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曹楚南


曹楚南(1930年8月15日—),出生于江蘇常熟。腐蝕科學(xué)與電化學(xué)學(xué)家。1991年當(dāng)選為中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士)。1982年加入九三學(xué)社。九三學(xué)社第九、十屆中央委員會委員。

曹楚南小時候記憶能力強,很小就能背唐詩。1937年他剛開始上學(xué)不久,日本侵略者就闖進了他的家鄉(xiāng),局勢很亂,小學(xué)停辦。他到一個私塾學(xué)習(xí),讀了《論語》和《孟子》,中學(xué)在江蘇梁豐中學(xué)度過,那是一所很有名的中學(xué),他在那里受到了很好的基礎(chǔ)教育。1948年高中畢業(yè),考入同濟大學(xué)化學(xué)系,1952年7月畢業(yè),分配到中國科學(xué)院上海分院原物理化學(xué)研究所工作,任研究實習(xí)員。1953年4月,曹楚南隨所遷至長春,后并入中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所,1956年6月任助理研究員,1979年11月任副研究員。1980年6月,任長春應(yīng)化所學(xué)術(shù)委員兼物理片學(xué)術(shù)秘書,研究室副主任,1982年8月任研究員,1985年8月兼任中國科學(xué)院金屬腐蝕與防護研究所學(xué)術(shù)委員會副主任,1986年3—6月任日本東京工業(yè)大學(xué)客座教授,1987年4月調(diào)入中國科學(xué)院金屬腐蝕與防護研究所,同年任該所學(xué)位委員會主任,1987年任中國金屬腐蝕科學(xué)開放研究實驗室主任。1990年任中國科學(xué)院材料科學(xué)技術(shù)委員會委員、博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任浙江大學(xué)教授。

曹楚南是我國最早從事腐蝕科學(xué)研究的學(xué)者之一,其主要成就如下:

倡導(dǎo)和開拓腐蝕電化學(xué)研究領(lǐng)域。大多數(shù)腐蝕過程是電化學(xué)過程,但如何將電化學(xué)的基礎(chǔ)理論應(yīng)用于研究和闡釋腐蝕現(xiàn)象與過程,長期沒有很好解決。曹楚南發(fā)表多篇論文倡導(dǎo)、開拓腐蝕電化學(xué)研究領(lǐng)域以使電化學(xué)基礎(chǔ)理論與腐蝕科學(xué)理論相銜接,探討了腐蝕電化學(xué)的研究對象和任務(wù)、特點及基本規(guī)律;出版了專著《腐蝕電化學(xué)原理》,從平衡熱力學(xué)、不可逆過程熱力學(xué)、多電極系統(tǒng)和多反應(yīng)耦合系統(tǒng)的電極過程動力學(xué)等方面論述了腐蝕電化學(xué)的特殊規(guī)律,糾正了國內(nèi)外沿襲的錯誤學(xué)術(shù)觀點,對實際中的一些重要腐蝕現(xiàn)象和過程的電化學(xué)本質(zhì)做出了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摻忉專纬闪吮容^完整的理論體系,對推動我國腐蝕化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展和腐蝕科學(xué)水平的提高起了重要作用,并被我國一些高校用作主要參考教材。這本著作及1980—1985年期間發(fā)表的以曹楚南為第一作者的論文一起,于1987年獲國家自然科學(xué)獎四等獎。2008年出版了這本著作的第三版。

發(fā)展了數(shù)理統(tǒng)計和隨機過程理論在腐蝕科學(xué)中的應(yīng)用。曹楚南除了研究服從高斯分布的腐蝕科學(xué)試驗數(shù)據(jù)處理和實驗設(shè)計方法并出版有關(guān)的專著外,還在下列兩個方面做出了重要貢獻:一是研究了最深腐蝕孔深度統(tǒng)計分布和腐蝕活點平均密度統(tǒng)計推斷等非高斯分布的數(shù)理統(tǒng)計問題,從理論上導(dǎo)出了關(guān)于最深腐蝕孔深度、金屬構(gòu)件腐蝕穿孔前使用壽命和腐蝕活性點平均密度的概率方式,使我國在這方面的研究處于國際領(lǐng)先地位。二是應(yīng)用隨機過程理論對科學(xué)前沿問題——孔蝕過程中的電化學(xué)噪聲進行了系統(tǒng)研究和理論處理,推導(dǎo)出電化學(xué)噪聲的譜功率密度方程式,證明孔蝕過程中的電化學(xué)噪聲在低頻段是“白噪聲”,在較高頻率下是f-n噪聲(f為頻率),并從理論上證明2<n<4。此項研究經(jīng)同行評議認為已達到國際先進水平。

