員，不避極其艱苦的工作條件，因陋就簡，修舊利廢，將原有的破舊器材利用起來，製造出一些電子管（如80，5Y3GT，12A，12F，47B管等），並於1954年，研製成功了中國第一支實驗型示波管。這些工作在當時情況下，都對相關科學技術的發展起了雪中送炭的作用。
張恩虬
張恩虬1954年，張恩虬被中國科學院派到清華大學幫助建立電子管專業，培養了一批教師和數名研究生，為開創中國電子學專業的高等教育事業作出了努力。
研究方向
張恩虬主要從事電子發射、電子管和微波器件等方面的研究工作，是中國最早從事熱電子發射理論和磁控管工作機理研究的學者之一。他主張在中國經濟還不發達的情況下，研究課題應從生產中來，再反回去為生產服務。50年代中期，開始起步的中國電子管制造工業首先遇到的是整流管打火的難題。他急國家之所需，組織人力對這一問題進行了研究，發現管子啟動時的冷打火是由於氧化物陰極激活不好和發射不夠均勻所致，從而圓滿地解決了這個問題。他領導並親自參加了多項國防任務的攻關。50年代末，國防上急需一種近爆引信用的小型氣體放電管，他組織了一個精幹的科研小組，很快研製出性能合格的管子，滿足了需要。60年代初，國內磁控管生產得到發展，有關“磁控管壽命”、“磁控管頻譜漏線”等問題相繼提出。他領導的電子物理實驗室，立即展開了這方面的研究。在他總結出的《氧化物陰極長脈衝性能的研究》的論文中，提出了使用氧化物陰極的磁控管，其壽命短的主要原因是大電流密度的電子轟擊使氧化物陰極塗層分解所致。在以難熔鹽為活性物質的鋇鎢陰極用於磁控管後，壽命增長了，但又出現了磁控管的頻譜漏線問題。他隨之又親自參加了這一課題的研究，組織了一系列的專題試驗。他們在此期間完成的管內的殘氣分析、陰極次級發射係數測定、在電子轟擊下陰極活性物質的分解等成果，為最終解決這個課題提供了重要的實驗數據。
張恩虬
張恩虬1966年，全國開始“文化大革命”，一些實驗無法繼續進行。這時，張恩虬採取兩種方法繼續從事研究工作，一是到圖書館讀書，廣泛收集國內外（特別是國外）的資料；二是深入工廠第一線，和工人及工程技術人員討論，將所得的資料、觀察到的現象以及過去實驗的數據，通過分析、綜合和歸納，作出理論上的假設推論。這個被稱之為“思想實驗”的方法，為他以後的學術研究增添了力度。他於70年代中期相繼發表的《關於熱電子發射理論的評述》三篇論文，提出並完善了熱電子發射的動態表面發射中心理論，他的另一篇論文《磁控管基本問題的解釋》，使脈衝磁控的工作原理有了進一步發展。此後，他又相繼在國內外發表了40餘篇學術論文。這些都對電子學的發展作出了重要貢獻。
張恩虬
張恩虬1961年，張恩虬作為中國電子學專家參加了中國科學院赴蘇聯科學考察團，後又到原德意志民主共和國和捷克斯洛伐克考察電子學的發展狀況。為了加強國際學術交流，他參加了全蘇第九屆（1959年）和第十一屆（1963年）發射電子學會議，分別發表了《炭酸鹽壓制鋇鎢陰極的研究》和《氧化鎂冷陰極的某些特性》論文；1979年參加歐洲第九屆（1979）微波會議，發表了《磁控管問題的解釋》論文；1984年，參加了在美國舊金山舉行的國際電子器件會議，發表了《多層壓制鋇鎳陰極》的論文。這些代表中國電子科學工作者所獲成就的論文，受到了與會者的好評。
張恩虬在電子學領域的成就，特別是對磁控管工作原理的進一步發展和對熱電子發射理論的論述都達到了世界水平。1978年，他獲得了全國科學大會成果獎。
脈衝磁控管是一種用於雷達的超高頻振盪電子管，具有功率大、效率高、體積小和重量輕等優點。自本世紀30年代開始，已廣泛套用於航空、航海、氣象和防空等領域。但是其性能不穩定，使用壽命短，成為當時電子學界普遍關注和著力解決的問題。1960年，電子學研究所接受這項任務後，張恩虬多次深入工廠和雷達站，詳細考查磁控管的生產和使用狀況，採用廠所協作的形式進行了一系列實驗，為磁控管生產成品率的提高提供了很多有用的數據。在“文化大革命”期間，在無法進行實驗室研究的情況下，只得以前述的“思想實驗”的方法，運用他的智慧和經驗，展開了對磁控管的起振過程的深入研究。他依此寫出並發表的十多篇論文，為解決脈衝磁控管穩定性問題提供了理論依據。
