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祥鹄人的创新梦

发布时间:2020-07-07    来源:互联网    阅读:410

微波化学探索者北京祥鹄科技发展有限公司创新纪实

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北京祥鹄的创始人杨萱平代表公司领取《中国产学研合作创新成果奖》一等奖

2015年12月12日,第九届中国产学研合作创新大会在云南省昆明市海埂会堂隆重召开,以“创新驱动、开放合作、转型升级”为主题,围绕“‘一带一路’与产业发展论坛”、“生态建设与环境保护”、“生物医药与大健康产业”、“校企双创人才与国际企业孵化器建设”、“众创、众包、众扶、众筹与成长企业创新”、“生物检测监测产业创新”等6个专题等展开专题研讨和互动交流,并对获得2015年度中国产学研合作创新奖、促进奖、创新成果奖和突出贡献奖的单位和个人进行了表彰。当国家领导人将“中国产学研合作创新成果一等奖”授予北京祥鹄科技发展有限公司(以下简称“祥鹄科技”)总经理杨萱平和其他十几位获奖代表时,全场一片沸腾……捧着一等奖牌的她心潮澎湃,激动的心情久久不能平静……回想起祥鹄人与专家们合作完成的科研课题“微波化学系列仪器研制及应用研究”,她说,能获得创新成果一等奖,首先应该归功于国家振兴民族仪器工业的利好政策,还要感谢全国高校、科研院所和企业对祥鹄产品的信任和支持,归功于全体祥鹄人不懈努力和有关专家的大力协作!中国产学研合作创新与促进奖,是经国家奖励办批准备案的、是针对在产学研协同创新做出突出贡献的单位和个人进行鼓励和表彰而设立的最高荣誉奖。

“微波化学系列仪器研制及应用研究”创新成果引起了《科技文摘报》记者强烈的好奇心。于是,近日记者走进了地处北京中关村科技园的高新技术企业园区,来到海淀区上地信息路1号国际创业园2号楼的北京祥鹄科技发展有限公司,探究其中的奥秘。

创新机遇,以最准,在创新时代抓住

见到记者后,载誉而归的杨萱平总经理仍未能从兴奋中平静下来。她直言道:“项目的成功首先离不开改革开放的好时代,离不开‘大众创业、万众创新’的好环境;其次,振兴民族仪器产业的崇高梦想触发了我们创业创新的热情,经过祥鹄人十几年的奋力拼搏,才取得今天的成就。”

祥鹄科技的创始人杨萱平,出生在军人家庭,成长于北京的部队大院。青少年时期,她便随父母下放到宁夏贺兰山总后五七干校,盐碱干旱、风沙漫天的艰苦生活,炼就了她不向困难低头的坚强意志。参加工作后,她先后在医院、医疗器械行业工作了多年,对仪器研发和销售有着浓厚的兴趣,积累了丰富的销售经验。医疗仪器智能、便携、美观的优势常常让她有个梦想,那就是做一款属于自己创新的科学仪器!

在科学仪器梦想的驱使下,她于2002年在北京中关村科技园注册成立了北京祥鹄科技发展有限公司,开始了研发微波化学系列仪器的创新、创业之路。微波化学是研究在化学中应用微波的一门新兴的前沿交叉学科。它是在人们对微波场中物质的特性及其相互作用的深入研究基础上发展起来的。因此也可以说微波化学是根据电磁场和电磁波理论、电介质物理理论、凝聚态物理理论、等离子体物理理论、物质结构理论和化学原理,利用现代微波技术来研究物质在微波场作用下的物理和化学行为的一门科学。

对于微波化学仪器的热爱,杨萱平开始了市场和技术调研、查阅了国内外相关论文和专利,进行产品技术优劣势对比,确定了自主研发智能、便携、计算机精准控制的微波化学仪器,从此走上了研制、生产、销售、服务等产学研于一体的科技创新之路。经过十几年的努力,祥鹄科技的科研成果“微波化学系列仪器研制及应用研究”荣获了“中国产学研合作创新成果一等奖”这一耀眼的成就。这不仅是对公司产品研发水平的认可,更是对全体祥鹄人特别是公司创始人杨萱平的激励,我国微波化学领域里赫赫有名的专家胡文祥教授的理论也功不可没。

当走近胡文祥后,我们再次确认,该项目的成功不是偶然,而是必然。正是他身上展现出来的那一代科学家们孜孜以求探索真理的不屈精神,推动着相关科技领域的不断进步,也推动着我国微波化学研究不断向前发展。

