鄒元爔有哪些主要成就?

個人簡介

鄒元爔出生於1915年10月6日的浙江省平湖縣，字立清，冶金學家，畢業於卡內基理工學院;半導體材料專家，中國冶金物理化學活度理論研究的先驅，中國科學院院士，中國科學院上海冶金研究所研究員、所長。逝世於1987年3月20日。

人物評價

鄒元爔在含氟鐵礦石及釩鈦磁鐵礦石進行高爐冶煉的研究中，在以矽鐵還原法製取稀土矽鐵合金的生產工藝方面，在純金屬冶金和砷化鎵等化合物半導體材料製備及其深能級缺陷本性研究中，鄒元爔均做出了創造性貢獻。他是將冶金物理化學對象從鋼鐵冶金、有色冶金延伸到高純金屬和半導體材料冶金的開拓者;培養了一批高級科技人才。兼擅文學，詩詞作品約400餘首，辭藻秀麗，對仗工整，不乏上乘之作。

主要成就

1952年2月鄒元爔到工學實驗館工作時，正是周仁等深入研究球墨鑄鐵之時，他們探索了加鎂方法，研究合金元素和熱處理對球墨鑄鐵金相結構和機械性能的影響，以及在鑄件上的套用。此項成果獲1956年國家自然科學三等獎。

1953年我國急需開發內蒙古白雲鄂博鐵礦，建設包頭鋼鐵公司。但該鐵礦石中含有大量螢石和稀土元素，為世界所罕見。其高爐冶煉在世界煉鐵史上也沒有成熟的經驗，是一項開拓性的工作。當時上海冶金陶瓷研究所所長周仁是中國科學院“兩礦”(白雲鄂博鐵礦和大冶鐵礦)領導小組組長，他知難而上，為冶金陶瓷研究所接下了白雲鄂博鐵礦石高爐冶煉的研究任務。他在所內進行了總動員，並迅速組織了會戰組，同時任命鄒元爔為研究該礦的技術總負責人。在周仁的組織引導和親自參加下，鄒元爔和徐元森等迅速建成了一座1立方米的試驗小高爐，他們一方面進行實驗室試驗，同時也進行小高爐冶煉試驗，系統地研究了氟在高爐冶煉中的行為，包括氟對高爐型爐渣的物理化學性能的影響和氟在高爐冶煉過程中的變化和分布規律。他們摸清了含氟爐渣對高爐冶煉的影響及其對不同耐火材料的侵蝕情況;闡明了氟從礦石和爐渣中揮發的機理及其對高爐鋼結構的腐蝕情況;提出了白雲鄂博礦的造渣制度和提高冶煉強度的方案;解決了氟對高爐鋼結構和對高爐耐火磚襯的腐蝕問題。為蘇聯專家設計包鋼煉鐵高爐提供了可靠的關鍵技術資料和理論依據。特別是高爐耐火磚襯問題，蘇聯專家設計時原計畫僅在高爐缸部分用炭磚，而周仁、鄒元爔等的研究表明，高鋁磚和鋁鎂磚等在高氟爐渣中都很快就被侵蝕，只有炭磚才能抗高氟爐渣的侵蝕，才改為從爐缸到爐身下部(風口帶除外)全部改用炭磚，避免了一次可能發生的大事故。這項研究工作獲得了1982年國家自然科學三等獎。

1952年起，鄒元爔創建並領導了上海冶金陶瓷研究所冶金物理化學研究工作，完成了《氟對高爐爐渣粘度、熔化性及脫硫力的影響》等30多篇系列性的學術論文，分別刊登在《中國科學》、《金屬學報》和《科學通報》等學術刊物上。這些論文內容廣泛，涉及熔渣和金屬中組分的活度、渣和金屬間的平衡、火法和濕法冶金過程的物理化學基本理論。所完成的大量二元系、三元系冶金體系中組分活度和金屬間化合物生成自由能的研究，為冶金物理化學積累了寶貴的數據，其中不少內容已被收入大學教科書和大百科全書。此外，在活度測量中，鄒元爔打破了黑色冶金工作者常用鐵作金屬相的傳統做法，採用某些有色金屬相，然後藉助變通吉布斯—杜亥姆公式和兩組元活度係數之和或商來分別求得各組分的活度，從而成功地解決了國際上長期存在的坩堝材料選擇和化學反應設計以及微量元素活度測定等難題。

