冷冻干燥制备 TiO_2 超细粉体研究案例

冷冻干燥制备 TiO_2 超细粉体研究案例
无机非金属材料专业，材料物理化学专业 (2.0学分)

李革胜，Oct 11/2012

G同学是A大学材料学院无机材料专业二年纪硕士生，本学期末才开始写他的硕士学位论文” 冷冻干燥制备 TiO_2 超细粉体研究” 。G同学这两年一头扎在实验室，埋头苦干，一个星期工作6天，他自己设计了一套冷冻干燥设备，这需要大量的技术参数来定量分析冷却速度-粉体粒度之间的关系，其工作量相当于博士生水平。

问题一，什么是冷冻干燥? 在材料加工工业上有什么应用?
水 有三相，有一个三相共点。水的压力减小、其沸点下降，只要压力在三相点压力之下（如压力为 646.5Pa以下，温度0℃以下），水则而直接升华为水汽，即固-汽直接升华的原理，从而使材料得到干燥。这是个在低温低压下水的物态变化和移动的传热传质过程。又称升华干燥，将材料冷冻至水的冰点以下，并置于高 真空的容器中，通过供热使材料中的水分直接从固态冰升华为水汽的一种干燥方 法。冷冻干燥操作中使材料处于冰冻状态，其内部结构保持不变，所以特别适用于处理凝胶材料。冷冻干燥法处理含盐的生物制品，可以避免真空干燥法在表层形成盐壳。也适合处理热敏性和易氧化的抗菌素。蔬菜、鲜果、鱼类、肉类等食品经冷冻干燥后，能保持原来的多孔结构和原有的色香 味，可以久藏。冷冻干燥法在材料加工工业中主要用于陶瓷粉体加工，如多孔氧化铝粉体，钛白粉，羟基磷灰石孔架，原位仿生型羟基磷灰石等。

问题二，请写出四氯化钛 (TiCl4)水解分子式，应注意的安全事项
四氯化钛TiCl4极易水解，水解分子式为: TiCl4 + 2H2O == TiO2 + 4HCl

产生的HCl气体和水蒸汽气作用产生酸雾，TiCl4是无色透明液体，在空气中冒白雾，具有强烈的刺激性气体. 如果人体粘上TICL4会有热感，刺激度不高，请用干潮物品清理，如干燥的纸巾，棉布等，决不能用水清洗，与水反应会产生高热，烫伤皮肤，必须使用厚的橡胶手套。

G同学在学术上非常勤奋，而且很细心，冷淡干燥设备本质上是在一台密封的氟利昂冰箱上加真空泵与液氮输入装置，工作量非常大。G同学对实验室的小事，如真空度仪，液氮温度都非常留心，对学术的专注可想而知了。G同学的勤奋得到了回报，他已经发表了3篇文章，还有一篇文章正准备发表。重庆一家制药研究所B请他硕士毕业后加盟，就是看上了他研究工作”拼命三郎”的精神。还因为G同学研究的冷冻干燥技术可以让该研究所的科研上一个台阶，因为在国内还没有一家单位用冷冻干燥技术来生产西药。B研究所的高工C非常希望G同学加盟，越快越好。G同学也想早点工作，因为他在重庆的女朋友已经25岁了，一直在催他毕业，这就使他的论文写作和最后的结题实验时间非常紧迫。

双 休日的星期五下午2点钟，G同学把实验停了下来，开始给他的导师S教授做幻灯片，因为下周四S教授要参加一个学术会议，把所需要的数据和图表都交给G同学，让他用POWERPOINT做PRESENTATION。下午3点钟，G同学做完了幻灯片，开始打扫实验室，准备周末放松一下。他已经长时间通宵达旦地做实验，连轴转了5天了。这时，他的导师S教授走进实验室，要求G同学星期六也来实验室加班，因为他需要一个四氯化钛水解初始温度和液氮冷却速度的数据，就是该冷冻干燥技术的物性参数和过程参数，S教授强调下周一就要，最好是给他找到冷冻过程的最优冷冻曲线。S教授如果缺乏这些数据，难以实现针对四氯化钛原料的优化，也不能充分发挥系统效率。因为下周四的学术会议上，如果S教授拿不出令人信服的压强、温度、相对湿度和四氯化钛水解控制等对物性参数的影响及冷冻、供热，预冻温度、升华吸热等过程参数，对他下一年度基金申请有影响。

