高屋建瓴 语重心长---第二十期前湖讲坛侧记

发布时间:2017-12-27 00:00:00 点击:

(材料学院 廖霞霞) 2017年1226日上午,中国科学院院士、我校荣誉教授姚熹老师做客前湖讲坛,为出席论坛的百多名师生做了“材料科学的内涵与方法论”(Essence and Methodology of Materials Science)的主题报告。

姚院士首先以自身经历作开场白,引出材料科学内涵的阐述。他回忆说,上世纪八十年代末留美回国以后,参与了包括863纲要制定、材料科学百科全书的编写等重大学术性活动,促使自己思考这一重要问题。他以关于材料的定义为例,看似简单,但实际上在当时很多专家看法、提法并不一致;在如何界定材料及材料科学的问题上,当时业内进行了充分的调研和讨论,最终形成定稿并编入《材料科学百科全书》并被广泛接受。

关于材料科学的地位和作用,姚院士指出材料、能源和信息作为人类和社会的三大支柱,与我们每个人的生活息息相关,其中材料为其他两个方向提供物质支撑。以集成电路为例,摩尔定律广为人知,而摩尔定律实质上反映的是材料与器件研发的能力,其极限也正是对应材料性能所面临的物理规律的限制。从某种意义上讲,科技发展的驱动力,外在方面的因素是人们追求生活的改善、舒适,其内在的动力则是优化集成的正反馈(系统→器件→材料)。纵观新材料的研发与应用,很少能够找到微电子技术这样进步神速的例子,而这一切与其方向明确、发展路线图清晰有直接关系。这个例子也给材料科学工作者一个重要的启示,要从整体上去看待材料的研发,不能孤立地为研发而研发。

姚院士进而谈到材料研究队伍的发展历程。他提到1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星,给美国上下带来很大的震惊(和危机感);在很多有识之士推动、美国政府的支持下,成立了很多材料所和研究中心,相当数量的全职科研人员开始从事材料相关的工作,并带来材料年会、材料类杂志等等的兴起,所有这些推动了材料学科的逐步成形。在美国成立材料研究学会(MRS)之后,各国纷纷成了类似的机构,也就逐渐有了“国际材料学会”、“国际材联”、“亚洲材联“等国际性机构。

介绍了这些背景情况以后,姚院士指出,材料内涵可以主要从三个方面来阐述。首先材料科学是一门实验科学,实验证据很重要,在实验结果面前没有模棱两可的结果(No possible. No perhaps)正面结果和负面结果同样重要,比较是非常重要的,必须重视结果的重现性。第二材料科学重视制备的可重复性,由于原材料的波动、制备条件的变化、制备过程中环境和设备的变化等外在因素的影响,实验结果是如何随之变化,必须重视。正如严东生先生倡导的,材料制备本身应当被看成一种科学(Processing Science。第三材料科学是综合性的科学,不能以单一因素考虑,必须明确具体的问题,以多角度分析、用各种不同方法解决问题。

材料科学在飞速发展,也历经了三种方法:第一种炒菜式,即依据经验和后期测试的材料特性尝试新的方法得到预期的目的;第二种则是裁剪法,这是建立在材料应用的基础上,在材料的制备过程中通过裁剪得到所需材料的结构及对应的性能;第三种为更高级别的设计法,已脱离了单独的利用材料结构和已有特性,走向了更高的层次。这主要是以社会需求为导向,来设计或制备所需要的材料特性。

姚院士认为,当前材料科学面临前所未有的历史机遇,其未来是光明和多彩的(Bright and colorful future)。他举例说,以陶瓷电容为例,相关的技术进步神速,目前电容器的结构已经逼近了物理极限,有些新技术的先进性是以前非常难以想象的。各国政府也非常重视材料科学发展的机遇,例如欧盟发表关于材料科学基础研究的白皮书,而美国材料基因组计划进入美国总统国情咨文(2011年,奥巴马政府)。这种飞速发展,很难想象到了2050年即在座的学生们退休的年龄前后,材料科学会成为什么样子。

面向听众、特别是年轻研究生,姚院士语重心长地指出,现在普遍认为第四次工业革命已经形成,包括互联网、人工智能、生物技术等发展迅猛,许多科学家、工程师、政治家尚未对现在这个机遇做足准备,这是一个一闪即逝的机会(Fleeting opportunity),谁抓住了,谁就有了真正的大发展。这个历史机遇有如二十世纪初物理学的发展,当时有个非常有名的索尔维会议,参加会议的是包括爱因斯坦在内的顶级物理学家,而他们这些人也是抓住了历史机遇(量子力学),成为了科学的弄潮儿。

前湖讲坛是我校最高级别的学术论坛,本次讲坛由校科技处、材料学院联合举办。

 

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