王 芳 祝傳海

董源在之江同心·海歸浙里留學人員愛國奮斗報告會上作報告

“當電腦因長時間工作而發(fā)燙時，用風扇或冰袋降溫是辦公室一族首先想到的‘絕招’。這種日常生活中常見的操作便是傳熱科學的一個典型應用?！蓖ㄋ滓锥呐e例讓聽眾立刻對“傳熱”這一專業(yè)詞有了直觀理解。這樣“接地氣”的表述，是杭州電子科技大學機械工程學院教授董源為做好科普工作而特意采用的方式。

傳熱現(xiàn)象隨處可見，幾乎人人都可以說上兩句，但在工程技術領域的尖端應用尚待專家學者的深入研究。董源就是這樣一位年輕的專家。他主要從事高端裝備智能制造、工程熱物理、半導體材料、人工智能、高性能計算等交叉學科研究，已在國際期刊發(fā)表《科學引文索引》（SCI）論文30余篇。

如果說讀書之于董源是“厚積”，那工作時他的研究則可視為“薄發(fā)”。通過對傳熱現(xiàn)象的研究，在半導體新材料（例如石墨烯）的制備、生長及性能研究和電子芯片的熱管理方面，董源的創(chuàng)意逐漸轉變?yōu)槟軌蛱嵘阅?、保護精密芯片更好運行的“超能力”，他是半導體的護“芯”使者。

辯證融合推動熱質理論發(fā)展

董源出生于1987年，如今已在傳熱學領域“摸爬滾打”15年之久，取得了豐碩的研究成果?；厥资嗄昵?，他在填報高考志愿的時候還是一片迷茫，只隱約覺得航天航空專業(yè)于國于民都很重要，于是他義無反顧地選擇了這條道路。

那時恰逢我國“神舟五號”發(fā)射成功，全國上下掀起航天航空熱潮。清華大學成立了航天航空學院。董源有幸成為新學院的第一批本科生且一直讀到取得博士學位。

博士階段，董源師從我國著名工程熱物理學家過增元院士，就熱質理論-新概念熱學展開研究。2011年，他與導師一起圍繞熱質理論建立了玻爾茲曼方程-聲子水動力學模型，解釋了熱質理論的微觀基礎。此后，他和團隊頗具創(chuàng)新性地將熱質理論與非平衡熱力學、拓展非平衡熱力學理論進行辯證融合，推動了熱質理論在傳熱學與熱力學交叉學科領域的發(fā)展。據(jù)了解，基于熱質理論還可以導出準確預測納米系統(tǒng)導熱過程的宏觀模型，對研究具備多尺度精細納米結構的大規(guī)模集成電路的熱管理問題具有很高的應用價值。

埋首耕耘結碩果。董源在熱質理論方面的研究成果得到了學界的肯定：2011年他獲中國工程熱物理學會傳熱傳質學術會議青年優(yōu)秀論文獎一等獎，2012年獲中國工程熱物理學會“吳仲華優(yōu)秀學生獎”等榮譽。畢業(yè)時，他的博士論文獲得了清華大學優(yōu)秀博士論文一等獎，并入選斯普林格（Springer）出版社出版的世界優(yōu)秀博士論文叢書。

艱難困苦，玉汝于成?；叵肭捌诘姆e累，董源感慨萬千：“我博士階段研究的課題是微納尺度傳熱，研究成果不只可以在航空航天領域有所應用。在激光技術、集成電路熱管理、新材料技術等方面也有很多重要的應用?！倍刺峒八龉ぷ鞯囊饬x，倍感欣慰和自豪。將基礎原創(chuàng)科研成果應用到事關提升我國核心領域競爭力的高端制造業(yè)當中去，是他最想做也是最樂意看到的事情。值得一提的是，在不斷創(chuàng)新積累過程中，他也收獲了科學辯證的思維方法，為他之后創(chuàng)新開展科研工作埋下了堅實伏筆。

創(chuàng)新方法提高新材料研發(fā)效率

做一名有國際化視野的青年科學工作者——這是畢業(yè)時導師對董源的叮嚀，它深深地印在了董源的心里。

2014年，董源前往美國密蘇里大學哥倫比亞分校擔任研究助理教授。密蘇里大學的傳熱學研究有著悠久的歷史和良好的傳承。選擇到這里工作，董源意在開闊自己的視野。工作5年間，董源不僅參與了教學工作——指導本科生和研究生，而且還自己申請經(jīng)費開展了許多科研工作，這些經(jīng)歷對他來說是一個非常好的鍛煉過程。多元的思維和開放的氛圍激發(fā)了他的創(chuàng)新思維，其間他不僅對半導體新材料做了一系列創(chuàng)新探索研究，而且還對其特殊結構在電子芯片熱管理方面的應用產(chǎn)生了一些創(chuàng)意。據(jù)此，他開創(chuàng)性地將人工智能和半導體新材料的設計相結合，將深度學習技術和對抗生成網(wǎng)絡技術用于半導體新材料的識別和自動化設計，大大縮短了新材料的研發(fā)周期。

