撥開重重迷霧，找尋激光粒度儀測(cè)試異常的“真兇”

顆粒無(wú)小事，大約有70%的工業(yè)產(chǎn)品都與顆粒有關(guān)，而粒度、粒度分布以及粒形檢測(cè)作為顆粒檢測(cè)重要的分支，歷來(lái)都是產(chǎn)學(xué)研界關(guān)注的焦點(diǎn)，相關(guān)儀器也應(yīng)運(yùn)而生。最近十余年，國(guó)內(nèi)粒度檢測(cè)類儀器不斷推陳出新，行業(yè)熱鬧非凡。

而有個(gè)人，他兼具粒度檢測(cè)行業(yè)學(xué)者和企業(yè)家雙重身份，作為企業(yè)家，他生產(chǎn)的儀器與進(jìn)口激光粒度儀分庭禮抗；而作為學(xué)者，他的研究成果在行業(yè)內(nèi)被高度關(guān)注。

他就是張福根博士，他讓我們看到，一個(gè)學(xué)者兼企業(yè)家的堅(jiān)韌與追求；中國(guó)的高端儀器在30年里的進(jìn)步與超越；中國(guó)實(shí)現(xiàn)復(fù)興夢(mèng)的底蘊(yùn)與基礎(chǔ)。

應(yīng)創(chuàng)業(yè)之潮下海，“要制造出世界領(lǐng)先的科學(xué)儀器”

1987年的北京，天空像藍(lán)寶石一樣晴朗，中關(guān)村的“電子一條街”人潮洶涌，彼時(shí)正在天津大學(xué)攻讀光學(xué)工程專業(yè)博士的張福根第一次來(lái)到這里時(shí)，如同其他剛步入社會(huì)的青年一樣，激動(dòng)得熱血沸騰。

上世紀(jì)80年代，受美國(guó)波士頓 128 號(hào)公路以及硅谷的影響，在北京中關(guān)村，一批批科技人員“下?！?，以四通、信通、京海、科海聯(lián)想等為代表的一大批民營(yíng)科技公司先后成立，中關(guān)村“電子一條街”初具規(guī)模。

美國(guó)硅谷的創(chuàng)業(yè)故事在這里被廣泛宣傳。為了購(gòu)買實(shí)驗(yàn)所需的光學(xué)和電子元件，經(jīng)常往中關(guān)村跑的張福根，也被這種氛圍感染，一個(gè)個(gè)科技公司崛起，硬生生地勾動(dòng)著他躁動(dòng)不安的心。

張福根與激光粒度儀的緣分始于在天津大學(xué)讀博時(shí)投師我國(guó)著名光學(xué)專家張以謨教授門下。他修的是光學(xué)工程，主攻的方向是電子散斑干涉，相關(guān)產(chǎn)品可用于材料應(yīng)變、缺陷以及無(wú)損探傷的探測(cè)。

博士畢業(yè)后，張福根留在天津大學(xué)當(dāng)老師，但當(dāng)時(shí)他的月薪只有129塊。張福根是農(nóng)村出身，家里條件比較苦。有一次他父親患病，家里連住院的100元費(fèi)用都拿不出?！拔蚁Ｍ芏噘嶞c(diǎn)錢，改變這種艱難窘迫的境況?！?br />
在博士期間，張福根發(fā)現(xiàn)大學(xué)的科研成果真正投入生產(chǎn)應(yīng)用的并不多?！昂芏嘤袑?shí)用價(jià)值的成果，成果鑒定后就束之高閣，沒有得到產(chǎn)業(yè)化。我覺得挺可惜的?！碧旖虼髮W(xué)的激光粒度儀項(xiàng)目就是這樣一個(gè)例子，1987年通過(guò)了科技部的技術(shù)鑒定，實(shí)用化的樣機(jī)已經(jīng)被研發(fā)出來(lái)。而當(dāng)時(shí)進(jìn)口激光粒度儀價(jià)格高昂，天津大學(xué)的內(nèi)燃機(jī)研究所購(gòu)買一臺(tái)就花了40萬(wàn)元，這在當(dāng)時(shí)是個(gè)天文數(shù)字。這個(gè)情況深深刺激了張福根。

