徐芳芳

不同于物理課本中“忽略摩擦力”的理想狀態(tài)，在真實世界里，摩擦是一個普遍存在的現(xiàn)象，也是一個經(jīng)久不衰且龐大復(fù)雜的研究議題。在茹毛飲血的原始時代，經(jīng)由摩擦帶來的火種即推動人類文明大步向前，在人類社會的發(fā)展進(jìn)程中，摩擦也被人類逐漸“熟識”并進(jìn)入樸素應(yīng)用階段。但是人類開始真正科學(xué)地研究摩擦問題，實際上是從15世紀(jì)達(dá)·芬奇開始的。隨后，關(guān)于摩擦的研究逐漸精深，對于摩擦的利用以及如何解決摩擦帶來的問題，都逐漸成為相關(guān)科學(xué)家的研究內(nèi)容。20世紀(jì)60年代，英國爵士Peter Jost發(fā)起了一項關(guān)于摩擦、磨損和潤滑的著名調(diào)查，結(jié)果顯示，人類的一次性能源大約有1/3是通過摩擦所消耗掉的，80%的機(jī)械裝備都是因為磨損失效。摩擦和磨損共同造成的損失，一般可以占到一個工業(yè)化國家GDP的2%～7%。該調(diào)查所涉及的材料和機(jī)器運動界面間發(fā)生的摩擦、磨損、潤滑3類相互關(guān)聯(lián)的自然現(xiàn)象和規(guī)律，被一個新創(chuàng)的英文單詞“Tribology”統(tǒng)一概括，20世紀(jì)70年代后期傳入中國，被譯為“摩擦學(xué)”（臺灣學(xué)者譯為“磨潤學(xué)”）。時至今日，摩擦學(xué)研究的對象遍及機(jī)械工程、航空航天、軍事應(yīng)用、高新行業(yè)、生物、地質(zhì)乃至音樂和體育等多個領(lǐng)域，涉及物理、化學(xué)、材料、機(jī)械工程和潤滑工程等多個學(xué)科，相關(guān)研究對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)有重大的促進(jìn)作用。在這樣的背景下，清華大學(xué)機(jī)械工程系教授孟永鋼深耕摩擦學(xué)研究30余年，他一直在思索的，是如何把摩擦“控制住”，最大程度地克服其不利影響，充分地發(fā)揮其效能。

“全部歸零”的孤勇

在入職清華大學(xué)之前，孟永鋼所學(xué)所研，與摩擦學(xué)并沒有很大的關(guān)聯(lián)。如他所說，“從本科階段到博士，我都不是學(xué)摩擦的，我當(dāng)時學(xué)的是材料加工工程的鍛壓專業(yè)，進(jìn)到摩擦學(xué)這個研究領(lǐng)域，差不多算‘轉(zhuǎn)行’。對我來說確實是非常大的一個挑戰(zhàn)”。然而這個“轉(zhuǎn)行”，并非“趕鴨子上架”的勉強(qiáng)之舉，而是孟永鋼經(jīng)過諸多考量的自主選擇。

孟永鋼是一個謹(jǐn)慎的人。

1982年，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)的孟永鋼獲得了一個難得的“走出去”的機(jī)會——他成為我國改革開放后第二批國家公派留學(xué)研究生的一員。在留學(xué)日本之前，關(guān)于未來研究方向的選擇，孟永鋼特地向自己的老師求教。這位1955年畢業(yè)于清華大學(xué)、曾在英國曼徹斯特大學(xué)做過訪問學(xué)者的老師告訴他，英國塑性力學(xué)著名學(xué)者R.Hill教授將“塑性加工過程中的摩擦和潤滑問題”視為學(xué)科發(fā)展的未來方向。就此，在踏上赴日學(xué)習(xí)的旅途之時，孟永鋼在專注自身金屬塑性成形研究的同時，也對摩擦、潤滑等問題的研究成果保持了高度的關(guān)注，摩擦學(xué)這一在他看來屬于“設(shè)計學(xué)科”的內(nèi)容，也逐漸在這個研究“制造學(xué)科”的年輕人心中埋下了種子。