創(chuàng)造性地提出利用載波鈍化改進不銹鋼鈍化膜穩(wěn)定性的思想并經(jīng)實驗證明。國外研究者認為,在直流上疊加交流會使鈍化困難,鈍化膜穩(wěn)定性下降。曹楚南分析了國外實驗條件后認為這一觀點不全面,在適當(dāng)控制條件下疊加交流應(yīng)該使鈍化膜穩(wěn)定性提高。實驗證實了曹楚南的理論分析,發(fā)現(xiàn)對于合金含量低的不銹鋼Cr13鋼經(jīng)優(yōu)選條件載波鈍化后,鈍化膜穩(wěn)定性可以提高幾個數(shù)量級。這就為延長不銹鋼構(gòu)件的使用壽命和擴大Cr13鋼的應(yīng)用范圍開辟了廣闊前景。

將定態(tài)過程穩(wěn)定性理論引入電化學(xué)阻抗譜(EIS)研究,使EIS理論有重要的發(fā)展。EIS是當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界十分重視的研究領(lǐng)域,曹楚南創(chuàng)造性地將定態(tài)過程的穩(wěn)定性理論引入EIS研究,導(dǎo)出理論公式并闡明了公式中參數(shù)的數(shù)值關(guān)系與各種等效電路及EIS圖譜的對應(yīng)性。這一工作受到國際學(xué)術(shù)界的高度重視,在1989年舉行的第一屆EIS國際學(xué)術(shù)會議上,他是唯一一位做特邀報告的亞洲代表。在這一理論的指導(dǎo)下,他還完成了下列五個方面的工作:一是導(dǎo)出有鈍復(fù)蓋的金屬電極法拉第阻抗力方程式并解釋了孔蝕誘導(dǎo)期的阻抗譜特征。二是提出了鈍化金屬電極恒電位階躍下電流瞬態(tài)響應(yīng)方程式和數(shù)據(jù)處理方法。三是提出了金屬電極在加有緩蝕劑溶液中EIS的理論公式和圖譜解釋。四是提出了EIS數(shù)據(jù)解析思想并編制了相應(yīng)的計算機軟件。五是研究了EIS的K-K轉(zhuǎn)換條件。由于這一系列工作,使我國EIS研究進入了國際先進行列。2002年,與張鑒清教授合著《電化學(xué)阻抗譜導(dǎo)論》由科學(xué)出版出版,2004年,此著作又作為朱清時院士主編的《現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)叢書》之一再次印刷出版。

研究和發(fā)展了腐蝕研究過程和監(jiān)測腐蝕速度的電化學(xué)理論和方法。曹楚南研究了國際上普遍測量腐蝕速度的線性極化電阻法,計算了這種方法和理論誤差,指出存在的問題,提出了可以避免這些問題的微分極化電阻測量方法的理論,設(shè)計的儀器獲國家專利并轉(zhuǎn)讓工廠生產(chǎn)。他提出了適用于高阻系統(tǒng)的電流掃描測量方法;提出了腐蝕金屬電極在恒電位階躍下電流瞬態(tài)響應(yīng)公式和數(shù)據(jù)解析方法及相應(yīng)的計算機軟件;提出了電化學(xué)過程和擴散過程控制的腐蝕金屬電極四參數(shù)極化方程和利用弱極化曲線擬合測定腐蝕速度動力學(xué)參數(shù)的方法;論述了緩蝕劑的電化學(xué)研究中存在的問題并提出了解決辦法。這一系列工作使我國在腐蝕研究與監(jiān)測的電化學(xué)方法方面進入國際先進行列。

曹楚南早在1958年就研究成功三氮雜苯型高效酸洗緩蝕劑并進行了擴大生產(chǎn)試驗,移交工廠生產(chǎn)。1966—1967年參加四川含硫天然氣井防腐攻關(guān),研究保護含硫天然氣井的緩蝕劑,發(fā)現(xiàn)緩蝕劑具有后效并找出改進后的途徑,使應(yīng)用緩蝕劑保護天然氣生產(chǎn)井成為可能,保證了四川天然氣的正常生產(chǎn)和集輸,整個攻關(guān)課題工作獲1978年全國科學(xué)大會重大科技成果獎。