雖然是一名科研人員，但張福根身上有一種身體力行、勇往直前的性格，“我想改善家里人的生活，我想讓好的科研產(chǎn)業(yè)化，想造出世界先進(jìn)的科學(xué)儀器?！彼眯袆?dòng)實(shí)現(xiàn)了他這些愿望。

“要制造出世界領(lǐng)先的科學(xué)儀器。這對(duì)有些人來(lái)說(shuō)是一句大話，對(duì)我來(lái)說(shuō)則是畢生為之奮斗的事業(yè)，而激光粒度儀就是我選擇的具體產(chǎn)品?！边€在研究生時(shí)期，他就想好了未來(lái)公司的名稱，叫“歐美克”。這是光學(xué)（Optics）、機(jī)械（Mechanics）、電子（Electronics）和計(jì)算機(jī)（Computer）的英文縮寫OMEC的英譯，中文蘊(yùn)含著“超歐克美”的雄心。為了尋找投資，他在天津托各路朋友，接洽“有錢人”，未果。1990年，張福根果斷放棄了體面的大學(xué)教師工作，來(lái)到了珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)，繼續(xù)尋找投資人。

時(shí)至今日，已成為業(yè)內(nèi)舉足輕重的前輩的張福根，對(duì)于當(dāng)時(shí)創(chuàng)業(yè)初期的困難，只輕描淡寫地幾句帶過(guò)。但從“寫過(guò)不下十份可行性報(bào)告，都是手抄的”“到了1993年才終于成立歐美克科技有限公司”這些字眼，可以看出激光粒度儀產(chǎn)業(yè)化道路的艱難。

度過(guò)困難期后，歐美克迅速成長(zhǎng)為業(yè)內(nèi)的一面旗幟。2010年，歐美克公司轉(zhuǎn)讓給思百吉公司（英國(guó)馬爾文儀器的母公司）時(shí)，已是全世界銷量最大的粒度儀公司。

迄今為止，張福根已在粒度檢測(cè)行業(yè)里前行了三十年，三十年的風(fēng)起云涌，我們聽得入神，可那也只是一個(gè)過(guò)去的精彩故事。對(duì)張福根而言，歲月里有榮光也有挫折，但信念猶在，壯心不已。

撥開重重迷霧，找尋激光粒度儀測(cè)試異常的“真兇”

盡管成了企業(yè)家，但張福根對(duì)科研的熱情絲毫不減，他一直游走于企業(yè)家和學(xué)者兩條小徑之間，辦公室墻壁上的愛因斯坦畫像也在提醒人們，這是一位真正熱愛科學(xué)，追求真理之人。

作為歐美克公司的創(chuàng)始人，張福根對(duì)粒度檢測(cè)行業(yè)有著深刻的了解，而在歐美克轉(zhuǎn)讓后，給馬爾文儀器有限公司做顧問(wèn)的經(jīng)歷也消除了他對(duì)國(guó)外儀器的神秘感。

目前，市面上的粒度儀有動(dòng)態(tài)光散射納米粒度儀，激光粒度儀，電阻法顆粒計(jì)數(shù)器和圖像粒度儀等，目前應(yīng)用最廣泛的是激光粒度儀。它標(biāo)稱能實(shí)現(xiàn)20納米到3500微米顆粒的全覆蓋，能測(cè)量各種粒徑的固體粉末、漿料、乳液、氣泡、噴霧中的顆粒，涉及化學(xué)、制藥、食品、新能源、建材、動(dòng)力等工業(yè)領(lǐng)域并發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。

由于光的波動(dòng)性，光通過(guò)小孔（或者遇到“顆?！保?huì)發(fā)生衍射，明暗相間的條紋衍射圖樣，條紋間距隨小孔尺寸的減少而變大。大約有84%的光能量集中在中央亮斑，其余16%的光能量分布在各級(jí)明環(huán)上。衍射圖樣的中心區(qū)域有最大的亮斑，稱為愛里斑。激光粒度儀就是建立在“顆粒越大，散射光斑（愛里斑）越小”這一物理現(xiàn)象之上的。這一現(xiàn)象使得愛里斑的尺寸與顆粒大小呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