6年時光倏忽而過，在日本熊本大學(xué)取得機(jī)械工程（塑性加工）碩士和博士學(xué)位的孟永鋼決定回國。在回國之前，孟永鋼再次與日本的導(dǎo)師討論起6年前他問過的問題——“將來我要做什么？”導(dǎo)師語重心長地告訴他：“如果做摩擦學(xué)的研究，你也許能做100年，這個領(lǐng)域會不斷地誕生新問題，你可以不斷地做研究，把摩擦的一些機(jī)理問題搞清楚；但是如果你繼續(xù)做原本的金屬加工領(lǐng)域的研究，很有可能再過20年，這個領(lǐng)域就沒什么基礎(chǔ)科學(xué)問題了，只剩下工程課題?！睍r隔6年，兩位導(dǎo)師都將他指向摩擦學(xué)的研究之路，孟永鋼也下定決心，投入摩擦學(xué)的相關(guān)研究中。

孟永鋼也是個勇敢的人。

從機(jī)械制造轉(zhuǎn)投摩擦學(xué)，說起來很輕松，然而孟永鋼做出這個選擇，相當(dāng)于放棄他從本科到博士期間的所有研究成果，“全部清零”，從頭開始。對此，孟永鋼笑言：“做研究有時候是這樣的，它首先要有一種冒險精神。我還是期待能夠做一些有挑戰(zhàn)的事情?！?/p>

孟永鋼博士畢業(yè)的那一年，也是國內(nèi)外局勢風(fēng)云變幻的一年。孟永鋼的許多同學(xué)選擇留在日本或遠(yuǎn)赴相關(guān)研究更為成熟的歐美國家，而“沒做什么考慮、想法簡單”的孟永鋼則在1989年年底就回到了中國。幾年后，在日本工作的同學(xué)問他是否后悔自己的選擇，孟永鋼說：“現(xiàn)在我很難回答你這個問題，也許再過10年、15年以后我再來回答你?！痹诿嫌冷摽磥恚v然前路難辨，只要一直走下去，一定會收獲一個肯定的答案。

基于在日本留學(xué)期間對摩擦學(xué)的關(guān)注，孟永鋼很早就注意到了清華大學(xué)在這一領(lǐng)域的研究優(yōu)勢，這也讓學(xué)成歸來的孟永鋼決定選擇清華大學(xué)作為自己下一段人生旅程的起點。自此，憑著一腔孤勇，孟永鋼完成了回國、“轉(zhuǎn)向”、入職的一系列重大抉擇之后，他埋首于摩擦學(xué)設(shè)計、表面界面科學(xué)與技術(shù)研究領(lǐng)域，在清華園一待就是30多年。

回答“隱函數(shù)”的問題

孟永鋼介紹，摩擦學(xué)的研究進(jìn)行到現(xiàn)在，已經(jīng)進(jìn)入微納米尺度的世界?！拔覀兂Ｕf，摩擦是個隱函數(shù)，隱函數(shù)就是你看不見摸不著的東西。所以做摩擦學(xué)的研究，需要一種想象力?！泵嫌冷撜f，“在放飛想象的基礎(chǔ)上，大膽假設(shè)，小心求證。摩擦力什么情況下會產(chǎn)生？什么情況下不會產(chǎn)生？通過哪些途徑產(chǎn)生？能夠到一個什么樣的程度？……這都是我們要回答的問題。”

孟永鋼留學(xué)期間，恰逢日本發(fā)展的“黃金時代”。彼時日本的工業(yè)發(fā)展、科學(xué)發(fā)展增速驚人，幾乎每周都會有一些新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)品問世。這給了孟永鋼極大的啟發(fā)，在他看來，摩擦學(xué)這一學(xué)科在20世紀(jì)50年代至70年代發(fā)展迅猛，隨后在理論層面便陷入了長久的“沉默”，能夠影響該學(xué)科數(shù)十年發(fā)展的突破性理論已“難覓蹤跡”。與此同時，科技創(chuàng)新帶來的巨大變革也要求摩擦學(xué)研究成果在更精細(xì)層面的表達(dá)和應(yīng)用。想要最大程度發(fā)揮摩擦學(xué)研究的優(yōu)勢，勢必要從理論和應(yīng)用兩方面著手。

