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——中国科学院办院方针

七乐国际-首页_欢迎您 > 学者风采

凭借“冷板凳”精神洞察“微观世界”

2020-12-15 中国青年报 王海涵 王磊 范琼
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语音播报

“中国科大近代力学系计算力学实验室”团队在实验室的工作照七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。中青报·中青网记者 王海涵/摄

王奉超教授在实验室七乐国际-首页_欢迎您。中国科技大学供图

  近日,中国科学技术大学王奉超特任教授与诺贝尔物理奖得主七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您、英国曼彻斯特大学安德烈·海姆(2010年诺贝尔物理学奖得主)教授团队合作七乐国际-首页_欢迎您,在纳米限域毛细凝聚研究方面取得了重要进展七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,成果于12月10日发表在国际著名学术期刊《自然》上七乐国际-首页_欢迎您。

  在宏观尺度七乐国际-首页_欢迎您,当水蒸气在空气中的分压达到饱和蒸气压时,水开始凝聚;但当尺度减小,表面张力使气液界面弯曲,凝聚压强也发生变化,这一现象被开尔文方程定量描述七乐国际-首页_欢迎您。

  在本项工作中七乐国际-首页_欢迎您,中国科大研究团队通过理论分析和计算模拟发现了在纳米限域毛细凝聚中七乐国际-首页_欢迎您,固液界面力学作用扮演了重要的角色七乐国际-首页_欢迎您,而不是人们普遍认为的液气界面。据此,他们修正了经典的开尔文方程七乐国际-首页_欢迎您,建立了纳米限域毛细凝聚的新理论,并将方程适用性拓展到亚纳米尺度七乐国际-首页_欢迎您。

  王奉超介绍七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,该研究不仅为理解纳米限域毛细凝聚提供了关键的理论基础七乐国际-首页_欢迎您,且在微电子七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您、制药、食品等行业具有非常重要的实际应用前景。

  王奉超所在的团队名叫“中国科大近代力学系计算力学实验室”,主攻方向为“微纳结构材料力学行为和设计”“固液界面力学与限域传质”和“计算力学方法及应用”等七乐国际-首页_欢迎您。实验室学术带头人是中国科大工程科学学院执行院长吴恒安七乐国际-首页_欢迎您,团队20多人七乐国际-首页_欢迎您,90%都是30岁以下的青年研究生七乐国际-首页_欢迎您。

  这是一支年轻的团队七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,但同样战功赫赫七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。近年来七乐国际-首页_欢迎您,实验室带头人吴恒安荣获高等教育国家级教学成果二等奖七乐国际-首页_欢迎您、宝钢优秀教师特等奖等,王奉超也先后入选中国科协青年人才托举工程和中科院青年创新促进会,并于2019年获得国家自然科学基金委优秀青年基金资助七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  值得一提的是七乐国际-首页_欢迎您,实验室与英国曼彻斯特大学安德烈·海姆教授课题组合作延续了11年,研究成果已经有10篇文章发布于《自然》和《科学》正刊七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  近日七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,中青报·中青网记者走进该实验室。力学方程七乐国际-首页_欢迎您、理论建模、程序设计七乐国际-首页_欢迎您、数据分析七乐国际-首页_欢迎您、模拟研究……这些外人眼中平淡冷门甚至枯燥无聊的名词七乐国际-首页_欢迎您,却是该团队日复一日七乐国际-首页_欢迎您、孜孜不倦的科研追求七乐国际-首页_欢迎您,也是这帮年轻人勇攀科研高峰的根基源泉七乐国际-首页_欢迎您。

  “每个科研成果都要熬上几年”

  科研赛道上,比拼的是毅力和坚持,这背后七乐国际-首页_欢迎您,离不开科研兴趣这一重要驱动力七乐国际-首页_欢迎您。

  王奉超回忆七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,上述研究在2016年就已开展七乐国际-首页_欢迎您。2017年5月七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,论文合作者找到自己,想寻求二维材料模拟支持七乐国际-首页_欢迎您,构筑搭建毛细通道七乐国际-首页_欢迎您。王奉超做了几个月都没有进展七乐国际-首页_欢迎您,心里也没底,一直琢磨如何攻克难题七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  王奉超一直有个习惯七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,躺在床上想idea七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,经常半夜醒来七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,想一段时间七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,再去睡觉七乐国际-首页_欢迎您。2018年年初的一天夜里,他突然想到了一个方案七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,赶紧爬起来将思路写下来七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,后经团队反复修改,又花几个月整理文字和制图,最终论证成功七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,也为今年文章的发表奠定了基础七乐国际-首页_欢迎您。

