龙将的科研成就
龙将早年跟随戴安邦研究硅酸聚合理论,成为主要研究者之一。从理论上阐述了二氧化硅溶胶的凝胶速度与pH值的关系。这一理论被傅莹称为“第一个关于SiO _ 2溶胶胶凝速度与pH值关系的定量理论”并收入书中。这一成果还被Iler在《硅石的化学》一书中引用,并获得国家自然科学二等奖1982。
2.浓分散体系的流变学研究
浓分散体系广泛存在于自然界和工农业生产中,研究其稳定性和流变性具有重要的理论和现实意义。20世纪60年代初,龙将主要研究粘土体系的流变和絮凝特性,建立了较为完善的流变研究方法。自1983以来,龙将结合国家重点项目研究了一种新型代油水煤浆的制备及机理。从表面吸附和复合添加剂入手,具有特定的触变结构,制备出浓度为70%的可流动水煤浆,这在当时被认为是极其困难的。他在工作中充分利用了粒度分级的思想,提出了双峰分级的工艺路线,使利用天然表面活性剂生产质优价廉的水煤浆成为可能。这种工艺虽然先进,但很复杂,当时还没有认识到。直到1987年意大利Snamprogetti公司来华介绍他们在世界上最大的水煤浆厂的制浆工艺路线时,人们才发现意大利的工艺与龙将等人是一样的,这使中国在与意大利的谈判中始终处于平等的地位。1986参与七五计划,并在1989参与世界实验室项目“制浆困难的神木煤制浆研究”,解决了浓度大于60%的水煤浆无法通过表面处理制取的难题,使其达到“国际领先水平”(七五鉴定意见)。1988进一步发展了这一理论,解决了“黄金矿山全尾砂充填”的问题,即将矿区堆积的大量尾砂变成高浓度(78%)的可流动砂浆。虽然这项工作在国外已有报道,但目前在国内还不知道从何下手。根据界面科学和流变学原理,龙将很快解决了这一问题,深化了胶体化学中的一些基本问题,如浆液分离与浆液动态稳定性的关系、表面疏水性与体相浓度的关系等,对浓分散体系的研究具有重要意义。水煤浆获得三项中国专利和一项科学院二等奖。
感光乳剂是卤化银微晶的浓缩分散体系。20世纪60年代初,龙将领导并参与了U-2飞机用胶片的仿制任务,开展了卤化银乳剂和菁染料在卤化银上吸附的基础研究。U-2飞机胶片的成功仿制,促进了当时中国感光科学和工业的发展。后来,我参加了卫星电影的研究工作。荣获国防科技进步特等奖和科技大会奖等多项大奖。他们认为染料和卤化银的电荷转移络合物在卤化银表面形成,弱力在聚集态的形成中起主要作用的观点引起了国际上的关注。
3.单分子膜和界面流变学
单层膜的研究对构建人工仿生膜和分子电子器件具有重要意义。近十年来,龙将和他的团队建立了一套系统的方法来研究液/气界面的性质和流变性质。其中有布儒斯特角显微镜、表面反射光谱仪等原位方法,使用的仪器大多是自己安装成功的。这些方法使他们能够在更深的层次上阐明许多现象的本质。
在1987期间,龙将等人利用自制的扭摆界面流变仪证明了驱油产品的稳定性与油滴的界面粘度密切相关。这是提高采收率中一个非常重要的理论问题。这项工作与其他单位的工作一起获得了科学院科技进步一等奖。后来他们利用单分子膜技术研究了碱驱和聚合物驱中聚合物和表面活性剂的相互作用,证明了聚合物和表面活性剂可以形成具有超加效应的络合物,提出了生成高活性络合物的新模型。这一成果被国外学者多次引用。
4.功能分子有序组装与生物分子电子学研究。
20世纪80年代以来,由于微电子学和仿生学的发展,利用LB膜形成功能分子有序组装体的工作发展迅速。自1985以来,龙将从LB膜和界面化学开始了这一领域的工作,并集中于生物系统。主要从事两方面的工作:
一、仿生纳米薄膜的研究,细菌视紫红质是一种很有前途的长寿命生物光电材料。因此,制备细菌视紫红质及其生色功能化合物视黄醛的光电响应膜,研究其在有序组装体中的电子和能量传递成为国内外研究的热点。仅在日本宣布获得双向光电流一年后,他们就测到了同样的效应,并在此基础上研制出了光报警器(已通过科学院鉴定)和光计数器的样机。该领域已发表论文31篇。“八五”863项目的评语是“在细菌视紫红质和视黄酸仿生功能材料研究方面,在成膜工艺、薄膜表征和光电响应原型器件的试制方面取得了较大进展,也体现了较高的学术水平,较好地完成了任务”。目前与德国Hampp教授、Xi安光机所、生物物理都有合作关系。龙将和他的同事被邀请在1994年在印度和1997年在中国举行的分子电子学和生物计算机国际会议上就这一主题发表演讲。