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北京祥鹄车间部分工程师

胡文祥,我国知名的微波化学专家,1961年11月出生于湖北咸宁,博士,教授,博士生导师,中国工程院院士正式候选人,北京市特聘教授,首都师范大学物理有机与药物化学研究所所长,武汉工程大学有机药物化学研究所所长,北京神剑天军医学科学院院长,是部队培养出来的杰出科技专家。早在18岁时,他就导出了“宇宙中最多只存在138号元素”的论断,解决了一大世界难题。除此之外,在几十年的科研生涯中,胡文祥突出的成就还包括,创立了一大学科(比较化学)、二大统一论(精神神经递质统一论和物理化学重要公式的统一基础)、三大宇宙学原理(微宇自旋普存原理、宇宙成团普存原理、天体液滴原理)、四大“广义“概念(广义组合化学、广义电子等排原理、广义酶和广义DNA),从而有力推动相关领域向深度和广度发展。尤其是他创立的三大公式,包括胡氏公式(核磁共振)、胡氏约等式(社会生物学)和胡氏不等式(微波化学或催化化学),将使中国科学家的名字再次载入史册。由于多项优秀研究成果,胡文祥曾获得国家科技进步二等奖2项(均为第一完成人),省部级科技进步一、二等奖11项;发表中英文学术论著500余篇(部),论著数量居全军之首,获得国家或国防发明专利31项,成功主持研发了50余个高科技产品;荣获中国化学会优秀青年化学奖,中国物理学会王天眷波谱学奖,中国科协“求是”杰出青年实用工程奖,政府特殊津贴,杰出青年科学家奖。

在祥鹄仪器研发团队里,不乏清华大学、北京理工大学等优秀的硕士博士们,他们白天在各自的课题组忙碌,晚上来到祥鹄研发部从事微波化学系列新仪器的研制开发工作,和祥鹄的科研人员一起夜以继日、通宵达旦,攻克了一个又一个的难关,从而涌现了一批科研骨干及先进人物,并成为祥鹄科技的开路先锋。

创新地位,以最牢,在九个第一中奠定

在有机微波化学和物理催化领域,胡文祥的突出成就之一就是胡氏不等式。胡氏不等式可表示为:

Tm > Tl > Ts

这其中,分子温度Tm是单个分子的动能的标志,是一个微观的物理量;局域温度Tl是局部分子平均动能的体现;体系温度Ts是整个体系分子平均动能的体现,是一个宏观的物理量。

胡文祥通过研究发现,在一个热平衡的体系里三种温度数字相等;在不平衡的体系里,例如在微波反应体系里,被微波激活的分子温度Tm大于热点处的局域温度Tl大于体系温度Ts。胡氏不等式阐明了微波或超声波等物理催化手段加快化学反应的机理,在微波化学乃至催化化学中具有重要意义。

早在建立胡氏不等式之前的20世纪80年代,胡文祥就系统地提出了四个概念:单独催化、同时催化、接力催化和组合催化,尤其是在21世纪初该理论指导了祥鹄科技研发了微波、超声波、光波组合催化合成萃取仪时,更加深化了这几个概念。1985年胡文祥第一个提出微波催化有机合成概念,比法国和美国早一年多;他同时第一个做微波催化有机合成实验;他第一个制造微波催化合成装置;第一个申请了国家专利;第一个提出用焓效应和熵效应来阐明微波热效应和非热效应,并依此建立绝对化学反应速度公式;第一个建立胡氏不等式,这六个第一奠定了胡文祥教授在微波化学领域的开拓者地位。此外,第一台祥鹄微波催化合成仪生产出来以后,清华大学赵玉芬院士第一个购置,并在知名的美国有机化学杂志上发表了这个领域的第一篇热点论文,引起了业内强烈的反响。

多年来,祥鹄科技以科研创新为先导、以市场需求为导向,由单一微波合成仪器发展到组合微波合成仪器,由常压微波化学仪器,发展到高压微波化学仪器,由有机合成领域发展到纳米材料合成、样品前处理、环境科学、食品安全等诸多领域的产品,成功研发了XH-300(A,B)型祥鹄电脑微波超声波组合合成/萃取仪、XH-300(UA,UL)型电脑微波超声波紫外光组合催化合成萃取仪、XH-300UL-2型双频超声波微波紫外光组合催化合成仪、XH-800(B,C,J)型微波消解仪、XH-100(A,B)型祥鹄电脑微波催化合成/萃取仪、XH-800(S,G)型微波水热平行合成仪、XH-8000型多用途微波化学合成仪、XH-200A型电脑微波固液相合成/萃取工作站、XH-MC-1型祥鹄实验室微波合成反应仪、XH-400UV型紫外光催化平行合成仪、XH-2008(D,DE)型智能温控双频超声波萃取仪、XH-600US型智能超声波细胞破碎仪等祥鹄系列微波化学仪器,获得国家专利10项,已推广到全国800多所高校和300多所科研院所、企事业及国防单位,并出口美国、日本和南非等国家。