  在别人看来,王奉超的生活很单调,“发发文章七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您、上上课”,过着一眼能看到退休的生活七乐国际-首页_欢迎您?!暗?,每当想到一个解决问题的关键idea七乐国际-首页_欢迎您,那种刺激的兴奋感会持续很多天七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,甚至好几天睡不着觉”。王奉超坦言七乐国际-首页_欢迎您,回忆自己的科研之路七乐国际-首页_欢迎您,这种兴奋感和疲惫感七乐国际-首页_欢迎您、困惑感是交替出现的七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  2003年,王奉超来到中国科大理论与应用力学专业读本科。大二时七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,他就一头扎进了学校实验室,跟着师兄听课七乐国际-首页_欢迎您。当时七乐国际-首页_欢迎您,他模拟分析了化工容器里的气体流动七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,通过模型计算,让气体混合得更均匀七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,他觉得“挺好玩的”,从此喜欢上了模拟实验七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  大学期间,王奉超还和志同道合的网友交流七乐国际-首页_欢迎您,学习软件源代码程序,提高模拟计算水平七乐国际-首页_欢迎您∑呃止?首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您!巴训陌镏梦腋写ズ苌?七乐国际-首页_欢迎您,甚至有人从头到尾教我写代码七乐国际-首页_欢迎您,我决心要学会这个七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,教会更多人”七乐国际-首页_欢迎您。

  2010年七乐国际-首页_欢迎您,王奉超攻关一项固体表面液滴动力学研究,测算两个液滴合并弹起的速度七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,好几个月都没突破七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,陷入了瓶颈期七乐国际-首页_欢迎您,他没有因此放弃七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  一年以后七乐国际-首页_欢迎您,他突然灵光一现,意识到不光是表面能影响研究结果七乐国际-首页_欢迎您,还有黏性耗散的影响,随后成功发表论文。那一年七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,他觉得,自己才算真正和科研沾上边儿。

  2012年6月七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,成为博士后的王奉超进入吴恒安的实验课题组,他也慢慢成长起来七乐国际-首页_欢迎您?!拔沂歉鲎非笸昝赖娜?七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,有时看到一些经典力学方程在实际应用中有缺陷七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,就会十分着急,总想着给方程加一个修正项七乐国际-首页_欢迎您,让方程应用性更全一些,这逼着我不断探索求知”七乐国际-首页_欢迎您。

  这些年来七乐国际-首页_欢迎您,王奉超早已习惯用半年或更长时间做重复的事情七乐国际-首页_欢迎您∑呃止?首页_欢迎您!懊扛隹蒲谐晒家旧霞改昶呃止?首页_欢迎您,甚至好多次把之前的成果推倒重来七乐国际-首页_欢迎您?七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您!彼醯?,这是提升科研实力、消化吸收知识的过程。

  “科研之旅,支撑前行的就是兴趣,要有耐心和试错的勇气,哪怕走到死胡同,也不要觉得浪费时间七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,每次失败都是财富七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您?!?5岁的王奉超感慨七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,科研就像爬山七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,一座山后面还有更高的山七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,挑战会越来越大七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,目光要更放长远,找到奋斗的方向。

  “理论和实验是平等的”

  除了怀揣浓厚的科研兴趣七乐国际-首页_欢迎您,在坚守和奋斗中找到新思路、发现新问题七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,也是该团队的共同特质七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。实验室带头人吴恒安的科研之路就是不断创新七乐国际-首页_欢迎您、发现之路七乐国际-首页_欢迎您。

  吴恒安回忆七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,2009年的一天,他给英国曼彻斯特大学安德烈·海姆教授写信七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,想去其组里做访问研究七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您?!暗笔逼呃止?首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,安德烈教授向全世界招募科研人员七乐国际-首页_欢迎您,研究石墨烯在各个领域的特性。第二天早上七乐国际-首页_欢迎您,他就回了一封长长的信给我七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,因为我有力学研究背景七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,希望我去帮他完成交叉学科研究”七乐国际-首页_欢迎您。