半導體新材料研發(fā)難、工業(yè)化周期長，這是業(yè)界公認的。這是由于半導體新材料的化學成分、摻雜比例、空間結構、界面特征乃至制備工藝都存在大量的待定參數(shù)。在巨量的材料學變量中要找到符合要求的最佳材料，基本上完全依賴專家的科學經(jīng)驗。

以石墨烯為例，這種新材料具有特殊性質，在電子芯片、能源環(huán)保、醫(yī)療健康領域有巨大的應用潛力，自發(fā)現(xiàn)以來備受關注。多年來，通過摻雜手段調控石墨烯的帶隙逐漸成為研究熱點。傳統(tǒng)的實驗和理論計算手段往往只能獲取少量摻雜結構的性質，無法全面、優(yōu)化地設計摻雜石墨烯結構。針對這個難題，董源率先將人工智能應用到石墨烯-氮化硼摻雜材料中，設計了一套將高通量量子化學計算與深度學習-對抗生成學習等人工智能耦合起來的方法。通過學習高通量計算得到結構-帶隙之間的對應關系，人工智能可以準確預測出任意石墨烯-氮化硼摻雜結構的帶隙，而通過相關技術訓練的人工智能模型可以快速準確預測材料的性能，甚至可以根據(jù)用戶的需求反向設計出符合要求的新材料，從而大大推動半導體新材料的研發(fā)速度。這一研究成果在國際高影響期刊上一經(jīng)發(fā)布就廣受關注，先后被中國日報網(wǎng)、《科技日報》等媒體報道。

對董源來說，這幾項成果不僅代表了他的研究收獲，最重要的是展示了人工智能技術在新材料研發(fā)方面的巨大潛力。這些方法不僅可以提高新材料的研發(fā)效率，為新材料的研發(fā)工作帶來新的思路和工具，還可以使科學家更好地探索和理解材料科學的本質規(guī)律。董源最希望看到的，就是他的這些研究成果能助力我國在先進芯片制造、航空材料、藥物研發(fā)等領域的創(chuàng)新發(fā)展，為我國早日突破這些技術瓶頸提供強有力的支持。

胸懷祖國致力半導體材料產(chǎn)業(yè)化

2019年9月底，董源歸國全職加入杭州電子科技大學機械工程學院。時逢中華人民共和國成立70周年，當飛機徐徐降落浦東國際機場，董源一抬頭就看見了飄揚的五星紅旗。鮮艷的紅旗和機場工作人員聲聲合唱的“我和我的祖國，一刻也不能分割……”瞬間勾起了他心底深藏的家國情懷。念國恩、思家人，百感交集，董源想：是時候回歸祖國作貢獻了。

“杭州電子科技大學在計算機、半導體技術方面有不錯的技術積淀，但是也有很大的上升空間。這里能夠最大程度地發(fā)揮我的價值。”回國后，董源迅速投入教學和科研工作。他專門給本科生開設了“集成電路封裝與測試”課程，為他們講解傳熱學、電子封裝技術和新材料的交叉學科知識，帶他們了解業(yè)界最新進展和學科前沿知識。

智能制造、工程熱物理、微納材料、高性能計算……董源目前的科研方向看起來有些龐雜，但都是圍繞著半導體新材料展開。他的目標很清晰：半導體新材料對集成電路、低碳能源都有重要的意義，但我國在相關領域的設備國產(chǎn)化程度較低，面臨“卡脖子”難關。而他要做的，就是利用這些多學科交叉的前沿知識，設計制造出國產(chǎn)化的裝備和生產(chǎn)線，為新一代半導體材料的產(chǎn)業(yè)化作貢獻。

回國3年多以來，董源先后主持和參與科技部重點研發(fā)項目、國家自然科學基金項目、浙江省重點研發(fā)項目等國家和省部級科研項目。研究內容涉及集成電路熱管理技術、先進制造技術、智能產(chǎn)線技術、半導體新材料技術等多個領域。如今，雖然人工智能技術得到廣泛應用，但它與新材料的結合研究卻依然很少。董源希望在未來5～10年，能將人工智能深入應用于新材料設計，提升新材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化速率，創(chuàng)造更多成果。

“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索?！笨蒲惺且欢螞]有終點的旅途，董源渴望能將畢生所學奉獻其中。哪個領域國家有需要，就去哪里做研究。要腳踏實地去做對國家和社會有益的創(chuàng)新工作，哪怕只推動了一些微小的進步，也能實現(xiàn)人生的價值——這是董源從事科研多年形成的觀念，未來他將繼續(xù)堅定踐行下去。