70年代開始，鄒元爔從冶金學的角度提出了有關砷化鎵質量的三個關鍵問題，即未知受主、結構缺陷和“遷移率劊子手”。1972年他總結了國內外不同方法生長的N型砷化鎵載流子濃度和遷移率的數以百計的數據，從中歸納出剩餘受主與剩餘施主濃度之間的一個相關函式關係。據此他大膽地預言砷化鎵材料中存在著當時人們尚未認識到的受主缺陷種類，即所謂“未知受主”，它們影響著材料的補償度。通過實驗，他發現化學雜質鈉就是常被忽視的未知受主之一。後來隨著砷化鎵純度進一步提高，他又發現未知受主中除鈉外，還存在著某些受主型結構缺陷(非雜質)。1974年，鄒元爔根據砷化鎵中一些缺陷間的反應，推測可能存在GaAsVGa和AsGaVGa兩個能級位置不同的受主缺陷，它們相伴存在，並且濃度幾乎相等。這個預言，在1975年被國外學者(朗)(Lang)和(勞根)(Logan)用當時新發明的深能級瞬態能譜儀的測試結果所證實。這兩個受主缺陷命名為A和B陷阱。“遷移率劊子手”實質上是一種空間電荷散射中心，它對載流子的散射截面比普通電離雜質的幾乎大2個數量級，嚴重影響了砷化鎵材料的電學性能。在鄒元爔領導下，對液相外延和氣相外延砷化鎵材料作了大量實驗，揭示了它的微觀結構是某種矽氧複合體。

80年代初，隨著人們對半導體材料中缺陷研究的不斷深入和砷化鎵器件的迅速發展，國際上不少理論學家和實驗學家的注意力紛紛集中到砷化鎵材料中所謂“EL2”的深施主能級的缺陷本性上。這種缺陷在不同方法生長的砷化鎵材料中普遍存在，且具有許多異常性質，並對大規模積體電路等器件性能起著決定性的影響。70年代在結構缺陷研究的基礎上，1981年鄒元爔套用物理化學質量作用定律，在國際上首次提出EL2缺陷可能為AsGaVAsVGa三元絡合物。其後，各國科學家根據各自的實驗數據先後從不同側面提出了EL2缺陷可能為孤立反位原子和其它二元、三元絡合物等十多種看法。這些科學家大多採用物理學的研究方法。鄒元爔等不僅認真研究了所有這些結果，而且分析了各種變化條件下某些缺陷的相互消長關係及其內在聯繫，從而較全面地總結出EL2缺陷的有力判別標準，即“指紋特徵”。以後又根據量子化學計算和電子順磁共震實驗等結果，套用物理化學相律原理，進一步提出了晶體中EL2缺陷的生成機理，低溫光照下EL2缺陷出現亞穩態的機理以及“EL2族”現象的實質等，從而構成了一個較完整的EL2缺陷模型。鄒元爔去世後，這一模型被國際學術界稱為“鄒氏模型”，認為它能詳盡地解釋EL2的幾乎所有的電學和光學性質，並稱讚鄒元爔等所用的物理化學方法是鑑別半導體材料中深能級點缺陷本性的十分有用手段。

1957年，和徐元森等進行攀枝花高爐渣中回收鈦試驗並獲得成功。60年代開始，轉向半導體材料和純金屬及物理化學研究。對鎵、磷、砷等高純金屬的提純研究，砷化鎵和銻化銦等Ⅲ—Ⅴ族化合物半導體材料研究，相繼取得顯著成績，獲國家工業新產品二等獎。

“文化大革命”中被隔離審查，但仍致力於提高砷化鎵質量和純度的研究，寫出長篇論文《砷化鎵材料研究中三個關鍵問題》。粉碎“四人幫”後，進一步研究，提出砷化鎵結構缺陷模型的新理論，在學術界獨樹一幟，某些指標達到或超過國際水平，獲科技進步獎和國家創造發明獎。先後撰寫120餘篇學術論文。著有《冶金過程理論》、《冶金過程的物理化學》等。