  随后七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,吴恒安与安德烈教授课题组合作,利用氧化石墨烯制作出一种新型隔气透水材料七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。该材料神奇之处在于七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,绝大多数液体和气体都无法通过它七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,但水蒸气可以畅通无阻。

  吴恒安介绍七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,那次实验中,团队发现水蒸气能够通过该材料七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,但有了结果,却不清楚科学原因七乐国际-首页_欢迎您,海姆教授就让吴恒安用力学原理来解释这种现象七乐国际-首页_欢迎您。

  吴恒安按宏观模型的思路去推导七乐国际-首页_欢迎您,半年后,发现研究思路不对七乐国际-首页_欢迎您。但在一次次失败和试错中,他反而提炼出一个新的理论:蒸发和毛细联合驱动水定向输运七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  “我必须要把它搞清楚七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,发现其中的科学机理?七乐国际-首页_欢迎您!本找棍檎?七乐国际-首页_欢迎您,吴恒安设计了全新的实验方案七乐国际-首页_欢迎您,验证了提出的新理论的科学性七乐国际-首页_欢迎您。

  上述研究成果刊登在2012年1月27日的《科学》杂志上,在国际学术界引起巨大反响七乐国际-首页_欢迎您。之后七乐国际-首页_欢迎您,吴恒安和安德烈教授开始长期合作,安德烈教授团队负责实验七乐国际-首页_欢迎您,吴教授团队负责建模解释实验结果七乐国际-首页_欢迎您。

  这次科研也给了吴恒安新的启发:实验和理论是平等的七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,二者要结合,互相支撑七乐国际-首页_欢迎您,理论不只是为了解释实验结果七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,也可以指导实验七乐国际-首页_欢迎您。

  沿着这一思路七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,2016年10月13日,吴恒安教授团队与海姆教授团队在石墨烯纳米通道水输运方面取得重要研究进展,合作成果发表在《自然》上七乐国际-首页_欢迎您。吴恒安团队采用理论分析和分子模拟研究纳米通道中的水传输机理七乐国际-首页_欢迎您,发现固液界面力学作用对纳米流动行为具有决定性影响七乐国际-首页_欢迎您,为纳米尺度物质输运提供了新的平台和思路七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  科研是“共同体”七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,团队以学生为中心

  45岁的吴恒安至今记得七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,27年前七乐国际-首页_欢迎您,自己被中国科大录取时的情景:高考前填报志愿七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,他没见过招生老师,没有网络七乐国际-首页_欢迎您,连电话都没有。直到接到乡村邮递员递来的信封的那一刻七乐国际-首页_欢迎您,他才知道自己被中国科大录取七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。那份狂喜永生难忘七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  他一直珍藏着那本漂亮的红色录取通知书七乐国际-首页_欢迎您。因为那代表他18岁的初心——努力攀登科学技术高峰七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。吴恒安在科大以优异的成绩完成本科到博士的学业七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,获得了中国科学院院长奖七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,十几年来七乐国际-首页_欢迎您,他也将自己大部分时间投入到学生培养中七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  他始终坚信七乐国际-首页_欢迎您,科研是一个“共同体”七乐国际-首页_欢迎您,每个人七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您、每个环节都很重要七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。团队要有共同的志向和价值观七乐国际-首页_欢迎您,追求学术卓越和突破,教学相长?七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您!耙崞呃止?首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,为他们创造环境七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,尊重每个人的观点七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,让每个人都有发挥空间”七乐国际-首页_欢迎您。

  实验室主要设有3个研究方向七乐国际-首页_欢迎您,导师习惯和学生待在一起七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,挤在一个小办公室里讨论问题七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,一聊就是一整天七乐国际-首页_欢迎您。老师们经常发现七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,饭后学生们又聚在电脑旁边讨论问题七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  每年七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,实验室有学生毕业,会统一在学校附近咖啡馆举办送别活动。除了常规的道别、感谢环节,毕业生一定会和师弟师妹们说道说道科研的心得七乐国际-首页_欢迎您、建议七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,以及克服困难的经验七乐国际-首页_欢迎您,把科研真经传授下去七乐国际-首页_欢迎您。