盡管第一臺(tái)激光粒度儀誕生至今已有40多年，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，激光粒度儀的物理理論已經(jīng)相當(dāng)成熟,但是長(zhǎng)期以來(lái)，檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)時(shí)而會(huì)有異常結(jié)果出現(xiàn)。國(guó)外更高端的激光粒度儀也毫不例外地遇到同樣的問(wèn)題。

張福根對(duì)此一直耿耿于懷。2011年，離開了歐美克后，他受聘天津大學(xué)兼職教授，指導(dǎo)博士和碩士研究生開展光散射理論基礎(chǔ)研究，并帶領(lǐng)學(xué)生一起研究粒度儀行業(yè)一直懸而未決的難題。

經(jīng)過(guò)深入研究，張福根他們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上并不是所有粒徑都是顆粒越小愛里斑越大，有時(shí)候也會(huì)有顆粒越小愛里斑也越小的現(xiàn)象，他們把它稱為愛里斑反?，F(xiàn)象（ACAD）。

在出現(xiàn)ACDC現(xiàn)象的粒徑區(qū)域，激光粒度儀的測(cè)量就面臨著同一尺寸的散射光斑對(duì)應(yīng)2-3種不同粒徑的情況，這種反常變化正是導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果異常的“真兇”。

張福根自豪地說(shuō)：“（ACAD現(xiàn)象）由我們最先發(fā)現(xiàn)并且系統(tǒng)研究的，除了我們以外，其他同行都沒有從根本上解決這個(gè)問(wèn)題?！?br />
這個(gè)發(fā)現(xiàn)公布后，在學(xué)術(shù)界引起高度關(guān)注。一直以來(lái)，激光粒度儀的測(cè)量結(jié)果比較駁雜，難以交叉對(duì)比。不同激光粒度儀測(cè)試結(jié)果不一樣，更是成為長(zhǎng)期困擾粉體檢測(cè)人員的老大難問(wèn)題。目前國(guó)外流行的儀器也注意到儀器存在缺陷，為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，就對(duì)結(jié)果進(jìn)行一定修飾，人為地在顆粒的折射率上給它加上虛部，也就是一個(gè)吸收系數(shù)，但不同設(shè)備商之間的修飾方法不同，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)果存在差異。

張福根他們的研究成果，從根本上找到了造成愛里斑反常現(xiàn)象的機(jī)理，并且研發(fā)出統(tǒng)一的反演算法，提出獨(dú)特的有針對(duì)性的技術(shù)方案解決，從而保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

這是粒度儀發(fā)展史上值得記載的一筆，推動(dòng)了整個(gè)顆粒行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

除了愛里斑反?，F(xiàn)象，張福根還帶領(lǐng)學(xué)生解決了全反射的盲區(qū)問(wèn)題，回答了激光粒度儀測(cè)量上限的問(wèn)題等等。

從大學(xué)老師到成功企業(yè)家再到業(yè)內(nèi)具有影響力的前輩，張福根正在努力攀爬更多的高峰，站在山頂上，他看到無(wú)邊無(wú)際的天地，同時(shí)，也有越來(lái)越多的人在他的指引下，走出迷霧。

再度重出江湖，以真理解決行業(yè)痛點(diǎn)問(wèn)題

2018年，張福根參加了4月5-6日英國(guó)倫敦舉行的ISO/TC24/SC4國(guó)際年會(huì)，并在會(huì)議上作學(xué)術(shù)報(bào)告。

這個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)議并非學(xué)術(shù)會(huì)議，張福根所面對(duì)的也并非都是業(yè)界學(xué)者，代表們更多代表的是企業(yè)，他們關(guān)心的是企業(yè)利益。他們對(duì)本領(lǐng)域的重大理論發(fā)現(xiàn)似乎沒有更多的興趣，他們更注重各自的話語(yǔ)權(quán)。

