「利记博彩」创业看松湖③|松山湖材料实验室的新材料创新矩阵(附视频)

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“谁掌握了材料,谁就掌握了未来。”在东莞松山湖材料实验室的展厅内,墙上的这句标语醒目而响亮,这也是中科院院士、实验室主任汪卫华一直以来所秉持的信念。

作为中科院物理所较为年轻的院士之一,汪卫华是国内材料研究领域的顶尖学者,并且参与过北京怀柔科学城等国内多个重大科研项目的建设。从1987年进入中科院固体物理研究所至今,他已经与材料研究打交道超过30年,他深知材料对于整个社会发展的重要意义。

2018年初,东莞松山湖材料实验室揭牌成立,在中国科学院牵头下,围绕中国散裂中子源、拟新建设南方光源、极端材料环境设施三大科学装置,计划联合国内外在材料科学领域具有优势的高校院所,打造成为具有国际重大影响的一流创新高地、高端人才汇聚地、产业技术创新策源地。

实验室成立两年来,一大批海内外一流人才来了,一大批创新创业团队来了,他们手中的先进研究成果也来了。依托这一科创平台,东莞这座传统制造业城市,拿到了一张面向未来科技领域尖端竞争的入场券。

将材料研究最新理念引入实验室建设

“石器时代”“青铜时代”“铁器时代”“硅时代”……每一种新材料的发现和应用推广,都带来了生产力和生产方式的巨大变革,影响了社会兴衰走向。

在科技高度发达的当下,材料的作用更是前所未有地凸显出来。从决胜空疆的新一代超音速隐形战机,到巡航九天的宇宙飞船;从被誉为“人造太阳”的核聚变实验装置,到不断突破算力上限的高性能半导体芯片……在科技竞争的几乎每一个赛场上,最后的角力往往都聚焦于“新材料”的研发突破。

作为一名材料研究领域的专家,汪卫华主攻的研究方向是非晶合金,俗称“液态金属”,这种材料具有很多优良性质,具有广阔应用前景。他介绍,非晶合金作为软磁材料每年已经有超过一千亿元的市场,例如变压器中交流电方向通过变压器进行循环,当前电力领域的能耗几乎二分之一消耗在变压器上,如果采用软磁材料,就可以大大减少循环中的能量损耗,比硅钢等传统用材节能40%以上。

此外,非晶合金强度是钢的七八倍,更是远强于目前电子消费品常用的铝材料,并且一次压成,不需要再加工就可以获得非常平顺光滑的外观,还可以做到非常薄等。因此在消费领域的3c产业中,非晶合金应用很广泛,东莞台一盈拓、宜安科技等企业就在从事非晶材料研发应用,并具有较高技术水平。近些年,汪卫华团队也与这些东莞厂家合作,不断提升产品的良品率,并且开发一些新的工艺。

目前,快速建设中的材料实验室已经成为汪卫华工作的重心之一,他也越来越多往返于北京和东莞之间。作为材料研究领域的学者,汪卫华将自己在材料研究中的很多经验和想法带到了东莞。

“材料实验室建设筹建之初,我们就提出建专门平台,把世界上材料研究最新理念引进来。”汪卫华形容说,过去材料研究的方法就像是炒菜,把各种不同的食物原料放进去不断尝试调配出哪种“口味”,不断“试错”,所以也叫试错法。炒菜淡了就加盐,颜色不好加酱油,就慢慢尝试,周期很长,所以一个新材料从实验室发现到应用一般要20年。

今后材料实验室运行过程中,则有望引用材料研究领域最新的理念,比如材料基因组理念、人工智能理念等比较先进手段,集中大量资源,就像当年做人类基因组研究一样进行研究。先用大型计算、人工智能来缩小研究范围,再通过高通量实验加快研究进程。

此外,材料实验室建设选址旁边已经建有中国散裂中子源,未来还可能建起同步辐射光源,材料实验室将来还要建一个极端材料环境设施。“三个大科学装置聚合,使得实验室将来可以达到世界上最高的压力、最低的温度、最强的场、最大的变形,这种非常极端环境有利于做出更多的新材料”。