二是LB膜和囊泡在仿生传感器中的应用研究。主要结合葡萄糖氧化酶仿生传感器来研究。其特点是在酶膜中引入LB膜以扩大对电流响应的耐受性,用聚吡咯提高响应电流。由于这项工作涉及到仿生膜的许多理论问题以及对糖尿病、病毒和细菌的检测,因此引起了人们的关注。在1991第五届国际LB膜大会上,M.Petty在邀请报告中介绍了龙将实验室的工作。美国加州大学的颜廷芳教授写了一篇由龙将主编的手稿《膜模拟化学及其应用》(1994)。
利用变色小泡检测病毒和细菌始于1993。Charych当年在《科学》杂志上发表文章,利用嵌有唾液酸头的变色二乙炔囊泡可以鉴别感冒病毒。这一发现引起了人们的普遍关注。但是她用的唾液酸是附着在二乙炔的分子上,然后通过乙炔的分子间聚合将唾液酸引入囊泡。这种方法非常复杂且昂贵。龙将等人成功地用非聚合方法将糖和脂质结合成囊泡,形成变色囊泡,使这些囊泡遇到细菌也能变色,为这类研究开辟了新的途径。该工作发表在J.Amer.Chem.Soc .和Langmuir等国际知名杂志上。
在生物有序组装体的研究中,龙将等人观察到葡萄糖氧化酶、细菌视紫红质等生物插入不同疏水链长的中性和带电糖脂单层中,证明弱力(尤其是疏水性)在仿生有序组装体的形成中起着重要作用,是生物保持α螺旋和活性的重要条件,对仿生分子器件的制备具有重要意义。
5.纳米粒子的制备及应用
纳米材料的突破和巨大的应用前景使得胶体和纳米粒子的制备成为科学研究的前沿。近五年来,龙将等人重点研究了超细疏水单分散颗粒的制备及其在高科技中的应用,发展了一系列制备疏水单分散二氧化硅和贵金属的胶体化学方法,可以制备30纳米至10微米的单分散二氧化硅颗粒和10纳米以下的贵金属颗粒,同时解决了纳米颗粒的团聚问题,使金颗粒通过微弱的作用力有序排列。他的实验室首次证明了纳米疏水粒子可以提高泡沫的稳定性,并定量计算了泡沫稳定性与粒子表面疏水性两个因素之间的关系。指出纳米疏水颗粒稳泡效果的主要原因是纳米颗粒在泡沫膜中形成网络结构,使其重力滴落因子变弱。龙将和其他人也在自己设计的单层装置上制造了小于2纳米的粒子。纳米粒子的整齐排列是未来纳米电子学的一个关键问题。然而,由于纳米粒子巨大的表面能,如何将它们有序排列是一个科学难题。龙将等人利用纳米粒子的简化技术和LB膜技术,使疏水性金纳米粒子紧密排列,形成二维有序的正方形矩阵,他们进一步在聚合物基底上获得了整齐的二维金原子晶格。
纳米粒子的生物效应是国内外为数不多的领域。龙将等人在葡萄糖氧化酶中加入金纳米粒子和二氧化硅纳米粒子,发现葡萄糖氧化酶传感器的响应电流可以提高10倍以上。还发现纳米粒子可以提高细菌视紫红质和视黄醛仿生光电响应膜的光电流和寿命。他们提出这种效应的机制是由三个因素引起的,即比表面、表面取向和量子尺寸效应。表面取向和量子尺寸效应的提法各有特点。
6.学术交流活动,培养干部和科研作风
龙将积极参与组织国内外学术交流。曾任中国化学会物理化学专业委员会副主任。1987推动LB膜专业组的成立,并担任第一届LB膜专业组组长(后为分子有序膜专业委员会主任)。发起中日双边LB电影会议和亚洲订购电影会议,第一届亚洲订购电影会议,第二届中日双边会议,第三届国内会议主席。
龙将学术思想活跃,学风民主严谨。在学科建设和引进国外人才方面做了大量工作,是光敏研究所胶体与界面开放实验室第一届学术委员会主任。他培养了40多名博士生和硕士生。在中国科学技术大学研究生院从事“胶体与界面化学”教学近7年。1998获中国科学院优秀导师奖,被评为中国科学院北京地区优秀党员。