張恩虬
張恩虬在張恩虬所提理論的啟示下，中國科學院電子學研究所曾先後研製出鎢酸鹽陰極、鈧酸鹽陰極、鐿酸鹽陰極以及覆錸膜陰極等。把這些陰極套用於磁控管均獲得了良好的效果。
張恩虬對磁控管工作原理的論述，解決了國際上在磁控管工作中長期存在的理論問題。在國內，他多次到工廠給有關的工程技術人員做學術報告，和他們一起討論，改進磁控管設計。他提出的動態老煉工藝，還有力地促進了磁控管的研究和生產。
熱電子發射
大家知道，在電視機的顯像管里，無論是彩色的或黑白的顯像管，都是用氧化物陰極供給電子的。從1904年發現氧化物陰極後，一直還在全世界上廣泛套用。這種陰極看起來很簡單，它的原料是氧化鋇、氧化鍶、氧化鈣，把它們混合起來塗覆在金屬鎳基底上，一加熱就發射出電子來。問題在於這類電子是如何發射出來的。30年代中期，英國的福勒和蘇聯的吉洪諾夫同時提出了用半導體理論來解釋氧化物陰極熱電子發射的理論，且迄今仍廣為國內外有關學者所引據。眾所周知，用半導體能帶理論指導電晶體的發展是非常成功的。但是，用半導體能帶理論來解釋氧化物陰極的發射機理，有很多現象都不能解釋，特別是用近代一些大型表面分析儀器來研究，所得的結果與半導體理論根本不符合。張恩虬根據國內外的研究結果和自己積累的實驗數據，在他於70年代中期發表的三篇《關於熱電子發射理論的評述》論文中，列舉了許多重要的實驗，證明氧化物陰極的電子發射不是體內氧缺位為施主的半導體模型。儘管福勒所推出的半導體公式沒有錯，但他所依據的前提不對，所以不能解釋氧化物陰極的發射機理。張恩虬提出，一切激活型熱陰極的電子發射都是一種表面現象，而不是體內現象；且實驗表明，在工作溫度下，氧化物陰極的體內是缺乏高能的自由電子的。張恩虬認為，用半導體模型描述氧化物陰極和用單原子層偶極子理論描述鋇鎢陰極發射機理這種二元論是錯誤的。他根據實用熱陰極發射電子不均勻的事實，提出了熱電子發射的動態表面發射中心模型。
張恩虬
張恩虬模型主要內容
這個模型的主要內容是：
①電子發射來源於一個原子集團，在這個集團中，當運動中的電子具有瞬時的最高能量或集團的原子核吸引達到最小時，便產生電子發射。超額鋇是提供高能電子的根源。②氧按其在原子團中的相對數量和相對位置而分別起著有益和有害的作用，即氧的一分為二的性質。
張恩虬
張恩虬③在熱陰極中，雖然鍶、鈣鋁酸鹽和鎢酸鹽等發射物質只起次要作用，但它們對蒸發、徙動和傳遞電子等都有影響。
發表論文
1984年，張恩虬又發表了《關於鋇系統熱陰極的電子發射機理》論文，進一步闡述了表面動態發射中心理論。他指出，在氧化物陰極中，鋇吸附在鹼金屬氧化物上，在鋇鎢陰極中，鋇吸附在鋁酸鹽或鎢酸鹽等上，都可以形成發射中心。發射中心應該大到足以禁止基金屬所產生的勢場，但又應小到有利於電子從基金屬到中心的傳遞。這篇論文還對表面發射中心的組成和動態性質進行了論述。
張恩虬提出的陰極表面動態發射中心理論與最新表面分析儀器所測得的數據相吻合，可以解釋很多熱陰極在實驗中所觀察到的現象，從而有力地促進了這一學科的發展。這個理論提出之後，逐漸被越來越多的人所承認；用該理論對偶極子理論的批判也已得到一些同行的支持；這一理論中關於氧作用的二重性的假設已被很多實驗證實。國內已有專著對這一理論進行了介紹，各大專院校的專業教科書都編入了這一理論。在這個理論的啟示下，中國科學院電子學研究所已研製出許多新型的實用熱陰極。如貯存式氧化物陰極，長壽命氧化物陰極，複合式氧化物陰極，多層壓制鋇鎳陰極，鑭鎢陰極以及前面所述的幾種鋇鎢陰極。這些陰極都得到了廣泛的套用，在科研、生產和國防上起著重要的作用。
人才培育
《自然雜誌》
