一門材料學科的70年“鍛造史”

    隨著新能源、新材料等新興產業的快速發展，中南大學材料學科越來越被這些領域的風險投資機構所青睞。這所“低調”的高校顯示度“水漲船高”，離不開其材料學科70多年的傳承與探索。

    作為我國最早設立的材料學專業之一，中南大學材料學科發展有何獨到之處？為何能走出諸多學術名流？對材料學科及相關產業的未來發展又有何啟示？

    “除了長三角外，關注新能源、新材料的同事可以多去湖南看看項目。”一家知名風險投資機構的合伙人在其內部會議上這樣說。

    之所以如此，和位于湖南省長沙市的中南大學密切相關。在該大學的校友圈里，活躍于新能源、新材料產業的領軍人物比比皆是，如比亞迪董事長王傳福、容百科技創始人白厚善、科力遠董事長鐘發平、格林美創始人許開華、中國科學院院士歐陽明高等。

    近年來，隨著新能源、新材料賽道在投資領域的熱度日益攀升，這所“低調”的高校顯示度“水漲船高”。而在這背后則是該校材料學科70多年的傳承與探索。

工科里知識面最廣的學科

    “有點兒莫名其妙、不太理解。”對于近年來材料學相關專業被列入“天坑專業”，中南大學原副校長、材料學科建設負責人周科朝評價道。

    在他的眼中，材料學科的出現是人類文明史上的里程碑，“自古至今，材料都是很有用的東西”。

    在周科朝看來，材料是人類賴以生存和發展的物質基礎。不管是石器時代、青銅器時代，還是幾次工業革命，人類社會的發展都離不開材料的創新和演進。“材料學科不僅一直處于高地，而且永遠年輕，因為不斷有新材料出現。”

    這是中南大學材料學科創建的大背景。

    時間回溯到70多年前。彼時，剛剛成立的新中國百廢待興，在材料領域急需一批有色金屬專業人才解決相關科學難題，突破系列工程技術瓶頸，推動國家相關產業發展。

    1952年，全國高校院系調整，國家有針對性地將武漢大學、中山大學等6所院校的礦冶類學科組建成中南礦冶學院。學院成立兩年后開設了材料學科，并定名為金屬工藝系，隨后更名為特種冶金系和材料科學與工程系。該校成為新中國最早設立材料學專業的高校之一。

    中南大學材料學科的誕生應國家建設所需，由此醞釀出以國家重大需求為己任的“基因”。

    在那個國貧民窮的年代，中南大學老一輩材料人取得了多項令人矚目的成績。比如，作為中國工程院首批院士之一，黃培云創立了黃培云粉末壓制和燒結理論，成功研制多種粉末冶金材料；中國工程院院士左鐵鏞發現中國占世界首位的鎢鉬礦產處于嚴重流失狀態，揭示了鎢鉬脆斷機制；中國科學院院士金展鵬開創“金氏相圖測定法”……

    “這些科研成果既滿足了我國首顆人造衛星、首枚洲際導彈等國家重大科研需求，也為材料學科打下了堅實基礎。”該校材料科學與工程學院院長李周說。

    既然材料專業自誕生之初就為解決國家重大問題作出了重大貢獻，如今怎么又成了“坑”呢？

    “材料學科最大的特點之一就是交叉。可以說，它是工科里所需知識面最廣的學科。”周科朝解釋說，該學科要求必須有大量實驗和實踐，其學生培養難度甚至可以和醫學生比肩。“如果要說‘坑’，最難學應該是其唯一‘槽點’。”

    然而，寬廣的知識面又決定了該專業具有極強的可塑性。周科朝告訴《中國科學報》，國內材料學畢業生一直很“緊俏”，就業前景和方向都很好。

    “作為應用性很強的專業，材料學研究往往以應用為導向，旨在解決‘卡脖子’問題。”中南大學材料學科“85后”特聘教授王章維直言，“如果將它誤解為‘天坑專業’，那么又有誰來做那些‘卡脖子’技術的‘填坑人’？”

大團隊作出大貢獻

    我國材料學科既要面對國家重大需求中的“卡脖子”技術，同時，由于起步晚、技術落后、人才緊缺等原因，其在自身發展中同樣面臨諸多“卡脖子”難題。這些“坑”又如何填上？從中南大學材料學科的發展歷程中可以找到一些答案。

