本刊記者 李 丹

劉興軍 LIU Xingjun

國家杰出青年科學基金獲得者

Winner of National Science Fund for Distinguished Young Scholars

廈門大學材料學院教授

Professor, College of Materials at

Xiamen University

現(xiàn)為廈門大學材料學院院長，福建省材料基因重點實驗室主任，福建省閩江學者特聘教授。1998年獲得日本東北大學博士學位后，任日本通商產(chǎn)業(yè)省重點項目主查、首席研究員，2000年4月任日本東北大學副教授，2004年底回國加盟廈門大學?，F(xiàn)為國際合金相圖委員會委員、中國空間學會空間材料專業(yè)委員會副主任，中國物理學會相圖專業(yè)委員會委員、福建省金屬學會副理事長、海峽（廈門）新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟理事長。主要研究方向：材料設計理論、金屬材料、復合材料和電子封裝材料等。發(fā)表論文240余篇，被引3000余次，授權(quán)國家發(fā)明專利27項。獲福建省技術(shù)發(fā)明三等獎、中國僑聯(lián)科技創(chuàng)新人才獎、APDIC Best Paper Award、國際金屬組織競賽榮譽獎、日本金屬學會技術(shù)開發(fā)獎等多項獎勵。

是什么經(jīng)歷促使您想到建立團隊來做材料設計的理論研究？目前取得了哪些進展？

劉興軍：在攻讀碩士學位期間對材料設計有了初步的接觸。在日本東北大學攻讀博士學位期間，師從石田清仁教授，對材料設計基礎(chǔ)研究有了更深刻的認識，覺察到材料設計將是未來材料科學的重要方向。樓房的建設離不開設計， 沒有前期的設計工作來計算其承重能力，施工過程中隨意修建，樓房的質(zhì)量得不到保障；廚師炒菜，沒有前期的積累工作，隨意的添加調(diào)料的種類和數(shù)量，就會浪費大量的時間、精力和成本。這些生活中的常識經(jīng)驗同樣適用于材料的研發(fā)，目前新材料的研究和開發(fā)更多的注重工藝和制備，試驗過程中添加不同的元素種類和含量以獲得更優(yōu)異的材料物性，但是元素種類繁多，影響復雜。如果基于“炒菜法”開發(fā)新型材料，將浪費大量的人力、物力和財力，使新材料的研發(fā)周期加長。正因為美國和日本有很強的材料設計理念來指導新材料的開發(fā)，使得新型產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，保持產(chǎn)品在全球的競爭力。2011年6月24日，美國總統(tǒng)奧巴馬提出“材料基因組計劃”（Materials Genome Initiative），目的在于把影響材料性能的真正因素找到，加快新材料的開發(fā)。人的長相和性格是由基因決定的，那么材料本身的性能也應該由材料基因來決定。如果不加強基礎(chǔ)研究、材料設計的投入和人才的培養(yǎng)，原始創(chuàng)新可能還有很長的路要走。最近國內(nèi)很多單位都在加強材料基因組研究，國家也有一些項目支持，期待能在材料設計等基礎(chǔ)研究方面發(fā)揮作用。

我們建立的福建省材料基因工程重點實驗室和廈門大學材料設計與應用工程研究中心，從電子尺度、原子尺度、微觀尺度和宏觀尺度各方面對材料設計進行系統(tǒng)研究，為新材料的研究提供理論指導。基于這些研究基礎(chǔ)，我們已經(jīng)開發(fā)若干種新型材料，目前已經(jīng)申請國家發(fā)明專利約40項，授權(quán)專利27項，并在Science，Phys. Rev. Lett.等刊物上發(fā)表論文240余篇。并與北京航空材料研究院合作開發(fā)高溫合金，與中國工程物理研究院合作開發(fā)核材料。另外，我們還開發(fā)出新型能源材料，有希望應用于氫燃料電池汽車中。

材料設計系統(tǒng)的研發(fā)與國外的差距體現(xiàn)在哪些方面？

劉興軍：在材料設計研究的差距主要體現(xiàn)在以下3個方面：

（1）通過購買國外的軟件，國內(nèi)已經(jīng)掌握了材料的計算和模擬方法，但是與國外最明顯的差距是不系統(tǒng)，大量做一些零碎的、不成體系的研究，沒有深入的挖掘。而國外的研究人員長年累月的在同一個研究領(lǐng)域積累了大量的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)而全面。他們會在自己的研究領(lǐng)域扎扎實實的深入下去，這就是所謂的工匠精神。這些積累可以很好地為制造和研發(fā)提供依據(jù)。