張恩虬在數十年如一日地執著追求祖國科學技術進步的同時，對教書育人和發展祖國教育事業亦十分用心。無論是在中國科技大學、清華大學和浙江大學兼職講課期間，或作為博士生和碩士生指導教師時，或是使大量在職科技人員成才的日常指導中，他都以實事求是的精神，提倡教學相長。對聽課的學生，諄諄善誘；對受他指導的研究生或在職人員，既有嚴要求，又講求學術民主，讓他們充分發表自己的意見。他的研究生畢業時發表的論文，他從不讓署上自己的姓名；唯一有他名字的論文，還是在他逝世之後由他的學生擅自加上的。他的這種高潔品行深為熟知他的人們所欽佩與讚揚。受他精心培育的17名研究生，有不少已成為有關科技領域的業務骨幹。他為電子學研究所建立的一支陰極電子學隊伍，已成為聞名國內的攻堅力量，其有形的成果是：完成了多項高水平的陰極研究課題，其中有三項課題獲中國科學院科技進步一等獎，四項課題獲中國科學院科技進步二等獎，另有兩項獲得國家發明專利。至於無形的成果，如基於科學探索與實驗研究的學術論文的傳播，科學研究方法與人才成長經驗的交流等，其影響可能更為深遠。 張恩虬使青年科技工作者深受其益的，還表現在他對“思想實驗”的闡釋與言傳身授。這是他自覺運用辯證唯物主義和自然辯證法總結出來的科學研究方法，就是勤學、博覽（中國文史古籍和辯證唯物主義哲學著作他也常參閱）、多思和用實踐驗證。他認為這是人們認識自然的一種重要手段。他經常以運用這種方法使自己獲得科學上的突破的例子孜孜不倦地曉喻他的學生。
思維內涵
他發表於《自然雜誌》的題為《思想實驗——介紹一種科學研究方法》的文章，完整地概括了他的這種創造性思維內涵。這篇文章寫道：“把要研究的對象和已有的知識結合起來，在腦子中形成一個理想化的圖象，然後構想其間所進行的變化，預料後果，這樣在腦子中進行的抽象實驗，就是思想實驗”。又道：“這個辦法是將隱蔽的物理過程，儘可能地化成真實圖象，好象設計和製作卡通片一般。從這些運動著的連續圖片中得到對被研究問題的啟發，經理論加工整理後，再與實驗數據相對比，修改其不符合實際的部分。這樣反覆數次，便可以得到正確的認識。當研究對象變化很快時可以主觀地將之放慢，如電影裡放慢動作的鏡頭一般，這樣可以將許多細節看得清楚，……這是認識自然的情況。至於改造自然，也就是創作發明，也可以套用“思想實驗”……，人們從客觀事物或理論（客觀的抽象形式）中得到啟發，形成新的理論。如果這個新概念是符合客觀的話，將它具體地實現了，便是發明創作。”張恩虬的這個科學思維方法，將會繼續產生影響。
病逝
1990年5月7日，張恩虬因病醫治無效，不幸逝世。在他生病住院期間，還仍然關心所內的研究課題的進展，並向探望他的同事和學生，描述他對電子學未來發展的構想。他為中國電子學科發展作出的貢獻，和終身為之奮鬥的風範，為後人留下了寶貴的物質財富和精神遺產。
主要貢獻
1 張恩虬等．氧化物陰極脈衝性能的研究。見：1964年全國電真空器件專業會議論文集，北京，第247—255頁。
2 張恩虬．關於熱電子發射理論的評述（I）——對氧化物陰極半導體理論的批判。物理學報，1974，23（5）：341—350。
3 張恩虬．關於熱電子發射理論的評述（Ⅱ）——對偶極子理論的批判。物理學報，1974，23（5）：351—356。
4 張恩虬．關於熱電子發射理論的評述（Ⅲ）——動態表面發射中心．物理學報，1976，25（1）：23—30。
5 張恩虬．磁控管基本問題的解釋．科學通報，1975，20（7）：324—328．
6 張恩虬．試用唯物辨證法研究磁控管原理。科學通報，1976，21（6）：252—258。
7 張恩虬．脈衝磁控管的電流波形．電子學通訊，1979，1（1）：1—12。
8 張恩虬．長壽命陰極與長壽命電子管。電子管技術，1977，（6）：90—97，—120。
9 張恩虬．氧化物陰極的電子發射機理。電子學報，1983，11（2）：33—38．
10 張恩虬．關於鋇系統熱陰極的電子發射機理。電子科學學刊，1984，6（2）：89—95。
11 張恩虬．實用熱陰極的電子發射．電子學報，1985，13（5）：26—31．
12 張恩虬．脈衝磁控管陰極問題。電子科學學刊，1987，9（3）：193—204．
13 張恩虬．逸出功的某些特性．電子科學學刊，1989，11（3）：244—249．
14 張恩虬．思想實驗——介紹一種科學研究方法．自然雜誌，1987，6（11）：807—809．