祥鹄人努力拼搏、开拓进取,高举理论创新和应用创新的旗帜,编织微波化学梦想,创造微波化学辉煌,为推动祖国微波化学事业的快速发展、为振兴民族微波化学产业作出了突出贡献。

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北京祥鹄销售部部分员工(后排左三为杨萱平总经理)

创新质效,以最佳,在世界首创中突破

微波为什么能加快化学反应呢?

杨萱平表示,微波是一种电磁波,其磁场、电场与传播方向互相垂直,因此,微波也被称为横波。根据麦克斯韦电磁场理论,电场能量大约是其磁场能量的371倍,所以说,微波与化学体系分子间的相互作用,主要是其电场与偶极分子的耦合作用。

从这个意义上讲,微波催化化学反应机理可以理解为:微波场中偶极分子的振动频率跟不上交变电场的变化频率,而产生“内摩擦”,提高了分子能量(局部分子能量更高),更易越过活化能垒,加快了转变为产物的速度。这样一来,在微波场中的化学反应就可以提高化学反应速度,甚至可以开拓新的化学反应通道,提高反应收率,减少副产物的生成,达到绿色化学的目标。

除此之外,在样品前处理领域,微波消解反应克服了传统湿化消解方法时间长效率低、环境污染严重的缺点,在农产品和食品安全检测及其他质量检测领域,具有重要意义。另外,其在分子生物学及其他领域也具有潜在的应用价值。微波不仅能加快化学反应过程,而且还能加快萃取等物理过程。

正因如此,微波化学系列仪器在科学仪器行业中具有重要地位,近十几年来发展十分迅速。在杨萱平的带领下,祥鹄人努力拼搏,开拓进取,在微波组合合成仪器、微波水热合成仪器和微波消解仪器等方面,居于国内领先地位。

祥鹄科技研制的微波化学系列仪器在软件编程创新、器件装置创新和整体集成创新等方面拥有众多特点。简要说来,主要包括以下几个方面:

第一,实现了微波场中精确测温控温。为祥鹄微波系列仪器创新的自学习控温软件,确保了测控温精度为±1℃,实现了温度数值精确在小数点后一位数,超过了国内外同类仪器的控温精度。

第二,首创了微波超声波光波组合催化仪等系列仪器,在开发组合催化仪时,更加深化了单独催化、同时催化、接力催化和组合催化等新概念。

第三,除编程创新外,在微波谐振腔体的计算机仿真模拟计算过程中,保证了谐振模式的均匀分布,降低加工难度、减少加工成本。

第四,高校科研院所在应用祥鹄微波化学系列仪器进行教学和科研创新过程中,培养了许多硕士、博士和博士后,发表中英文学术论著1000余篇(部),申请了许多发明专利,高校实验教材及许多著作均应用了祥鹄微波化学仪器,这些成果有力推动了我国相关学科领域的科技进步。

2008年,嵌入式系统应用在智能仪器中还是凤毛麟角,祥鹄科研人员面临着巨大的挑战,硬件工程师查阅资料,绘制电路板图,一半扑克牌大的核心板就有6层,一个小小的芯片就有两百多个焊点,他们眼睛熬红了不怕,最怕的是没有可借鉴文献和可以请教的前辈,他们克服了一个又一个的困难。软件开发人员在开放源底层进行设计,用QT系统编制了彩色的界面和曲线图……

2010年在科研人员不懈的努力下,祥鹄科技成功研制的电脑微波超声波组合合成/萃取仪面世了。该仪器是在先进的嵌入式控制技术基础上将微波、超声波技术应用在化学合成反应的高新科技产品。仪器采用低功耗的32位高性能嵌入式芯片,多处理器控制,具有强大的数字处理功能,实时显示试验数据、温度曲线、功率曲线,具有参数修改、数据回放,保存设置的功能。仪器支持大屏幕液晶显示触摸屏和实时监控摄像头,实时在线显示和记录反应数据和曲线图像,2-4G的内存具有保存和回放的功能。仪器可由程序控制反应条件,可将实验分为多个工作阶段,并可保存和查询每秒实验参数。

