李恒德院士：材料世界写春秋

李恒德（1921.6—2019.5），河南洛阳人。1942年毕业于国立西北工学院，1953年获美国宾夕法尼亚大学博士学位，1955年起任清华大学教授，1956年创建中国首个核材料与工程专业，1994年当选为中国工程院首批院士。他是我国核材料科学家、教育家，中国核材料和金属离子束材料改性科学技术的先驱，中国生物仿生材料的开拓者。历任清华大学工程物理系主任、材料研究所所长，曾担任国家自然科学基金委员会材料与工程科学部首任主任、中国材料研究学会理事长、国际材料研究学会联合会主席，曾获多项国家科技进步奖、国家技术发明奖、国家自然科学奖和省部级科技奖。

李恒德在接受采访

漫漫求学路　拳拳赤子心

李恒德1921年6月出生在河南洛阳一个小职员家庭，家境比较贫寒。他读完小学后，上初中的学费常靠借债缴纳，后来兄长们有了工作收入才没有导致他辍学。他上学较早，是班上年龄最小的学生。班主任见他聪明好学，读完初中就说服家长让他继续求学。

1935年，14岁的李恒德离开洛阳，来到全省首屈一指的开封高中就读。当时该校有些学科已采用英文教科书，这使得他如鱼得水，也为其后来的求学之路打下基础。在老师的影响下，他对化学产生了兴趣，受马丁霍尔发明炼铝故事的启发，他立志毕业后报考北洋工学院攻读冶金学。

然而天有不测风云，就在李恒德读完高二时“七七事变”爆发，开封高中迁至河南镇平，高三的物理课都没上，学校就匆匆安排这届高中生毕业了。为参加全国统一高考，他从武汉辗转到了长沙参加考试，北洋工学院也由天津迁至陕西城固与其他几所大学合并成西北工学院。他报考了该校，1938年10月收到录取通知书。

时逢战乱，李恒德幸好遇到一艘运煤船，离开长沙顺流到沙市，换乘卡车到襄樊，步行至河南淅川，再骑自行车经荆紫关、商洛、蓝田，翻越秦岭来到西安。在西安稍做休息后，他经宝鸡坐卡车到汉中，最后抵达西北工学院所在地——城固古路坝。在这番长途跋涉中，他目睹广大农村的贫瘠、落后与农民的苦难生活，坚定了他学习奋斗、改变祖国落后面貌的志向。

古路坝是陕西偏僻山村，离县城有30多里，只有一条山路通往外界。这里建有一个宏大的天主教堂，西北工学院全体师生和所有教学设施都安置在教堂区内。这里没有电灯，也没有自来水，晚上看书就靠棉油灯。严酷的社会环境和艰苦的生活条件，历练了他吃苦耐劳、顽强奋斗的坚毅性格，毕业时他的成绩在全班名列前茅。

1942年，品学兼优的李恒德按第一志愿被分配到全国最大的钢铁企业——重庆大渡口钢铁公司工作，同年7月加入中国共产党。公司的生活和工作待遇并不高，但其设备和规模在全国闻名。他上班的第一天正赶上中国第一座平炉出钢，他恰巧就被分配到这座平炉上。2年后，他转至川贵交界的南川第二飞机制造厂工作。

1944年，已停滞8年的留学生招生考试恢复了，李恒德报考，并于1945年初被录取。因抗战尚未结束，海路阻断，他们30多名留学生直到1946年3月才搭乘美军运输舰“凤凰号”，从上海启程前往美国。

在美留学期间，李恒德先是进入位于匹兹堡的卡内基理工学院（现为卡内基·梅隆大学）学习冶金专业。他选学了物理冶金专业，类似于材料物理学的一部分，这也为他后来投身材料科学领域打下了一些基础。1947年他获得了硕士学位，毕业后跟随圣母大学(Notre Dame University)的保罗·贝克教授在实验室做Co-Cr-Ni三元相图研究。在两名教授的推荐下，他于1948年暑假后转到宾夕法尼亚大学，师从R.M.布里克教授攻读博士。当时他承担的课题是锆或铍的单晶变形研究，经费和奖学金都是由美国海军研究局提供。