    除材料科學與工程學院外，中南大學粉末冶金研究院也是該校材料學科發展的主要依托機構。在該研究院的展覽室里，該校材料學科發展的“五大”理念格外顯眼——構筑大平臺、凝聚大團隊、承擔大項目、產出大成果、作出大貢獻。

    “材料學科特別強調團隊精神。”周科朝說，沒有平臺就不能會聚團隊，沒有團隊就不可能承擔大項目，更談不上大成果、大貢獻。因此，“五大”理念曾在一個時期上升為整個中南大學的科研理念。

    他補充說，材料學科鼓勵自由探索，發揮科學家個人作用，但要凝練、承擔并實施涉及國家需求的重大科研項目，沒有幾年甚至幾十年的堅守和團隊的齊心協力是不可能完成的。

    這些理念可以從中南大學材料學科過去取得的一些重大成果中得到印證。

    1958年9月，中南礦冶學院設立了國內第一個粉末冶金專業。同年，左鐵鏞進入學校任教。

    上世紀70年代初，作為我國難熔金屬材料和金屬加工領域的主要學科帶頭人之一，左鐵鏞開始承擔原冶金部首部稀有金屬材料加工手冊的主編任務。為編好手冊，他和專家們協力爬礦山、進工廠，收集了大量材料，還獲得了一個重要發現——我國占世界首位的鎢鉬礦產資源正處于嚴重流失的狀態。

    鎢和鉬是兩種耐高溫金屬，也是金屬材料加工業、航空航天和國防工業應用的重要材料，但其流失現象當時卻未引起其他學者的注意。為此，左鐵鏞聯合其他專家一起聯名上書國務院，呼吁發展中國的鎢鉬深加工產業。

    要解決發展問題，首先要面對的是鎢鉬脆性問題帶來的挑戰。通過反復實驗和深入研究，左鐵鏞精確揭示了鎢鉬材料的脆斷機制，闡明了加工形變和熱處理參數對脆性影響的規律。

    “左院士等老科學家的不斷努力有力促進了我國鎢鉬產業的發展。這就是凝聚大團隊、產出大成果、作出大貢獻的體現。”該校材料科學與工程學院黨委書記王德志說。

    周科朝也強調，如果沒有團隊協作，中南大學材料學科不可能產出諸多重大科研成果，更難以培養出一批批的材料領域領軍人才。“可以說，‘五大’理念讓材料學科的發展少走了很多彎路。”

    將時光的指針回撥，今年1月1日，中國東方航空全球首架C919大型客機測試飛行。“鮮為人知的是，決定C919能否平穩起降和滑行的飛機剎車系統均出自中南大學材料學人之手。”該校粉末冶金研究院副院長韋偉峰說。

    改革開放后，飛機剎車片等技術長期被國外壟斷。1988年，學成歸國的中國工程院院士黃伯云率先意識到這一國家重大需求，并于1997年開啟“高性能碳/碳航空制動材料”的研究。

    黃伯云曾用“打仗”比喻科研挑戰，并坦言這一項目可謂“最大的戰役”。而在這次“戰役”中，課題組曾歷經10余年摸索，依然前路茫茫。

    某次，一個經過無數次失敗后獲得的樣品，仍然在某個慣性臺試驗中慘遭失敗。當時，比誰都痛苦的黃伯云卻用一番話感動了課題組所有人——

    “大家同事多年，結下了深厚感情。搞科研不可能沒有挫折和失敗，面對困難我們必須堅忍不拔，勇往直前……”

    2005年，黃伯云團隊憑借高性能碳/碳復合航空制動材料制備技術，獲國家技術發明獎一等獎。該成果也打破國外技術壟斷，使我國成為世界上第四個應用自主知識產權生產碳/碳飛機剎車片的國家。

“教學&科研”：學科最鮮明特色之一

    縱觀中南大學材料學科的發展之路，一個前瞻性理念起了重要作用，那便是“教學×科研”。

    “這是材料學科最鮮明的特色之一。”周科朝說，曾有人認為科研會沖擊教學，或認為教學會耽誤科研，這兩種觀點都失之偏頗。實際上，教學和科研就像太極圖的陰陽兩極，不可或缺、相互依存。

    值得一提的是，當前很多高校和學科都意識到教學與科研相結合的重要性，并強調“教學+科研”理念。然而，中南大學材料學科卻將“教學”與“科研”之間的符號定為“×”而非“+”，這背后的原因又是什么？