  “团队中,学生甚至要学习很多物理七乐国际-首页_欢迎您、化学七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您、英语知识七乐国际-首页_欢迎您,克服交叉研究中的困难。有时七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,一年可能出不了几篇文章七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,但是大家坚信七乐国际-首页_欢迎您,所做的研究是有意义的?!痹谖夂惆部蠢?,科研过程中七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,每天都在面对困难七乐国际-首页_欢迎您,没有困难七乐国际-首页_欢迎您,科研就没有意义七乐国际-首页_欢迎您,做科研七乐国际-首页_欢迎您,就是为了挑战困难七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,定力很重要七乐国际-首页_欢迎您。

  “我还经常鼓励学生七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,不光要埋头做研究七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,要经常切磋七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,通过组会报告七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您、参加学术会议等方式来锻炼沟通交流能力七乐国际-首页_欢迎您∑呃止?首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您!蔽夂惆哺嫠呒钦?七乐国际-首页_欢迎您。

  如何看待成果转化

  一路走来七乐国际-首页_欢迎您,很多人时常向吴恒安问道:“做研究有什么用七乐国际-首页_欢迎您?”

  “别人没有发现的七乐国际-首页_欢迎您,我们发现了,这是做‘全世界第一个人’的成就感七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。发表的成果也能为别人所用七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,是我们的职业要求七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您?七乐国际-首页_欢迎您!彼?。

  有几次,一篇文章发表之后七乐国际-首页_欢迎您,很多企业打电话来表示要投资其中的成果七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,但吴恒安觉得,科学理论到技术应用要有一个过程,不可能立马落地?!翱蒲胁皇俏私裉旌兔魈?七乐国际-首页_欢迎您,而是为了后天七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您!”

  也有人觉得七乐国际-首页_欢迎您,“做科学就是为了技术应用七乐国际-首页_欢迎您,就是为了挣钱七乐国际-首页_欢迎您?七乐国际-首页_欢迎您!钡夂惆踩衔?,作为青年科研工作者七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,在当下自由探索的环境和条件下七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,应该更加热爱事业,潜心科研七乐国际-首页_欢迎您,不能稍有成果七乐国际-首页_欢迎您,就把精力转移到项目如何产业化上。待到各方面时机成熟七乐国际-首页_欢迎您,成果转化自然水到渠成。

  近年来,正是在雄厚的理论研究基础上七乐国际-首页_欢迎您,该实验室和中石油勘探院、大庆油田等单位合作七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,研究增产措施。近年来七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,吴恒安的纳米限域传质研究派上了大用场七乐国际-首页_欢迎您。简单来说七乐国际-首页_欢迎您,当油藏岩石孔隙尺寸到了纳米级别七乐国际-首页_欢迎您,如何进行有效的油气开采七乐国际-首页_欢迎您,就要运用纳米通道物质输运的微观力学机理七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  “我们的科研成果服务于非常规油气开采研究,这是有挑战性的技术突破七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,变革了新的开采方案七乐国际-首页_欢迎您,降低开采成本七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您∑呃止?首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您!蔽夂惆菜?,由此可见七乐国际-首页_欢迎您,科研并非“无用”,科学的前沿和国家的需求是相关的七乐国际-首页_欢迎您,国家存在一些研发瓶颈七乐国际-首页_欢迎您,总需要有人去做基础研究七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,进而一步步突破关键科学问题七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。

  对此七乐国际-首页_欢迎您,他常告诫学生:“有些研究感觉离我们很远七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,但其实是我们生活中必不可少的七乐国际-首页_欢迎您。只有研发出高水平成果,转化才有意义,科研板凳要坐十年冷七乐国际-首页_欢迎您?!?/p>

  王奉超也持相同观点七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您。他觉得,年轻科研者不要一味为了发文章而“追热点”七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,科研也是训练解决难题、培养团队协作能力的过程七乐国际-首页_欢迎您。只要坚持七乐国际-首页_欢迎您七乐国际-首页_欢迎您,总会在某个领域“挖到矿”。

(原载于《中国青年报》 2020-12-15 12版)

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  • 朱显谟:毕生为河清

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