李恒德第一次接触到这两种罕见的金属，既感到新鲜，又觉得机会难得。经过几个月的多次实验和探索，他发现无法制得锆的单晶，转而研究铍单晶变形。他从切割大晶粒铍锭制取铍的单晶体做起，经过5年的艰苦研究，得到了几十种位向的铍单晶，对它们在室温至500℃进行力学试验。他在实验中观察到，铍只有一个滑移系，并总结出铍在通常情况下为什么会表现出很强脆性的原因所在，并说明铍在本质上难以达到人们所期望的延展性。至此，李恒德在国际上最早阐明了铍的滑移、孪生和脆断机理，对人们正确认识这种六方金属的变形机制做出了开创性贡献。1953年，他以一篇“铍单晶在室温至500℃的塑性变形”论文获得博士学位。

1949年新中国成立了，李恒德和其他许多留学生都欣喜若狂，并表达了学成回国、投身祖国建设事业的强烈愿望。但当时美国政府加强了对中国留学生的回国控制，对李恒德等爱国学生提出的回国要求横加阻拦。尤其是他参加过美国海军研究局的科研项目，自然受到了美国移民局的“特别关照”。华盛顿方面先是派人到宾夕法尼亚大学，要求把李恒德的名字从研究生资助名单中勾掉，停发了他的工资。到了1951年，当他买船票准备回国时，美国移民局又对他进行了长时间的审讯和搜查，下达了禁止他离境的指令，没收了他的护照，强令他定期到移民局报到，使他处于“非法居留”的戴罪处境，随时可以加以逮捕。

李恒德对美国政府刁难和迫害留学生的做法反感之极，一心回国、报效祖国的信念更加坚定。为争取早日回国，他联系了许多决心回国的留学生以及美国一些进步团体和友人，向美国国会和总统艾森豪威尔发出公开信，要求撤销对中国留学生的无理人身扣留，允许他们尽快回国。当时正在瑞士日内瓦参加和会的周恩来总理特别提出将释放中国留学生作为中美双边外交谈判的一个专题，要求美国政府同意中国留学生的正当要求。在国内外舆论的强大压力下，美国政府不得不取消对中国留学生的禁令，准予中国留学生回国，留学生们的正义斗争取得了胜利。1955年，阔别祖国9年之后的李恒德，终于如愿以偿地回到了祖国怀抱。

殷殷从教路　桃李满园春

1955年4月，回国后的李恒德被分配到清华大学，任机械系副教授。当年他在机械系建立了第一个材料专业——金属材料专业，并成为该专业第一任教研室主任。1956年，他受命创建核材料专业。该专业属于国防尖端领域，体现了清华大学领导的战略远见。当时国家特别急需这方面人才，政府给予了特殊关注，决定在清华大学成立多学科综合性新系——工程物理系，学制为6年，核材料专业是其中之一。

核材料专业属于全新陌生学科,筹建工作困难不少。担任工程物理系副主任、核材料教研室主任的李恒德，从机械系3年级挑选8名学生加1名辅导员组成初始教学队伍，在几年间陆续创建了一系列新的专业课程，建立了良好的实验室和设备，同时还开展了对铀和控制棒等众多课题的研究。实行教学与科研结合，初衷是锻炼学生的分析和解决问题的能力。由于核材料的特殊性在学校不可能搞核心研究，但在他的争取和努力下，终于建立起了一个设备较全、研究方法先进的铀实验室，建起了我国唯一一个核材料专业。

20世纪50年代末，原子能材料研究遇到两个普遍而又十分重要的问题，一个是铀的晶粒度测定，一个是模拟铀的辐照生长。于是李恒德就带领研究生在这两个方面开展研究，并取得了一定的成果。因为铀是一种各向异性严重的金属，同素异构体较多，晶粒模式复杂，有多套形貌痕迹，使在生产上判断它的室温相晶粒度成为一个难题。他指导研究生用不同处理方法得到了铀在大范围内晶粒度变化的数据，并制得多套标准图谱。他布置年轻教师们自己安装多台热循环试验装置，用它们以热循环生长方式模拟铀的辐照生长。他还指导研究生利用锌双晶热循环作用下的“棘轮”效应进行了模拟铀的生长机理研究。从1961年起，核材料专业开始从国家经济发展和国防建设需要出发招收研究生。  