    “這不是簡單的符號變換。”周科朝說，材料學具有應用學科的特點，這決定了其教學和科研不是簡單結合，而是深入結合、互相滲透、相互促進，以高質量教學和科研支撐高質量的人才培養，這就是“教學×科研”的含義所在。

    至于該理念從何而來，周科朝表示，這既得益于老一輩材料人留學深造帶來的新理念，也和當時的社會背景有關。“在那個百廢待興的年代，各行各業均需要新理論衍化出的新技術，空有理論遠遠不行。”

    今年79歲的鄭子樵1963年考入中南礦冶學院，1981年開始在該校任教。他經歷并參與了“教學×科研”理念的確立過程。

    據他回憶，“教學×科研”理念在中南大學材料學科深入貫徹是在改革開放后。“那時，不少材料領域的‘大牛’從國外學成歸來。他們憑借新理念和對材料領域科技發展新動向的判斷，逐步確立了學科發展框架，其中既包括科研攻關方向，也包括‘教學×科研’發展理念等。”

    鄭子樵介紹，中南大學材料學科自創建至今，先后經歷過多次教學改革，整體趨勢便是教學與科研的雙向深度融合——1992年前以貫徹教學為主，1993年至2000年的深化教學改革階段，則明確提出“全校必須堅持把學校建設成為教育中心和科研中心……的辦學指導思想”。

    李周表示，材料學科在不斷探索發展過程中，提煉出了“一體兩翼”辦學理念，“一體”就是立德樹人，即做到“厚德、善學、樂業、成器”；“兩翼”其一為科學研究和工程實踐，其二是教學實踐。“問渠那得清如許？為有源頭活水來。我想這正是材料學科經久不衰之根本。”

越來越吃香的“新戰場”

    一直處在“高地”的材料學科，目前面臨著何種挑戰，未來又將如何發展？

    對此，周科朝表示，目前我國材料領域的研究大多處于和國際并跑的水平，甚至某些領域開始領跑。隨著新能源、儲能、新材料等產業的發展，各行各業對新材料的需求會越來越大、越來越高端，材料學科要解決的問題也會更多、更難且更重要，這就決定了該學科發展的前景會更好，專業也會更吃香。

    “可以想象，如果沒有材料的攻堅和系列科研成果的涌現，我們會越來越被‘卡脖子’。”王章維表示，做“卡脖子”研究勢必要坐長時間的冷板凳，這就要求學子首先要對材料學產生很大的熱情，這是做科研能否成功的關鍵。

    該校材料學科另一位“85后”特聘教授張妍的經歷就是一個很好的例子。

    “上大學前，我對粉末冶金專業的認識還很淺。”憶起入學之初的情景，張妍仍激動不已。“入學不久，黃伯云院士獲國家技術發明獎一等獎的消息就公布了，同學們都有種‘過年’的感覺，覺得選粉末冶金專業‘撿到寶了’。我也在想，作為一名科研工作者，能在人民大會堂接受國家領導人的頒獎，那得多自豪、多有歸屬感。”

    此后，張妍開始不斷查閱粉末冶金究竟是一個怎樣的專業，也常常旁聽相關專業課程。“那時，科研的種子已在我心中埋下。”如今的她已在鐵電材料與器件研發方面取得諸多成果，是德國“資深洪堡學者”和歐盟“瑪麗居里學者”。

    如果說創新是發展的不竭動力，那么傳承就是創新之基、進步之翼。對于材料學科未來的發展，年青一代中南材料人有他們的新思考。

    “青年科研工作者是國家科研力量的主力軍，我們要做的不僅是把老一輩科學家的精神財富和攻關目標延續下去，還要更多瞄準國家重大需求，做有用的科研。”張妍說，年輕人“好動”，更喜歡和外界交流，希望通過與各國科學家的廣泛對話交流，實現合作共贏。

    在王章維看來，以前的中南大學材料學科以應用研究為主，大成果、大貢獻很多，但基礎科研的某些方面還較薄弱。“新一代材料人在國際上接受良好的學術訓練后，有望在技術理論方面取得新的突破。現在材料學的大多數教科書都出自國外人之手，希望通過大家的努力，在前沿理論等方面走到更前頭，扭轉這一局面。”