十余年来,祥鹄人不断创新,已经研制开发出二十余种各类系列仪器,并可批量生产。祥鹄生产部和售后服务部的各位工程师和技术人员精益求精、及时响应、及时到位、一丝不苟、热情服务,不断努力为祖国的微波化学事业发光发热……

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北京祥鹄办公楼

创新组合,以最新,在绿色化学中轰动

组合得好的石头能形成宏伟的建筑,组合得好的音符能形成美妙的乐章,组合得好的色彩能形成传世的画卷,组合得好的词句能形成不朽的诗篇,组合得好的原子能形成新奇的物质,组合得好的人群能形成无穷的力量,组合得好的想象能形成蓬勃的激情,组合得好的灵感能形成伟大的创新。

更令人称道的是,早在1987年,年仅26岁的胡文祥就以一篇题为“比较学与比较化学”的大会报告荣获了上海青年学术报告一等奖。几年后,胡文祥又把目光投向了组合学。他的一个题为“广义组合化学”的报告再次引起了业内的强烈反响。科学出版社和化学工业出版社分别相继出版了胡文祥的专著《协同组合化学》和《比较化学》,颇受广大读者的欢迎。

比较出思想,组合出产品,比较与组合连用可以出精品、出精彩,尤其在讲究绿色化学的21世纪。绿色化学要求将原子重新巧妙组合,实现零排放的原子经济反应,生产环境友好产品。所以,组合化学是实现绿色化学的必经之路。

在组合方法学思想的指导下,祥鹄电脑微波超声波紫外(红外)光组合仪诞生了,这是组合方法学理念下的优秀产品。微波超声波紫外(红外)光组合仪除了微波和超声波的组合以外,还加入了光学元素的组合。仪器是在拥有微波和超声波的基础上,又新加了紫外光和实时监控摄像头等组成的。超声波应用单片机控制技术和锁相环频率自动跟踪,使超声波功率放大器与换能器的振荡频率经相位取样使锁相环实现频率自动跟踪。超声波功率检测和温度测量电路使单片机实现超声波发射功率超限自动调整和超温保护及报警功能。保证超声换能器能实时的共振,保证高效的超声转化效率。该仪器采用高精度传感器进行快速实时测温,当达到预设温度将自动改变超声波模式,很好地避免了因为超声波自身发热而不能控制反应物温度的问题。光化学是研究光与物质相互作用所引起的永久性化学效应的化学分支学科,物质一般在可见光或紫外线的照射下产生化学反应。光化学反应与一般反应相比 有许多不同之处,主要表现在:加热使分子活化时,体系中分子的分布服从玻耳兹曼分布;而分子受到光激活时,原则上可以做到选择性激发,体系中分子能量的分布属于非平衡分布。所以光化学反应的途径与产物往往和基态热化学反应不同,只要光的波长适当,能为物质所吸收,即使在很低的温度下,光化学反应仍然可以进行。

为了给实验者提供更真实有效的数据作为科研创新的理论依据,祥鹄的科研人员在这款三波组合的仪器上增加了紫外光辐照强度的检测和显示功能,这样,仪器不仅做到微波、超声波功率的实时可控,温度的精准控制,还可以检测到紫外光辐照强度对化学反应的作用。

用组合数学的语言来描述,微波、超声波和紫外光每种物理手段若只使用1次的情况下,共有25种催化方式。其中有7种主要的单独或同时催化方式(用组合数学得到催化方式数为7,C31+C32+C33=3+3+1=7);该仪器还有18种接力催化方式,包括2种手段接力催化有6种方式(A32=3*2=6),3种手段接力催化有6种方式(A33=3*2*1=6), 2种手段同时与第3种手段接力,共有6种方式(A32*A11=3*2*1=6)。所谓接力催化,就是一种催化方法使用一段时间后接着用另外一种催化方法,与接力赛跑类似。该仪器3种物理催化手段若重复使用,可组合成无数种催化方式。

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北京祥鹄燕郊生产基地

创新成果,以最优,在惠及全国中共享

“微波化学系列仪器研制及应用研究” 创新成果取得巨大成功后,祥鹄科技通过团结协作,积极与高校、科研院所、企业进行跨学科跨领域的强强联合,进一步扩大其应用范围。高等院校在应用,科研院所在应用,国防单位在应用(包括北京航天城),将进一步掀起祥鹄微波化学系列仪器全国应用新热潮。祥鹄人激情似火,把用户的需求当成自己的志愿,全心全意为国内外广大用户做好推广和服务工作,让微波化学的“热能”和祥鹄人的热情一起“辐射”到全国乃至世界。