材料实验室成为新名片

松山湖材料实验室的建立,也使得东莞与另一位知名学者建立了交集。中科院院士王恩哥,因其曾出任北大校长的履历而在社会公众中颇具知名度。

据中科院官网介绍,王恩哥主要从事凝聚态物理研究,在纳米新材料探索及其物性、原子尺度上的表面生长动力学以及受限条件下水的复杂形态等方面做出了有重要影响的工作。2015年,王恩哥从北大卸任后,将更多精力投入到科研相关的事务中。

松山湖材料实验室成立后,王恩哥出任实验室理事长一职,从此人们在东莞本地新闻报道中越来越多见到他的身影。2019年5月,在东莞举行的“粤港澳大湾区东莞发展新机遇”论坛上,王恩哥出席会议并向公众阐述了实验室建设的整体框架。

“松山湖材料实验室共分四大板块:第一个是前沿科学研究板块,主要是中国科学院物理研究所的研发优势在东莞进行的研究方向与领域的扩展。第二个是公共技术平台板块,如材料结构的表征、材料性质的检测、材料标准的制定等。第三个是创新样板工厂板块,含有高科技的产品在样板工厂实现‘中试’,再推出市场和东莞甚至粤港澳大湾区的企业相结合。第四个是粤港澳交叉科学中心板块,类似于国外的科学交流中心,目前,交流中心的运转顺利,欧洲、日本的一些科学协会和企业都愿意和松山湖材料实验室来合办粤港澳交叉科学中心。”

着眼于粤港澳大湾区建设,王恩哥对于东莞的发展前景有着更高视角的观察和解读。在他看来,大湾区目前已经具备了建设国际科技创新中心的基础,但是相对于北京、上海,甚至合肥,粤港澳大湾区在基础研究、实验室及大科学装置布局、大学等方面还存在短板。

“但令人欣喜的是,在基础研究和原始创新方面,东莞已经有所思考并先走了一步。”他指出,建在东莞的散裂中子源是中国第一台、世界第四台散裂中子源装置,是国际前沿的高科技、多学科应用的大型科学装置,为粤港澳大湾区国际科技创新中心建设打下了坚实的基础。

“我相信,松山湖材料实验室将会成为广东和东莞的一张名片。”他满怀信心地说道。

面向海内外广泛招揽尖端创新人才

人才是科学研究的主体,没有人才,创新就无从谈起。如何充分利用国内外资源,为松山湖材料实验室招揽一批具有国际竞争力的人才队伍,是王恩哥和汪卫华格外注重的问题。

值得庆幸的是,材料实验室前期投资50亿元,远期投入有望达上百亿元,以如此巨大的投资规模建设一个材料实验室,在世界范围内都较为罕见,对很多研究团队和一流人才产生了巨大吸引力。

“国际同行对于我们建设材料实验室都持非常积极的态度,希望我们能将这里打造成为一个开放合作的平台,吸引全世界更多顶尖人才到实验室工作。”汪卫华说。

赵金奎教授就是实验室引进的高层次人才之一,自从1986年进入物理所中子组攻读硕士以来,已从事中子散射工作三十多年。早期,他在德国gkss研究中心工作,并获得汉堡大学博士学位。这期间,他主要从事动态核极化样品的极化中子散射工作,并发现了动态核极化样品中的极化质子团的散射现象。

目前,赵金奎任中科院物理所杰出研究员、凝聚态物理国家研究中心首席科学家,同时也是材料实验室首席科学家之一,主要依托材料实验室平台开展一些中子相关的研究。在此过程中,他也发挥自己的优势,为实验室发展广泛募集海内外优秀人才。