G同学想利用自己计算机特长，从热量传递和质量传递入手研究冷冻干燥的机理，并建立相应的数学模型，以此找出过程的影响因素，来预测时间、温度及压强的分布状况。因为在均质液相，如冰前沿均匀退却模型、升华模型、吸附-升华模型等都很成熟了，做这个方向比较容易成功，自己毕业在即，时间不多。

G同学为了获得良好的冻干钛白粉，在冻干时根据自制的冻干机的性能和特点，已制订出一条冻干曲线，来控制冻干机，使冻干过程各阶段的温度变化符合预先制订的 冻干曲线。B研究所的高工C正是看到了G同学制作的冻干曲线的潜在价值，请G同学加盟用计算机控制链霉素硫酸盐的冻干过程，保证药品符合质量要求。

S教授则认为G同学的想法在实际应用中存在许多限制。因为过程优化控制是建立在均质液相模型的基础上的。在生产过程中需要严格控制预冻温度、升华吸热等，

控制方案用准稳态模型和非稳态模型更实际，但这两种数理模型都没有成熟的答案。

G同学有点迟疑，拿不定主意是否该提醒S教授，这两年来他星期六都在加班为S教授工作，每天疲于应付S教授繁杂的任务，他已经没有时间来休息和写自己的论文了。两年来，每天的日程都排得满满当当的，明天那点小缝，是他给自己留出点时间稍事休息的。G同学一个硕士生这两年来，做事都要事先预约，如果谁想临时见缝插针，那肯定是插不进去。S教授花了大量时间做项目公关、填表、评审会、指导学生，看文献、改学生的论文等。而且，他是10多家学术期刊的编委，参与杂志审稿；还要领导一个实验室的运行，每年申请一年一度的基金，而到年终，则要汇报总结工作，文章，专利，下一年度的计划，他宝贵的科研时间被这些事务越来越多地挤占。直接参与科研的时间越少，离实验室渐行渐远，一些署着S教授名字的成果他根本没有参与过，跟G同学谈科研，也只能空对空地讨论。一句话，没有G同学等的勤奋工作，常年会议缠身的S教授根本不能完成这些教学，科研工作，更不用说深入一线、以严肃求实的科学态度去科研。

最后，G同学还是同意了第二天来实验室埋头加班，把四氯化钛水解初始温度和液氮冷却速度的数据等工艺参数测出来。但他还是小心地提醒S教授学术会议论文也应静心修改，不宜操之过急，如果时间来不及，是否可以暂时不用这些匆匆忙忙搞出来的数据。因为，他不想事后受到脾气不好的S教授严厉的训斥，“你搞的什么乱七八糟的东西？” S教授想了想，就同意了，他又提了一个方案，如果时间来不及，G同学可以把他的师兄Z同学的数据拿来处理一下，“超声雾化制备超细氧化铝陶瓷粉体技术”是去年毕业的Z同学的硕士学位论文，还没有来得及整理成文章。没有过硬的实验数据，如冷冻过程的最优冷冻曲线，S教授的会议论文就显得很单薄。

S教授这时也考虑到，让G同学长期加班不合适，心里也开始有点不安，对G同学说，他非常感谢G同学的工作，想找个机会补偿一下。这样吧，让G同学列为该论文的第一作者，Z同学列为第二作者，S教授在第三位。G同学脸红了，这时候觉得有点尴尬，因为数据完全是Z同学的工作，他从头到尾完全没有参加，把他排上，他都觉得害臊，排名第一，有盗窃别人成果的羞耻感。但他又不想和S教授争论，得罪人的事情他确实不愿意做，这事的确不好处理。他神色有点不自然地提醒S教授，他只做了一些文字编撰工作，原始数据和实验工作他都没有参与。S教授向他排胸脯，没有关系，他是实验室课题负责人，完全可以决定文章排名顺序，并叫G同学放心去做。

G同学实在是太累了，没有人可以长期连续每周工作7天不休息的。他太需要休息了，但S教授确实需要人干活，他对G同学说，“今晚回去好好休息一下，明天实验室见!”就准备离开实验室，G同学突然对S教授一字一顿凝重地说，“我明天不会来工作，我要休息。” 这一句话胜过千言万语，让S教授楞在那里。

问题讨论:

1. G同学应该在星期六工作吗? 他的名字应该被列为文章的第一作者吗?
2. S教授让G同学做太多的数据和图表工作，而这些工作和他的论文关系并不大，这样做合适吗?
3. 那么，当G同学准备全课题组的项目书时，他的责任和角色是什么?
4. 文章排序的原则是什么?
5. 文章的原始数据收集比数据处理和分析更重要吗?
6. G同学做了最终数据处理和分析工作，他就可以排第一吗? 他应该怎么把自己的想法告诉S教授呢?
7. Z同学的工作没有做完就离开了A大学，他的责任是什么?
8. 如果S教授用将错就错毫不退让的强硬态度来处理G同学的怠工对抗，有什么伦理问题?