在未来的日子里,祥鹄销售部将加大力度建设驻有关地方办事处,并广招代理商,不断引进和培养销售人才,待机建立国际市场部,强化产品技术优势,加大产品出口力度,冲出亚洲,问鼎世界市场。

北京祥鹄科技发展有限公司与河北祥鹄科学仪器有限公司、北京神舟祥瑞医药科技发展有限公司、湖北祥鹄生物工程有限公司等祥鹄(集团)各成员单位密切合作,共同实施祥鹄品牌战略,共同研发和应用高新技术产品,发挥好产学研一条龙的优势。先后与首都师范大学、武汉工程大学、西南民族大学、青海民族大学、北京神剑天军医学科学院燕郊研发基地等单位共同建立祥鹄联合微波化学实验室,逐步“辐射”华北、华中、华南、华东、华西、东北、西北及港澳台等广大地区。此外,通过与高校和科研单位的学术科研合作,使有关单位在祥鹄微波化学系列仪器的推广应用研究等诸多方面不断取得新成就。

自从第一台祥鹄微波化学反应仪器研制成功被清华大学赵玉芬院士购置、并在知名的美国有机化学杂志上发表热点论文后,全国有800多所高校和300多个科研院所和企事业单位应用祥鹄品牌的微波化学系列仪器在不同领域中取得了令人瞩目的成绩。目前,祥鹄微波化学仪器的用户每年都在不同领域中递增,并出口南非、日本、美国等国家。

经过祥鹄人多年技术研发和推广应用,祥鹄微波化学系列仪器已进入批量生产和深化研发推广阶段。2005年至今,祥鹄科技为高校、科研单位和企业提供了大量的、优质的祥鹄微波化学系列仪器,并满足了海内外市场需求。目前,祥鹄科技正在深化研发新型仪器设备,从而有力推动我国民族仪器产业的发展。

总体看来,祥鹄微波化学系列仪器囊括了国家攻关项目、国防军事应用、国际出口渐增的“三国”并进的趋势,最终实现了在产学研三方面齐头并进,并荣获了中国产学研合作创新成果一等奖。这是祥鹄人的荣耀,更是我国微波化学产业的荣耀!

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应用研究实验室部分科技人员

创新未来,以最强,在不断超越中腾飞

一个故事之所以尽人皆知,是因为它饱含着永不泯灭的人性;一段历史之所以千古流传,是因为它蕴含着不朽的精神传奇;一部文学作品之所以享誉中外,是因为它时时奏响真与美的旋律;一个产品(如祥鹄微波化学系列仪器)之所以畅销市场,是因为它具有创新性,深受广大用户的喜爱。

我们正处在一个伟大的时代,就像“原子弹之父”、曼哈顿工程年轻的负责人、美国伟大的科学家罗伯特·奥本海默回忆20世纪20年代时的感慨:“那是一个群雄并起的时代,那是一个需要在实验室耐心工作的时代……人们急切的往来通讯,匆忙召开各种会议,辩论、批评,用数学方法提出令人叫绝的即兴想法……那是一个开天辟地的时代”。

今天的时代有点类似,在这个伟大的变革时代里,充满了无限的机会和挑战,旧的秩序可以被打破,人类的想象力和创造力都可以充分的发挥出来。在稳定的时代,每个事物都有它固定的名称,有它固定的位置,几乎没有什么讨价还价的余地,更没有创新标新立异的机会。

在这个伟大的时代里,我们国家的经济、文化和科技都要大繁荣、大发展,2021年建党100周年前后,我们将建成中国载人空间站和全面建成小康社会,2030年前后,我们将载人登月,2049年建国100周年前后,我们将载人登上火星并成功建设成为中等发达国家……中华民族伟大复兴的梦想正在向我们走来,而且是扑面而来。

因此,我们要满怀崇高理想,发扬两弹一星精神:热爱祖国、无私奉献、自力更生、艰苦奋斗、大力协同、勇于攀登;我们要发扬载人航天精神:特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献;我们要发扬那么一种热情,那么一种干劲,那么一种拼命精神:流血流汗不流泪,掉皮掉肉不掉队。困难面前有我们,我们面前无困难。我们年轻的一代祥鹄人要接过老一辈的火炬,为了推动祖国科学仪器事业的飞速发展,为了振兴祖国的民族微波化学产业,为了早日实现中国梦,而努力奋斗—让万物更新,让青春重现,让希望满怀,让激情燃烧,让梦想成真!让我们共同携起手来,在十八大精神的鼓舞下,在党中央、国务院和中央军委的坚强领导下,沿着全面建成小康社会和中等发达国家的康庄大道,前进,前进,前进进!