“国内的中子研究起步较晚,基础相对薄弱,因此我们面向全球寻找资深专家学者,引进到松山湖。”他表示,经过一段时间努力,目前实验室的骨干人才框架已经初步搭建起来。

技术成果向市场应用转化加速跑

作为一个数十年从事材料领域研究的学者,汪卫华一直密切关注国内外材料研究应用的最新状况。据其观察,目前国内的材料研究在所有物理、化学等学科当中,不论基础研究还是国际化程度等都发展较好,但是与国外同行横向对比还存在很大差距,“曾有一份研究数据指出,目前我国发展所需的关键材料仅有约20%能够做到自给,30%完全受制于国外,剩下50%是虽然可以自制但质量较差”。

虽然国内有些实验室在个别基础研究方面比较突出,但是做到“全链条”还很难,尤其是市场对接转化方面比较薄弱,所以在广东打造的材料实验室实现“全链条”打通,成为汪卫华所关注的又一个重点。

在东莞大岭山镇福林工业园内,一排排厂房车间整齐而又密集,厂房墙体上“电器”“模具”“五金”“体育用品”等不同厂家字牌下,是流水般往来装卸货物的运输车,一切看起来和东莞最常见的工业园并无二致。

但在工业园深处,松山湖材料实验室多孔陶瓷研究团队历时半年时间打造的实验基地,正坐落于此。入驻松山湖材料实验室不到一年时间,由材料实验室首席科学家付超研究员带领的这支团队完成了从研究方案制定、实验设备采购、中试试验平台搭建以及实验工作的全面开展。

该团队是材料实验室创新样板工厂已引进的18个高水平团队之一。这一创新平台,专门致力于将具有国际、国内领先水平的科研成果走向产业化,涵盖的项目包括新材料超快激光极端精细加工技术研发及产业化、第三代半导体材料和器件、仿生控冰冷冻保存材料等一批前沿“硬科技”的产业化项目。

多孔陶瓷及其复合材料团队是入驻团队中向着市场应用阶段“跑得最快”的一支。在该团队的办公点所设的简易展示台,笔者见到了该团队所重点打造的多孔碳化硅陶瓷材料。该材料通体黑色,表面分布有微小孔洞,外观上类似于电器包装盒内常见的塑料泡沫,因此业内有时也将其称为“泡沫陶瓷”。

研究团队负责人战斗介绍,多孔陶瓷具有优良的理化性能,可承受1600度的高温,以此制作的燃气燃烧器,应用于能源、化工和环境等领域,可大量节省能源消耗,实现氮氧化物超低排放,应用前景十分广阔,“此项技术此前仅有少数国家掌握,我们经过三十年的研究才获得突破,将来投入使用,可以不用再被国外‘卡脖子’了”。

“我们目前正在进行实验数据采集,测试设备在不同条件下运行的不同情况,将来可以针对多样化的运行需求,更好更快进行定制。”在实验基地车间内,团队中从事试验台建设工作的郭学广介绍道。

郭学广原本就职于东北某军工企业,从事机械设备研发制造十余年,经验丰富。然而今年2月份,他却选择离开熟悉而稳定的工作环境,从沈阳南下东莞,加入了这支处于创业期的团队。“绝大部分的设备都是我们自主设计,属于非标准零部件,找到能生产的厂家非常难。”为此,郭学广和团队里的朱海生老师在几个月的时间里几乎走遍了大半个中国,走访的设备厂家数不胜数。

朱海生是多孔陶瓷团队低氮燃烧器项目负责人,是团队中的技术骨干之一,30多年前他从哈尔滨工业大学硕士毕业去到北京,进入航天系统,专门从事燃烧方面的研究,技术功底深厚。作为一个“老航天人”,他身上自然而然流露着一种专注、踏实又勤奋钻研的劲头。“我今年57岁,距离退休也不远了,这么大岁数还来‘折腾’这个事情,就是想抓紧时间做出点成绩来。”他说道。

“目前正在对样品、样机进行测试,我们希望2019年底前完成产品定型并形成系列化,2020年可以进入量产阶段,早日推向市场,整个时间还是比较紧的,放松不得。”朱海生说。