這從側(cè)面反映出中國(guó)激光粒度儀國(guó)際化的艱難。這也是張福根重出江湖，再創(chuàng)立珠海真理光學(xué)儀器有限公司的初衷。

彼時(shí)，進(jìn)口儀器在中國(guó)市場(chǎng)占有率很高，中國(guó)用戶普遍對(duì)其有一種迷信的心理，總覺得國(guó)外儀器的結(jié)果是對(duì)的。而國(guó)外激光粒度儀發(fā)展了幾十年，用戶在研發(fā)過(guò)程或者生產(chǎn)過(guò)程中形成了長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累，一旦換一個(gè)儀器，與歷史數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)不上，就可能保證不了后面生產(chǎn)的連續(xù)性。因此用戶對(duì)于新的理論也興趣不大。

處事嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的張福根決定為此再次出山，“我們不僅要指出這個(gè)問(wèn)題，更重要的是我們要為用戶解決控制或解決這些問(wèn)題?！?br />
2015年，張福根教授成為真理光學(xué)的掌舵人，帶著他團(tuán)隊(duì)新研發(fā)的LT3600激光粒度儀回來(lái)了。這款儀器的綜合性能完全可媲美國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，甚至超越了他們，它包含了多項(xiàng)突破性技術(shù)成果，直指目前所謂國(guó)外先進(jìn)粒度儀的痛點(diǎn)。“我們一開始就將自己定位成一個(gè)國(guó)際領(lǐng)先品牌?！?br />
新公司名字也很有意味，真理光學(xué)，“科學(xué)真理，引領(lǐng)儀器未來(lái)。”這意味著，張福根將致力于領(lǐng)銜著研發(fā)團(tuán)隊(duì)，以 “科學(xué)態(tài)度，工匠精神”制造儀器，挑戰(zhàn)國(guó)外品牌的所謂的“權(quán)威”。

“我們把自己的儀器定位在高端儀器，所以我們?cè)趪?guó)內(nèi)的市場(chǎng)也是走高端路線?！闭胬砉鈱W(xué)主要涉及鋰電、醫(yī)藥、航天航空、石墨烯等高端應(yīng)用。如醫(yī)藥的吸入式給藥，航空航天上要用的噴霧粒度儀和航天發(fā)動(dòng)機(jī)等。

除此之外，張福根一直致力于學(xué)術(shù)研究和行業(yè)的健康發(fā)展。他用梯形窗口解決了全反射盲區(qū)問(wèn)題，并研發(fā)出環(huán)形樣品池，帶來(lái)更多嶄新的應(yīng)用。

為了普及新的理論，更先進(jìn)的儀器，讓更多的用戶走出激光測(cè)量?jī)x的誤區(qū)，他通過(guò)各種學(xué)術(shù)會(huì)議，給大家講道理。讓張福根欣慰的是，大家已經(jīng)逐漸重視這方面的問(wèn)題并積極探索解決的方案。

作為全國(guó)顆粒表征與篩分檢標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)副主任委員，張福根一直為激光粒度儀技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定而奔走。

現(xiàn)行的激光粒度儀標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的等同采用，按原稿翻譯過(guò)來(lái)直接采用，然而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)本身就是原理性的標(biāo)準(zhǔn)，并沒有涉及具體技術(shù)細(xì)節(jié)，因此存在一定的局限性。而且，這幾年來(lái)，中國(guó)品牌在性能上已超越國(guó)際品牌，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已無(wú)法作為參考?！跋Ｍ覀兘⒁粋€(gè)激光粒度儀的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，更具體地定義一個(gè)產(chǎn)品，以規(guī)范激光粒度儀市場(chǎng)，同時(shí)促進(jìn)行業(yè)水平的提高和健康發(fā)展?！?br />
三十年的歲月彈指一揮間，張福根曾經(jīng)歷過(guò)高光時(shí)刻，也曾隱退潛心專研，又強(qiáng)勢(shì)歸來(lái)，這其間的故事百轉(zhuǎn)千回，但對(duì)于他來(lái)說(shuō)，始終不變的是那顆赤子之心：追求真理，力爭(zhēng)做最好的科學(xué)儀器，創(chuàng)造享譽(yù)世界的科學(xué)儀器民族品牌。

中國(guó)的粒度儀行業(yè)也有得幸有張福根，讓大家看到最美最廣闊的景色。