網訊：中科院院士張乾二早年師從盧嘉錫教授，打下了扎實的結構化學基礎，并參與了水溶液中培養晶體、研制粉末衍射儀的照相機等研究；1963年參加唐敖慶教授舉辦的“物質結構”研討班，在配位場理論研究方面獲得突破，1982年該工作獲國家自然科學獎一等獎。張乾二在“文革”中開始鉆研、上世紀80年代完成的休克爾矩陣圖形方法已被寫入《結構化學》教科書。其課題組完成的“多面體分子軌道”等研究，1989年獲國家自然科學獎二等獎。上世紀90年代，他帶領課題組開展價鍵理論計算程序化的攻堅研究，并在世紀之交編制出價鍵從頭算程序VB-XIAMEN99，性能優于國際上的其他程序。

　　嘗試在水溶液中培養晶體

　　1958年“8·23”炮擊金門后，全國正在“大躍進”的熱潮中，盧嘉錫思考物構專業如何為“大躍進”添磚加瓦。根據當時條件，他想可以人工培養晶體，但國內還沒有人進行過這樣的工作。盧嘉錫查閱文獻后，拿了一本外文參考書，找到張乾二和張炳楷兩位青年教師。晶體培養有許多方式，可以水溶液培養，也可以用水熱法，還可以從熔體中提拉晶體……因為沒有直接經驗，他對兩位年輕教師說，我們還是先易后難，先從水溶液中培養晶體。盧嘉錫讓他們帶兩個學生共4人，一起到漳州設立“晶體生長實驗室”，進行培養晶體的研究。當時條件簡陋，實驗室設在小學，住在天主教堂，吃在專署食堂。

　　怎么培養晶體？張乾二與張炳楷先好好讀了一遍晶體生長的專著。晶體生長，外人看起來簡單，實際卻很復雜。它涉及熱力學中的相平衡和相變，要了解晶體生長的成核過程，還要考慮溶質的擴散過程、晶體界面的穩定等。要培養什么晶體呢？他們先查看了水溶性晶體的溶解度曲線圖。不同物質在水中的溶解度有明顯差別，大的如酒石酸鉀鈉，小的如硫酸鋰，大多數晶體溶解度隨溫度升高而增大。張炳楷看到酒石酸鉀鈉隨著溫度變化很大，心想這樣可能比較容易結晶，就選擇了它。當時完全是白手起家，先用廣口瓶做容器。加熱水溶液要用的電爐，也沒有現成的，只好采購一堆電阻絲，自己動手繞電阻絲，加工成電爐。培養晶體需要24小時連續恒溫條件，當時不但沒有恒溫爐，而且供電條件很差，經常斷電。張乾二把人員分成兩班，輪流值班。先配制過飽和的酒石酸鉀鈉溶液，找一顆比較好的晶種，固定在旋轉棒上，讓晶種緩慢旋轉，隨著晶體的生長，還要不斷添加晶料，保持溶液處于過飽和狀態。但是不知什么原因，晶體一直長不起來，而恒溫槽底部有時會有晶體析出，他們只好再去查參考書。書中提到，過飽和溶液在熱力學上是不穩定的。過飽和溶液可分為“不穩過飽和”和“亞穩過飽和”，但哪里是亞穩區并不明確。

　　張乾二提出，我們是不是換磷酸二氫銨試試，因為它的溶解度曲線比較平緩，可能比較容易摸索亞穩區。于是一切從頭開始，過了幾天，晶種開始慢慢長大，大家感到十分興奮，這更加強了做下去的信心。大家輪班培養晶體，記錄溫度、濃度等數據。十幾天后，晶體長到三四厘米了，大家發現其晶面有缺陷，這說明晶種一開始沒處理好。經過重新處理，晶種長了二十幾天后，單晶長到了五六厘米長。看著晶瑩剔透的晶體一天天長大，大家的心里有說不出的高興。培養了磷酸二氫銨（ADP）單晶后，再培養另一種磷酸二氫鉀（KDP）晶體。就這樣，張乾二、張炳楷帶領學生克服了一個個困難，在水溶液中培養晶體方面闖出了一條路。情況好轉后，“晶體生長實驗室”遷回廈門大學。在大禮堂邊化學樓設了一間晶體室，晶體組想要培養大一些的晶體，就做了一個較大的恒溫槽。張乾二在內套的培養玻璃缸上面加了環形圈，可使晶種緩緩移動，沿環做公轉，使溶液保持均勻性；另一方面晶種又繞著自己的晶軸進行自轉。先培養更大的ADP和KDP晶體，在引入晶種后，為防止溶液中出現自發結晶，培養晶體的溶液還要進行清潔處理，達到“光學純”（對光束無明顯散射現象）。籽晶經過幾個月的精心培養后，慢慢生長到二十幾厘米長。由于晶體在生長過程中不停地自轉，培養出來的晶面有棱有角、晶瑩剔透。

　　廈門大學在水溶液中培養出晶體的消息傳開后，山東大學派張克從、蔣民華趕來學習。他們與張乾二、張炳楷一起培養氯化鈉、氯化鉀晶體。雖然有了ADP和KDP晶體的培養經驗，但氯化鈉、氯化鉀須從熔體中培養。將食鹽晶體放在坩堝中加熱熔融，籽晶在熔體上部冷卻，邊旋轉邊緩緩向上提升。但氯化鈉晶體長出來不透明，他們試著改變pH值、在熔體中摻雜，經過多次探索后才有透明的立方晶體出現。張克從、蔣民華老師回到山大后，建立了晶體室。不久后（1960年）張炳楷等隨盧嘉錫到中科院福建物質結構研究所，在那里也建了一個晶體室，積極進行大口徑磷酸二氫鉀的晶體培養。后來物構所又用熔鹽法培養出激光性能極好的偏硼酸鋇（BBO）。這兩個地方后來成為我國重要的晶體培養基地，不僅滿足國內生產需要，還大量出口到國外。