（2）制造部門與材料設計之間的交往和互動太少。材料設計不了解制造部門的應用背景和要求，而制造部門不了解材料設計人員已經(jīng)實現(xiàn)的模擬計算。日本在這方面的互動就做得比較好，經(jīng)常邀請材料設計人員去企業(yè)進行交流和講課，了解企業(yè)的需求，再比較有針對性地解決企業(yè)提出的問題，互相了解對方的研發(fā)內(nèi)容。而我們更像是兩個區(qū)域，也許各自在其領(lǐng)域內(nèi)都取得不錯的成績，但是互動較少，理論和實踐研究沒有接軌，一般只能通過會議、論壇等形式進行交流。最近幾年隨著大家對材料基因組計劃的認可，又很有針對性地開展了一些大的科研項目，加強了基礎(chǔ)研究與工程化應用的融合。

（3）缺少自主研發(fā)的計算軟件。購買國外的先進設備，在沒有掌握關(guān)鍵技術(shù)的前提下，一旦有某個想法而該設備不能實現(xiàn)，是無法對設備進行改進的。同樣的，目前用于計算的商業(yè)軟件都是購買國外的，只能實現(xiàn)一些常規(guī)的計算，某些特殊的計算無法實現(xiàn)。瑞典皇家工學院一個做相圖計算軟件開發(fā)的團隊，從20世紀70年代到現(xiàn)在，一直在做這一件事情，40多年的時間，經(jīng)歷了幾代教授，終于完成了軟件的開發(fā)。這種現(xiàn)象在國內(nèi)是非常少的，怎么讓研究人員在一個領(lǐng)域長時間地去耕耘是值得我們思考的。

您們已經(jīng)完成的材料物性數(shù)據(jù)庫有哪些？對哪些研究工作具有指導和應用價值？

劉興軍：從接觸該領(lǐng)域到現(xiàn)在，經(jīng)過近30年的研究，建立了近10個材料體系的物性數(shù)據(jù)庫，包括Ni基合金、Co基合金、Cu基合金、稀土材料等，為新材料的開發(fā)提供重要依據(jù)。數(shù)據(jù)庫是一個長期的積累，是材料設計的基礎(chǔ)，這些數(shù)據(jù)庫體系在國際上處于領(lǐng)先地位，在日本和美國實現(xiàn)了商業(yè)化，而國內(nèi)主要是采用合作模式，對企業(yè)新材料的研發(fā)提供理論支持。數(shù)據(jù)庫的建設是無止境的，我們對內(nèi)容作持續(xù)的完善和提高，使其更加準確。目前與航材院、寶鋼、鞍鋼、中物院及大學等展開了廣泛的合作與交流，通過前期的材料設計，篩選合金組分，制備產(chǎn)品在工程化應用中檢驗，通過檢驗，反饋信息，且提供候選的合金組分，不斷的對計算過程進行修正，前端的基礎(chǔ)研究不需要工程師們的介入，節(jié)省財力、物力和精力，縮短研發(fā)周期。計算過程都是量身打造的，通過對質(zhì)量、密度、強度等的控制，以達到精準的設計。

研發(fā)過程中有哪些印象深刻的經(jīng)歷和我們分享？

劉興軍：有時一個科學的發(fā)現(xiàn)是偶然的。我們發(fā)現(xiàn)合金材料在高溫熔融狀態(tài)下采用液相噴霧法，在常規(guī)重力條件下會自組裝成卵狀粉體材料，類似雞蛋一樣的結(jié)構(gòu)。這個現(xiàn)象產(chǎn)生的原因在當時都不能描述清楚，而我們抓住這一有趣的現(xiàn)象，從理論、設計、模擬各方面深入的挖掘，終于解釋清楚形成卵狀多層復合粉體材料的原理，這一成果在Science上發(fā)表（2002,297:990-993）?？蒲泄ぷ餍枰翡J度，作為一個科學工作者，雖然儲備了很多材料設計方面的知識，想通過設計知識來實現(xiàn)對材料的控制是一種理想，但是沒有這些知識也是不行的。在研究過程中，一旦有和常規(guī)不一樣的現(xiàn)象發(fā)生，要非常敏銳地抓住并深究。做科研和挖井是一個道理，需要持之以恒。在日本，每位教授劃分一塊領(lǐng)域，在屬于自己的領(lǐng)域中挖井，也許10米，也許50米都沒有出成果，他們堅持工匠精神，相信總會挖出水或金子，甚至是鉆石。在國內(nèi)，如果挖10米甚至50米還沒有出成果，看到別人的井已經(jīng)有水了，很可能就放棄自己的井，缺乏持之以恒的精神，但是地底下肯定是有可探索的資源的，這塊領(lǐng)域就荒廢了。創(chuàng)新并不難，只是需要深入的挖掘和持續(xù)的堅持，挖出成果就是創(chuàng)新。