1997年，孟永鋼以訪問學(xué)者的身份到訪香港城市大學(xué)。除了親眼見證香港回歸的喜悅，孟永鋼也在這座城市開啟了全新的研究方向——電控摩擦的研究。對于“電控摩擦”，為其親自命名的孟永鋼解釋道：普通人可能會把摩擦視作一種材料屬性，或者一種運動時力的感受。而在摩擦過程中界面所處的環(huán)境是十分復(fù)雜多變的，由此產(chǎn)生的摩擦、接觸和潤滑狀態(tài)也會隨之產(chǎn)生劇烈變化，故此，實現(xiàn)對摩擦的主動控制是十分必要的。在傳統(tǒng)潤滑體系中，對摩擦力的調(diào)控只能通過調(diào)節(jié)法向載荷來實現(xiàn)，難以做到對摩擦系數(shù)的實時和在線調(diào)控。而通過施加電場或控制摩擦副的表面電位，即可以實現(xiàn)對邊界潤滑中摩擦系數(shù)的主動控制。經(jīng)過20余年的探索，電控摩擦現(xiàn)象已經(jīng)在水基和油基潤滑的陶瓷/金屬、金屬/金屬和陶瓷/陶瓷配副中復(fù)現(xiàn)，基于潤滑劑中分子和微納米顆粒在電場作用下的表面吸脫附的理論和實驗可以較為完整地解釋和預(yù)測所觀察到的宏觀摩擦磨損規(guī)律。孟永鋼介紹，在理想狀態(tài)下，電控摩擦可以實現(xiàn)對摩擦的精準(zhǔn)和智能控制，進(jìn)而實現(xiàn)對摩擦、磨損和潤滑狀態(tài)的在線調(diào)控，并達(dá)到節(jié)省能耗、延長機(jī)器工作壽命之目的。目前團(tuán)隊的攻堅重點，就是致力于建立具有在線監(jiān)測和智能調(diào)控功能的主動摩擦系統(tǒng)，以推進(jìn)電控摩擦技術(shù)的應(yīng)用化進(jìn)程。

基于這一研究成果，孟永鋼及其團(tuán)隊開啟了眾多合作項目，與荷蘭皇家殼牌集團(tuán)等企業(yè)的合作就在此列。在與以色列研究團(tuán)隊合作的“設(shè)計制備用于外加電場調(diào)控摩擦的納米材料添加劑”項目中，雙方就“設(shè)計和合成可穩(wěn)定懸浮在潤滑液中的碳量子點和碳量子點修飾的納米顆粒添加劑，以顯著改善潤滑液的減摩抗磨性能，并實現(xiàn)摩擦磨損性能的外加電場調(diào)控”等內(nèi)容展開研究，孟永鋼團(tuán)隊通過zeta電位分析儀和石英晶振微天平（QCM）對納米顆粒懸浮液的摩擦學(xué)、電學(xué)以及外場作用下的吸附行為進(jìn)行分析表征，并在改造后的通用摩擦實驗儀（UMT）上系統(tǒng)開展電場作用下量子點納米添加劑摩擦磨損特性的實驗研究，最終結(jié)合電場作用下摩擦磨損實驗和納米添加劑表面分布測試實驗的結(jié)果，建立電場條件下材料摩擦磨損行為的計算分析模型，開展計算機(jī)仿真并與實驗結(jié)果進(jìn)行比較分析。

此外，在工程應(yīng)用方面，孟永鋼著重滾動軸承和滑動軸承的研究，并積極將其研究成果與國家需求相結(jié)合?！拜S承可以說是工業(yè)的糧食，幾乎每個機(jī)器都要用，只要有運轉(zhuǎn)的地方就要有軸承?！泵嫌冷摻忉尩?，“軸承說起來簡單，應(yīng)用的歷史也很長，然而實際上關(guān)于軸承還有很多技術(shù)尚待突破改善。目前中國是世界上最大的軸承生產(chǎn)國，但是現(xiàn)在我國很多應(yīng)用領(lǐng)域的高端軸承仍要依賴進(jìn)口。近年來，國家和學(xué)界逐漸意識到，在諸如航空航天、高鐵、5G通信等高精尖領(lǐng)域，為避免‘卡脖子’問題的出現(xiàn)，展開對軸承這一基礎(chǔ)件的研究十分必要，高端軸承的研發(fā)項目也紛紛立項。我和我的團(tuán)隊也積極參與到這些國家項目中，在航空發(fā)動機(jī)、高鐵轉(zhuǎn)向架用高端軸承研發(fā)方面展開研究。這類軸承的要求是轉(zhuǎn)速更快、精度更高、壽命更長，這些都是我們正在努力的方向?！蹦壳埃嫌冷撍诘那迦A大學(xué)摩擦學(xué)國家重點實驗室已與多家軸承企業(yè)達(dá)成合作協(xié)議，就超長壽命高精密軸承的研發(fā)展開合作。顯而易見地，這些產(chǎn)學(xué)合作能夠促進(jìn)先進(jìn)研究成果與工程技術(shù)進(jìn)步相結(jié)合，也為孟永鋼多年積累的科研成果從實驗室走向工程應(yīng)用提供了更多實踐的途徑。