“文革”中李恒德所在的教研组被解散，自己也因各种名目被审查，并被下放到江西农场劳动。1972年春，他从农场返回学校。为了找到一种方法考验石墨在中子辐射下的生长效应，他提出利用带电粒子轰击来加速模拟的方案。这次实验时间虽不长，但却使他了解了加速器带电粒子和固体的作用，为他后来研究离子束冶金学铺就了一条新路。此后为研制高温气冷堆，他开始了制备UO2颗粒燃料的研究。经过调研，他决定采用“凝胶沉淀法”工艺，先从模拟氧化铁入手，经适当烧制成功获得了Fe2O3颗粒。他再利用类似方法改变成分和高温烧结进行铀的试验，终于制得了直径为1mm的UO2微球颗粒。

70年代中期，李恒德在带领学生到陕西宝鸡西北有色金属加工厂实习过程中，他借鉴加拿大一起反应堆所用锆管发生破裂事故，提出开展锆管课题研究。他先是自己经过多次试验，摸索出一套测试方法,然后带领一批学生到工厂进行大量试验，取得比较理想的效果。在工厂的几个月实习,他作为领队，边讲课、边劳动、边搞科研，取得丰硕成果。 

1978年“拨乱反正”之后，李恒德被恢复系副主任和教研组主任的职务，受命重建核材料专业教研组。1981年他担任核材料专业博士生导师，1982年至1985年担任工程物理系主任。

1985年李恒德担任材料物理专业博士生导师。1988年‌他参与筹建‌清华大学材料科学与工程系并‌任教授，该系后来成为国内材料人才培养与科研核心基地。1994年他当选中国工程院院士‌后仍坚持教学和指导研究生，是清华大学材料学院终身教授‌。

李恒德从教数十年，始终坚持为人师表，对学生关爱有加。他特别赞赏那些将青春年华奉献给祖国的年轻同志，勉励年轻人扎根祖国，严谨求实，多出成绩，为国效力。他培养的核材料和材料专业学生众多，为国家核事业培养了一大批关键人才，在材料领域做出了突出贡献。仅1990年至2003年期间，他培养的硕士、博士和博士后就有12名。他的学生李冠兴长期在中国核工业集团北方核燃料元件厂担任厂长和总工程师，在发展我国新型核燃料元件方面做出了突出贡献，成为他的学生中第一位中国工程院院士。柳百新师从李恒德，教书育人，严谨治学，成为清华大学材料系领军人物，是他的学生中第一位中国科学院院士。他的学生石永康担任中国原子能科学研究院堆功所所长，在研究和开发新堆型方面颇有建树。

李恒德深感我国因没有自己编写的材料类“案头书”，给教学和科研带来诸多不便，便于1995年与化学工业出版社合作编辑出版《材料科学与工程手册》。他亲自草拟编写大纲，组织召开编委会，统一编写思路，落实编写单位。在他和师昌绪院士、周廉院士的共同主持下，经过近400位材料专家、学者的数年努力，一部900万字的《材料科学与工程手册》（上、下卷）于2004年出版发行。这部集综合性、知识性、科学性、先进性和实用性于一体的工具书受到了业界和广大读者好评，获得中国石油和化学工业协会优秀科技图书一等奖。

针对我国已成为核能、核材料研究应用大国的实际情况，在同事们的鼓舞下，李恒德于2000年提出总结我国50多年来核材料领域先进成果和工程经验的动议，得到了核材料界专家、学者的热烈响应。他在清华大学组织核材料专家召开《核材料科学与工程》丛书编写会，明确了编写工作主导思想、基本内容和主要特点。经过7年的努力，近百位作者参加编写的12册、500多万字的《核材料科学与工程》由化工出版社于2007年陆续出版发行。在这套丛书首发式上，包括14位院士在内的60多位核材料专家到会祝贺。

李恒德在审改资料

孜孜科研路　奉献报国心

新中国核材料研究的奠基人。1956年李恒德在清华大学创建中国‌第一个核材料专业‌后，1963年至1966年他在中国科学院原子能研究所兼任研究员，使他在教学和科研相结合的道路上越走越远。1973年他最早在国内用凝胶沉淀法研制出‌二氧化铀燃料微球‌，解决了核燃料制备的关键问题。针对反应堆锆合金包壳的脆断难题，首次揭示了氢化物取向与管材加工工艺的关系，建立了织构取向因子的计算方法，解决了堆用锆管氢脆开裂的工程问题，大幅提升了反应堆安全性，该成果直接应用于我国的核电工程。