 (45分钟写完)

伦理观点 一

本案例聚焦于研究生导师和研究生研究工作的责任问题。一般情况下，大多数研究生都会顺从导师所安排的工作，因为导师有权决定研究生的工作是否合格，工作量是否足够毕业，导师的评语对学生的将来非常重要。在本案例中，有一个问题是G同学是否可以在他没有参与的文章中排名第一? 特别是在S教授要求他排第一的情况下，不管G同学有没有异议，他的名字最终是否排在里面，这是最重要的。从法律上讲，G同学有权在周末休息，可以不工作，这个问题可以好好和S教授探讨，S教授应该尊重G同学的休息时间。G同学突然对S教授说，“我明天不会来工作，我要休息。”要是这样说：我这段时间太累了，我想休整一下。S教授应该就会更加理解。直接把结果说了，显得过于仓促，也许S教授会难堪的。这个是S教授素养高的情况下。要是素养不够，就会起坏心，这是可能发生的。G同学的女朋友倒是很幸福，有这么一个忘我工作的男朋友。

S教授在这里犯了一个错误，他主观臆断G同学天生就喜欢加班，或者G同学给他免费加班是天经地义的，用一篇文章的署名就可以换取G同学的廉价劳动。他可能认为勤奋顺从的G同学是个白痴。

S教授有责任知道他实验室发生的事情。具体包括学生的工作负荷，学习科研日程安排等。导师让学生干一些实验室助手工作无可非议，但和导师一起工作与为导师打工，替导师工作有本质的不同。一个思想开明的导师，知道如何与人沟通的学生是建设有创造性的实验室必要条件。

G同学也有责任让他的导师S教授知道他在做什么，沟通交流必须是导师对学生，学生对导师之间的良性互动。对于S教授要求G同学周末工作，G同学也有不可推卸的责任，他从未向教授反映情况，他周末工作太多，让日理万机的S教授知道他的具体情况，他太需要休息了。

第二个问题是文章作者署名权模糊不清，导师的责任是仔细考虑哪些人可以列为作者，作者的排名顺序怎样。研究生与其合作者都应清楚这些问题，这方面的知识匮乏很容易引起其它问题。因为署名权问题一般不公开讨论，这通常会引起别扭的尴尬和不舒服。为了解决G同学的烦恼，在这种情况下，公开讨论这些问题会是有益的。如果Z同学、G同学、S教授很清楚这里的署名权问题，就不会产生这些伦理问题，Z同学虽然毕业离开了A大学，他应该还有机会参于文章的发表和数据处理工作，当然他的名字也应列为作者。在这种情况下，S教授是赤裸裸抄袭Z同学的主谋，G同学不自觉被迫当了抄袭的同谋。师生权属之争是迟早要发生的。

简言之，导师是署名的最后决定人，也是实验室规则的设计者和管理者，导师应该清醒地认识到研究生的工作量，工作进度和学术贡献问题。如果文章署名权出了问题，或者研究生不愿意工作，导师都有不可推卸的责任。不能主观臆断研究生天生就喜欢加班。

那么，如何从根源上避免抄袭？在强调教师自律的同时，政府，学校层面还应加紧出台一系列惩罚机制。美国，加拿大很多大学对剽窃行为有明确定义和详细处罚措施，而中国在相 关法律、法规建设上才刚刚起步，目前只有科学院、教育部的一些指导性，建议性制度和文件，没有细化办法，因此大学在操作上有一定难度。通常情况下，处理抄袭应当和处理官员腐败一样严厉，维权、严查、公道才能营造良好学术氛围。

伦理观点  二

本案例聚焦在有权势的导师和弱势研究生之间的利益冲突。这里有一个细节，导师星期五的下午到工作了5天的筋疲力尽的研究生的实验室，要求学生加班，这就增加了矛盾激化的可能性，疲惫不堪的G同学在导师的过分要求下，失去控制，态度生硬地拒绝，得罪导师的可能性增加。S教授应该有这样的风险意识。看到G同学的怠工，只有一个词来形容，就是”惊讶” 。