愿做燭光照桃李

與清華園相伴30余載，孟永鋼坦言，自己對清華有很深的感情。在他看來，清華大學(xué)是一所真正具有校園文化的大學(xué)，這種延續(xù)在清華血脈中的獨特氣質(zhì)，其中一個具體的外化體現(xiàn)，就是坐落于清華園內(nèi)的王國維先生紀(jì)念碑。王國維先生投湖自盡后的第二年，清華師生即為其立碑，碑文由同為“清華四大導(dǎo)師”的陳寅恪撰寫。在這數(shù)百字的碑文中，陳寅恪以“獨立之精神，自由之思想”描述他心中理想的大學(xué)精神，自此，這句話也深深地影響了一代又一代的清華人。在清華師生的思想深處，這不唯是一句口號，同時也是清華人不斷追求的精神目標(biāo)。這種精神的傳承，也被他引入自己的教學(xué)過程中。

孟永鋼介紹，價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授，這是清華三位一體的教育理念。清華精神的傳承，即是價值塑造的重要一環(huán)。與此同時，他也十分關(guān)注學(xué)生的成長過程，在學(xué)生就業(yè)后，也積極接受用人單位的反饋，以填補自身教學(xué)中缺失的內(nèi)容。在聽到“清華畢業(yè)生最大的問題是經(jīng)不起打擊，經(jīng)不起挫折”的說法后，孟永鋼決定在教學(xué)過程中加上“挫折教育”這一課，讓自己的學(xué)生能夠直面失敗和挫折，不因研究過程的不順就一蹶不振。

對于孟永鋼的學(xué)生而言，他是十足的“嚴(yán)師”。在學(xué)習(xí)時、答辯中、實驗室里，向?qū)W生提出最難回答的問題的人，往往就是孟永鋼。在孟永鋼看來，做研究切忌一知半解，如果學(xué)生對一些本該掌握的科學(xué)原理沒有掌握好，或者對科學(xué)知識片面理解甚至有錯誤的理解，他都會當(dāng)即指出。除此之外，他也是“勤師”，在高強(qiáng)度的研究任務(wù)之下，孟永鋼仍完成了全年196個課時的教學(xué)任務(wù)，同時還擔(dān)任班主任，甚至夜里12點還在和學(xué)生溝通學(xué)習(xí)和研究的問題。在他的引領(lǐng)下，學(xué)生的研究能力和實踐能力穩(wěn)步提升，本科生、碩士生、博士生及博士后的培養(yǎng)正穩(wěn)步進(jìn)行中。

對于自己的成就，孟永鋼并不十分看重。他常說：“我就是普通人一個。”談及未來的發(fā)展規(guī)劃，這位笑聲爽朗的學(xué)者依舊把培養(yǎng)后來人放在了首位。他希望將更多的注意力投注到知識傳授的過程中，以言傳身教的方式培養(yǎng)更多的專業(yè)人才，他認(rèn)為這是他最主要的任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，他也希望可以將自己多年研究的經(jīng)驗成果總結(jié)起來、集結(jié)成冊，為相關(guān)研究的學(xué)生和研究者提供有益參考。“教育是我的職責(zé)，為國家做貢獻(xiàn)也是我的職責(zé)。面對國家層面、社會層面、行業(yè)層面、企業(yè)層面的需求，我和我的團(tuán)隊義不容辭，將會繼續(xù)在相關(guān)領(lǐng)域積極探索；對于人才培養(yǎng)，我也希望自己能夠為這個領(lǐng)域帶出更多的優(yōu)秀人才，為摩擦學(xué)這一研究領(lǐng)域增加新的有生力量?！?/p>