国内金属离子束表面改性研究的先驱。李恒德客观分析了当时我国核材料研究领域的状况，把目光投向了核技术与材料科学相结合的新方向——离子束和材料的相互作用研究，即离子束物理冶金学。1978年他受命带领由几个单位组成的6人团队到意大利、匈牙利、瑞士、法国参加了有关离子注入的国际会议和实验室考察，同时在清华大学启动了离子束对金属材料表面改性研究。1979年他筹建了涵盖多学科的清华大学材料研究所并担任所长任职到1997年，推动了材料学科交叉与平台建设。在1980年第二届IBMM（离子束改性材料）国际会议上，李恒德研究组发表了一篇论文，阐述了离子束的研究成果，表明中国已在这一领域崭露头角。他带领团队完成的氮离子注入钛人工髋关节改性研究，大幅提升了人工关节的使用寿命，对临床医用材料发展有重要推动意义。

他带领科研组乘胜前进，先后进行了离子束的界面混合、金属氮化物的形成和相变的分形研究，发现了一般人认为不可能形成的某些贵金属氮化物(AgN3)和先生成TiN后生成Ti2N的逆序现象。科研组在几年内制出了17个氮化物，证实在室温下可以用N+和金属直接反应形成氮化物，了解到十余种金属在N+作用下形成氮化物的倾向、结构和规律。他领导研制了我国第一台自主制造的多功能离子束辅助沉积设备，对类金刚石和碳化物的形成进行不少新的探索。从1990年至2007年，他连续15年担任SMMIB（离子束材料表面改性国际会议）国际组织常委。

中国仿生材料研究的开拓者。从1989年起，李恒德的研究又进入一个新的领域——仿生材料研究，并首先从生物矿化研究入手。他和同事及研究生们研究了洞庭湖的数种贝壳、珍珠和非洲的象牙等的分级结构，对珍珠层单晶文石之间排列和位向以及贝壳珍珠之所以韧化产生了兴趣。通过对珍珠层的研究,他和科研组把离子束辅助沉积设备应用到生物材料仿生上，制得了一系列纳米级的异质多层膜，系统完成了纳米多层膜力学性能研究，为我国仿生纳米复合材料的发展奠定了基础。他们还通过观察骨和骨痂的微观结构，利用胶原纤维和羟基磷灰石在溶液中的自组装合成了纳米晶胶原基人工骨材料。除进行结构仿生研究外，他还带领科研组进入了“过程仿生”领域，利用双亲高分子自组装成的模板诱导矿物形成和制取多种介孔氧化物与介孔材料,拓展了这一材料的应用前景。

此外，1986年后李恒德担任国家自然科学基金委员会材料科学与工程科学部第一、第二任学部主任。从1991年至1999年，担任中国材料研究学会理事长。1996年至2000年，当选国际材料研究学会联合会副主席和主席，是首位担任该职务的中国学者，极大提升了中国材料学科在国际上的影响力。

李恒德的辛勤付出收获了丰硕的科技成果。他参与研究开发的纳米晶磷酸钙胶原基骨修复材料、多功能离子束增强沉积实验装置、高密度封装的应用基础研究、固体薄膜中的分形生长等8项科技成果，分别获国家技术发明奖、国家科技进步奖和省部级科技进步奖。参与研发的磷酸钙系生物矿物及其仿生制备、C-N膜及其生物相容性研究、载能离子束与金属相互作用的基础研究等5项科技成果，分别获国家和省部级科技成果。参与研发的用于骨修复的纳米晶磷酸钙胶原基复合材料的制备方法、纳米相钙磷盐胶原高分子骨复合多孔材料的制备方法、离子注入方法改善钴铬薄膜的磁性3项技术，获得国家发明专利。1998年李恒德获得奖励有杰出成就科技工作者的何梁何利基金奖。

清华大学原副校长郑燕康评价说：李恒德院士教学严谨，为人师表，是清华大学材料科学与工程研究院、材料科学与工程系的奠基人，在半个世纪的时间里，为我国的材料科学作出了巨大的贡献。中国科学技术大学原校长、中国科学院院士朱静说：李恒德院士是忠诚的爱国者，是我国取得重要学术成就的科学家及杰出的教育家，是出色的战略科学家。

李恒德院士的业绩已经记入史册，人们永远不会忘记。