曹楚南還于20世紀(jì)60年代前期對鋁及鋁合金的陽極氧化進行了系統(tǒng)研究,做出了貢獻:一是從理論上導(dǎo)出鋁上陽極氧化膜的成長動力學(xué)公式,解釋工作中觀察到的許多實驗現(xiàn)象并預(yù)測應(yīng)該出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象,這些預(yù)測經(jīng)國內(nèi)外的實驗所證實。在這以后的幾十年中,世界上對于鋁陽極氧化動力學(xué)研究還沒有超出這一工作的高度。二是發(fā)現(xiàn)草酸添加劑抑制鋁上陽極氧化硫酸中溶解的作用,闡釋了其作用機理并進而發(fā)現(xiàn)和論述了有機添加劑的規(guī)律。三是在上述系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上為某部隊解決了在杜拉鋁上制備厚膜問題,并完成了某國防機構(gòu)提交的任務(wù),解決了國外公認為不能解決的鑄鋁合金的陽極氧化問題。曹楚南還研究成功一種新的鎂陽極氧化方法,得到的氧化膜比國際上通用法所得到的膜平滑密致,保護性能好得多,而且氧化槽液中不像采取通用方法含有毒物質(zhì)。

曹楚南作為學(xué)術(shù)帶頭人,在他的指導(dǎo)、幫助或直接參與下,共取得成果16項,其中被鑒定為達到國際領(lǐng)先和國際先進水平的5項。已獲得國家級的重大科技成果12項,獲中科院及部委級科技成果獎10項。培養(yǎng)的科技人員提升為教授或研究員者多名。培養(yǎng)碩士研究生29名、博士生37名。

曹楚南歷任中國腐蝕與防護學(xué)會第一、二屆常務(wù)理事、第五屆理事長,金屬腐蝕電化學(xué)專業(yè)委員會主任、名譽主任,《中國腐蝕與防護學(xué)報》編委會副主任、主任,國際學(xué)術(shù)刊物CorrosionScience編委,被北京科技大學(xué)等6所高等院校聘為兼職教授。曹楚南先后被長春市和吉林省授予特等勞動模范、省勞動模范稱號,榮獲“五一勞動獎?wù)隆焙汀叭珖鴥?yōu)秀科技工作者”光榮稱號。

主要論著

1曹楚南,關(guān)于純鋁在硫酸中的陽極氧化的成長速度問題,中國科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所集刊 第六集,1964。

2曹楚南,論小孔腐蝕深度的統(tǒng)計規(guī)律,化工機械,1977,6。

3Cao Chunan,Theoretical Errors of Linear Polarization Resistance and a Method for Reducing Them,Corrosion Science,1982,22(3).

4曹楚南,由弱極化曲線估算腐蝕過程的電化學(xué)參數(shù),中國腐蝕與防護學(xué)報,1985,5(3)。

5曹楚南,腐蝕電化學(xué)原理,化學(xué)工業(yè)出版社,1985。

6曹楚南,腐蝕實驗的統(tǒng)計分析,化學(xué)工業(yè)出版社,1985。

7曹楚南、周盛奇,酸性溶液中有機胺在鐵表面的吸附行為,中國腐蝕與防護學(xué)報,1986, 6(4) 。

8Cao Chunan,On the Impedance Plane Displays for Irreversible Electrode Reactions Based on the Stability Condition of the SteadyState,IO(jiān)ne State Variable Besides Electrode Potential,ⅡTwoState Variables Besides Electrode Potential,ElectrochimActa,1990,35(5).

9Cao Chunan,Shi Qingrong,Lin Haichao,Features of Electrochemical Noise Generated from Fluctation of Current for Passivated Metals below Pitting Corrosion Potential,Bulletin of Electrochemistry,1990,6(80).

10Cao Chunan,On Some Problems in Electrochemical Investigation of Inhibitors in Acid Solution (Keynote Lecture),Proc.7th ,AsianPaciffic on Corrosion Control,1991.

11Zhang Jianqing,Cao Chunan,Relation between KramersKronig Transforms and Stability Analysis of Faradaic Admittance,Bulletin of Electrochemistry,1991, 7(8).

12Cao Chunan,On Electrochemical Techniques For Interface Inhibitor Research,Corrosion Science,1996,38 (12).