G同学是个勤勉多产的二年级研究生，他有不俗的追求和多样的才华，是个富有创造精神的人。这从他帮S教授整理文章，处理数据图表， 发表了3篇文章，还有一篇文章正准备发表，无机材料专业将毕业被制药行业认可就能看出。G同学想早一点毕业可以理解，虽然数据是Z同学收集的，但G同学把自己的论文放在一边，来帮助S教授的工作，是一种无私的奉献精神。很明显，S教授并没有意识到不合群的G同学的需要和兴趣，他太忙了，以致没有时间去替他的学生着想。不善社交的G同学从未抱怨S教授的一孔之见，即S教授想当然地认为自己的利益在学生的利益之上。

S教授显然没有意识到，G同学周六加班太多，花了过多的时间帮教授处理数据，而顾不上自己的论文。这个疏忽使S教授想当然地认为G同学会选择加班，会感谢成为Z同学论文的第一作者。S教授完全没有料到，G同学想休息，急着毕业，对剽窃Z同学的数据并不感兴趣。G同学对论文署名权有疑问，对S教授的处理很不舒服也不感冒。G同学使人懊恼的回答，当然使疏忽大意的S教授下不了台。

S教授在观察和保护学生的利益上是个失败者。G同学的冶学态度和个性与众不同。当别人能正确理解我们的需要和利益时，我们通常都会非常舒舒服服地感激感受。G同学这时候需要的是休息和准备自己论文的时间，而不是侵占Z同学的第一作者署名权。可能是G同学太疲劳了，鲁莽地冲撞了S教授，这是不合适的。实际上，G同学在论文和找工作上已经做得很好了，他应该能很自信地处理这些问题。他应该早点提醒S教授他的时间很紧张，全身心地投入到自己的毕业论文中。他们应该可以坐在一起认真讨论决定G同学的时间安排。

G同学应该委婉地告诉S教授论文署名权的问题，是否应该事先和Z同学商量一下。开诚布公地讨论对大家都没有坏处。G同学可能太强势，S教授自然也会有风险意识，觉得学生瞧不上他。岌岌可危！有的时候用 委婉、诙谐的语气也可以表达强硬的态度。语言真的很丰富。以柔克刚可能是最高境界。G同学维权有据，S教授应承认考虑欠缺。G同学工作量相当于博士生水 平，A大学材料学院应该给G同学授予博士学位，至少也应该给一个合理的解释 。

S教授的问题不仅仅在于不关心学生的利益，而在于他没有意识到学生和老师位置不同，权利不同而产生的差异，他不应该滥用职权。如请学生帮忙，学生却不能拒绝。他本应该意识到学生学到哪里了，什么时候该毕业了。他根本不应该主动提到给G同学第一署名权为报酬，以换取G同学的廉价劳动。评判文章署名权的标准是实验室群体研究成果，合理分配的，而不是靠个人意志权威来决定的，如果是这样，结果肯定会是尴尬和不快。文章确实为个人带来名誉和学术声誉，G同学对“超声雾化制备超细氧化铝陶瓷粉体技术” 这篇文章的贡献是，数据处理，图表制作和文章撰写。他应该知道他在文章中应排在什么位置。这种问题的凸现一般发生在学术水平不健康和伦理教育缺失的环境下。因为署名是有原则的。基本原则是将最重要的贡献人放在第一。那么，谁对论文的贡献最重要？世界通行的认识是，论文中最核心的思想最重要。可什么是最核心的思想？它和通常所说 的“想法”不是一回事。因为“想法”和“思想”不能混为一谈。[1]

用“冷冻干燥”处理钛白粉的技术思路来自苏联科学家李森科，他观察到冬小麦在春天播种可以获得好收成，李森科就提出"春化作用"理论，即夏季农作物种子经低温干燥处理，在冬季播种比没有处理过的种子收成更好。李森科的理论基础是错误的，但他的技术思路没有错。“春化处理”理论的核心是种子经过低温处理可以改变开花时间。这与跟拉马克的获得性遗传学说类似，春化处理获得好收成有个前提，必须同时使用经过冷冻干燥的土壤。土壤经过冷冻干燥会变细，会增大表面能，空气量增多，保温能力增强，种子在这样的土壤中更容易抗冻成活。经过冷冻干燥的医药活性强，病患更容易吸收也是这个道理。