探索科研体制创新走出一条新路

材料实验室前期引进的多孔陶瓷团队等18个团队,都在将手中相对成熟的技术,加速向实际应用方向转化,而随着一批先进项目的转化落地,东莞本土不少镇街也有望借助“近水楼台”优势,揽得一批产业上的“月亮”。

2019年,地处东莞东南临深片区中心的塘厦镇主动与松山湖材料实验室对接,提出打造科技成果产业化中试孵化园区,形成百亿级新材料产业集群。当年9月17日,“东莞先进陶瓷与复合材料研究院”及“松山湖材料实验室—塘厦镇科技成果转化基地”正式揭牌落户塘厦,当地将为付超教授多孔陶瓷及复合材料团队、曹永革透明陶瓷材料团队、刘开辉轻元素低维量子材料团队提供科技成果中试、转化、产业化的基地。从初次接触到平台落地,前后不到一年时间,松山湖材料实验室和塘厦镇携手跑出了东莞推进科技成果转化的新速度。

“我们松山湖材料实验室不会做苹果一代机换成二代机的事情,我们要做的是颠覆性的工作。”会上,王恩哥举例道,比方说曹永革教授的团队,其多年潜心透明陶瓷研究,不仅解决了传统led无法进入超高功率特种照明市场替代传统千瓦级汞灯的技术障碍,还在超高折射透明陶瓷领域开发出了新型的透明陶瓷,可将手机高清摄像头减薄2倍、8k超高清摄像头镜头组减薄5倍,是国内外唯一掌握无色、透明率达到理论值、高良率制备的团队。

王恩哥认为,松山湖材料实验室与塘厦镇、市科技局三方的联合,将为实验室在探索科技成果产业化的路上又迈出了关键、坚实的一步,同时也将为国家“硬科技”发展贡献创新力量。

除了创新技术外,双方还将创新科技成果转化体制机制方面展开合作。“比如,允许塘厦以市场化的方式,以地上建筑物作价或现金的方式在最后一轮融资时入股拟上市企业等,希望能探索形成一批可复制推广的经验,为后续实验室更多的科技成果转化提供有力的支撑。”王恩哥表示。

“加快、强化科研成果的产业化,这是实验室非常重要的目标。除了引进高水平的团队,我们已经与塘厦、大岭山等镇签署了共建产业园的合作意向。相信在不久的将来,一批成果将会走出实验室,在产业界发挥作用。”在松山湖材料实验室动工仪式上,王恩哥这样说道。

“我们将来在实验室五年、十年的建设过程中,通过跟当地企业、政府交流互动,也会不断产生些更多新的想法,包括如何办好实验室、如何与产业化结合等。”

随着实验室建设逐步推进,汪卫华对未来的前景有着更多思考。在他看来,材料实验室建设有另外一个重要目的或使命,就是进行体制创新探索。虽然短期内材料实验室打造要参考英国卢瑟福、美国橡树岭等实验室,但汪卫华希望,将来材料实验室能走出一条自己的路,能够创造新的产业模式,包括在打通“全链条”、材料发展、科学文化等方面做出特色,让其他人来“借鉴模仿”。

在目前推进的北京怀柔科学城建设中,中科院物理所也是参与主力之一,第一批最先进驻的材料基因组平台、清洁能源材料平台与综合极端条件实验装置等三个平台,总投资三十多亿元,并有相关土地配套。

但汪卫华同时认为,在北京开展一些模式上的改变尝试不如广东灵活便利。广东省拥有全国第一位的经济基础,并且靠近香港创新资源,发展优势突出,“希望将来在广东探索的一些新的模式可以对其他地区产生倒逼,形成可借鉴的经验”。

【策划】黄少宏

【统筹】陈启亮

【采写】南方日报记者 陈启亮

【摄影】孙俊杰

【摄像】陈启亮 黄浩博

【剪辑】李玲

【作者】 陈启亮 孙俊杰 李玲

【来源】 南方报业传媒集团南方+客户端

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