客观地评价，虽然西方生物学家猛批拉马克的“获得性遗传”学说，李森科的“春化理论”由于采用拉马克的“获得性遗传”体系被英美生物学家批评，由于李森科与米邱林属于苏联的唯物主义体系，长期受到孟德尔-摩尔根唯心主义学派的打击。其实孟德尔-摩尔根遗传学派的学术不端问题与拉马克-李森科“获得性遗传”体系的问题一样多，这两个学术派别很难讲孰优孰劣。天花就是拉马克“获得性”理论正确的证据之一，当顺治在病入膏肓之际，幸好顺治有“获得性”免疫知识，他知道第三子玄烨得过天花，玄烨就自然获得天花免疫能力，顺治毅然选择一脸麻子的玄烨继位，开创大清康熙盛世。

人人都可以提 出各种想法，但不能称为思想。据说，宋真宗发明了二踢脚来抵抗辽国入侵，二踢脚是现代火箭的前身，但宋真宗不是现代火箭的发明人，他只是提出 了一个“想法”，这个构想最多算个科普型的构想，不是发明现代火箭的思想。宋真宗的大臣寇准把这个构想记录下来，并分析比较前人的实战经验，但没有 科学的思想，没有一套符合逻辑、有深度和系统的思维汇集和外延性，并不是原创，只是对原设计的美化和综合，所以寇准也不是现代火箭的发明人。

Z同学收集了数据和亲自做实验，他只是把他的方法记在心里，很少把他们写下来。所以，Z并没有提出具体的思路，理论和方法，他只是开了一个头，所以Z同学能否做第一作者需要讨论，但至少要在致谢中提到他。

如果G同学只是整理数据和图表，并没有提出一个或一些想法，也没有如何研究这种想法的思路，理论和具体方法，也就不能认为提出了核心思想，不应该占署名第一的位置。如果G同学不仅提出了想法，而且提出了具体的思路，理论和方法，在此基础上做了大量的实验，得出的结果主要是验证了S教授想法的合理性和正确性，这就必须承认G同学的核心贡献，G同学署第一就完全正当。[1]

这里，人人都需扪心自问一下自己的实际学术贡献，不要把科普型的想法夸大成思想。如果Z同学做实验工作，误认为自己工作辛苦最重要，所以必须列为第一作者，这是一个有害的观点。对Z同学来说最重要的是在理论和技术创新上有属于自己的贡献，他的实验活动，无论劳动量有多大，本质上都是一种智力型打工。如果Z同 学在实验中有新的东西发现，由此得出了重要的或不同的结果，包括原来理论的修改，实验方案的重新设计，是他独立研究得到的自然应该由他署第一。在正常的氛围下，谁的贡献最大最重要，谁署名第一。

正常的署名原则上和谁出钱和谁是老板没有一点关系，所以，S教授只是帮助资金，这是他的工作，是他应该做的。S教授在许多时候参加文山会海，劳于疏通关系，没有时间从事研究工作。所以S教授不能列为作者。署名权是不能拿来还人情的，所以S教授没有权利决定作者顺序。

这个案例清楚地说明了导师和学生开诚布公沟通的重要性。应清醒地认识，导师和学生地位的不同，应该避免双方滥用不同的角色来伤害学校的学术声誉。一旦存在，必须纠正。导师和学生达成共识，再去界定是否剽窃，意义大吗？如果非要界定，有什么法律依据？

我们还知道为什么S教授要求G同学星期六加班来做简单的PPT，而自己不亲自出马动手。如果我们知道S教授有其他更重要的活动，实在抽不出时间，情况就会更好一些。最后一分钟的过分要求很勉强，无论如何他需要给G同学一个解释。

读大学是为了个人发展，如果环境让学生感到不安全，不能做自己想做的事情，导师就应该好好反省一下。有些情况下，数据处理更重要，另一些情况下，数据采集与分析更重要，更能得到认可。制订一套制度让学生导师双赢是必须的。

(2012年10月8日完成于温哥华克拉里花园家中)

参考文献

[1] 《材料科学研究与工程伦理基础》教学大纲，李革胜，2012
[2] http://www.onlineethics.org
[3] 冷冻干燥制备 TiO_2 超细粉体研究，李革胜 李华基 彭晓东 《重庆大学学报 (自然科学版) 》 1999年01期
[4] 超声雾化制备超细氧化铝陶瓷粉体技术，李革胜 李华基 彭晓东 《重庆大学学报 (自然科学版) 》 1999年02期

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