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清华大学周济:在国家急需领域做科研的“探矿

2019-10-09 16:43    来源:未知    

  走进材料学院系馆,抬头仰望,微微泛黄的墙面上,院士照片一字排开。其中,日前刚刚当选的中国工程院院士、清华大学材料学院教授周济的照片赫然在列。

  尽管每天都要在实验室里忙碌,也无数次地从这些照片下走过,但周济自己却没有注意到这个改变:“当选院士只是对我过去所做工作的一种肯定,我感到非常荣幸。接下来,还有更多的工作要做。”

  “我们这茬人是不幸的一代中最幸运的一部分,不幸的是我们在‘’中接受的基础教育,几乎没学到什么东西;幸运的是我们中学没有毕业‘’就结束了,上大学没有被耽误。”1978年,16岁的周济以在校生的身份参加了“”后的第一次全国统一高考,进入了吉林大学,开始了他的学术生涯。“没有被耽误”并赶上了好的发展机遇,他认为是“天时”。

  大学毕业后,周济先后在中国科学院长春物理所和北京大学完成了硕士和博士学习,博士毕业后来到清华大学工作至今,转瞬26年。“能有幸在不同学术风格的学校和研究所学习和工作,给了我集各家治学之所长的机会”。谈及自己学习和工作过的清华和北大,周济坦言,在精神层面上,他比较欣赏北大的思想自由、兼容并包;但在行为方式上,他跟清华的风格更契合。“在清华可以潜心做学问,不用去炫耀。一分耕耘,一分收获。”他认为,这是“地利”。

  在清华,周济认为对他影响最大的人是李龙土院士。“‘行胜于言’的工作风格,宠辱不惊的行为方式,厚德载物的为人态度都对我和我们整个功能陶瓷团队产生了潜移默化的影响,也造就了我们这个研究团队特殊的实验室文化。这是我们能够持续不断地推出高水平成果,在国内外功能陶瓷领域占有重要地位的主要原因”。周济认为,能在一个团结和谐的团队中多年工作,是他取得成绩的“人和”因素。

  谈起个人的因素,他只强调了一点:“做学术是我一生中最明智的选择”。作为“”后的第一批大学生,周济毕业之时正值国家百废待兴、国门刚刚开启之时,人生的道路有多种选择。在当时的潮流下,很多人选择了出国或者下海经商,都能够名利双收,而在国内读博士,因为吃力吃苦一时间又见不到回报,并不被很多人看好。“因为英文不好,就没有出国;因为不是很看重钱,就没有下海,最终选择了最不被看好的道路”。周济认为,当年没有被潮流所裹挟,没有受到利益的,通过独立思考选择了一条适合个人发展的道路,他谦虚地把这一点看作是取得成功唯一值得一提的个人因素。

  从履历上看,周济的学科背景似乎有些“复杂”:本科学半导体化学,硕士学物理学,博士学化学,现在从事的又是材料科学研究。周济却笑言,正是这种看似“复杂”的跨学科的背景使他的科研生涯受益匪浅。

  周济本科学的是半导体化学。“虽然专业的就业目标很窄,但基础课学了很多。”这个五年制的专业令他受益良多:跟物理系一起学数学和物理,跟化学系一起学化学,又完成了电子学和半导体的专业课程。也正是这样一个特殊的专业背景,为他以后在多学科交叉领域的纵横驰骋提供了坚实的根基。

  大学毕业后,周济在中国科学院长春物理研究所攻读硕士学位,主修固体物理学,毕业后留所从事两年光电子学的研究。1988年,在学术研究上初试锋芒的周济进入北京大学化学系,在著名固体化学家苏勉曾教授的指导下攻读博士学位。1991年到清华大学材料系做博士后,师从时任清华大学校长张孝文教授和李龙土教授,进入功能陶瓷材料研究领域,出站后留校工作至今。

  “之所以从半导体化学转向物理学,是因为当时觉得所学的半导体在国内缺乏好的条件,太依赖于设备;而后来搞固体物理学,发现研究结果往往与样品的制备关系非常大,为了能够自己制备样品,读博士就选择了化学。博士毕业后,发现自己真正想做的是材料科学,因此转到了现在这个领域。”周济笑着告诉记者,“材料科学是一个理工结合的学科,在这个领域中,可以用理科的思维去解决工程的问题,这是一件令人非常有成就感的事情。”

  为了说明材料科学的重要性,周济举了一个例子。上世纪90年代,我国引进了首条片式电感器工艺线,却因国外大公司对关键材料——低温烧结铁氧体的封锁而濒于夭折。针对这一迫切需求,周济及其团队在国家“863”计划重大项目支持下,开展了片式电感器材料的研发。他另辟蹊径,绕开国外专利技术,提出了新的技术路线,发展出高性能片式电感器用铁氧体材料,大幅拓展了片式电感器的感量和频率范围;同时打破了国外企业的封锁和垄断,为我国片式电感器产业的形成和发展赢得了机会。

  “我们的初步成果一发表,国外就向中国解禁了相关领域的材料;随着我们工作的一步步推进,他们又把片式电感器材料一步步降价;最终我们做出了比他们更好的材料,使我们国家这个产业掌握了国际竞争的优势。”周济说,这是他承担的第一个较大的科研项目,通过材料研发带动了一个新型电子元件产业的形成和发展,这样的成绩让他备受鼓舞。

  在2016年度国家科学技术奖励大会上,周济和他的团队凭借“非金属基超常电磁介质的原理与构筑”项目获得国家自然科学奖二等奖。

  图为“自下而上”的光频非金属基超常介质制备策略。(a)基于胶体晶体模板的光频介质超构材料制备技术;(b)基于AAO模板的光频非正定介质制备方法。

  超常电磁介质的探索最初始于20世纪60年代前苏联科学家韦谢拉戈提出的一个思想实验。韦谢拉戈发现,假如有同时具备负介电常数和负磁导率的物质,即负折射率,电磁波的传播行为将会发生根本性改变。然而,由于自然界中并不存在该材料,这一想法当时并未得到人们的过多关注。直到上世纪90年代末,一位英国科学家提出利用金属谐振结构阵列实现超常电磁响应的方案,并于世纪之交被实验验证,超常电磁介质才自此诞生。然而,受制于金属基体的固有特性,高损耗、各向异性、难以调控以及光频材料难于制备成为了困扰此类材料发展的壁垒。

  为了解决这一问题,周济提出了“超材料与自然材料融合”的思想,借助非金属材料中丰富的电磁极化机制,初步创建了非金属基超常介质的原理框架和构筑策略,解决了金属超构材料高损耗等问题,开辟了超材料研究的一个新分支。

  谈及过往的荣誉,周济淡然处之。他更关注的,是成果本身带来的效应:“中国正在经历从科学大国向科学强国的转折点上,过去我们做科研总是跟别人的后面,今后这种跟风式的研究已经没有多大意义了。只有在很多领域都做出原创性成果,才能成为真正意义上的科技强国。”

  对于研究方向的选择上,周济始终坚守的标准——做“顶天立地”的科研。“做科研,我不喜欢追随,就喜欢做点和别人不一样的。但这种‘不一样’必须建立在一个结合点上,就是既要能够服务国家重大需求,也要符合自己的兴趣。”

  说起来云淡风轻,做起来却备尝艰辛。选择在冷门的科学领域中上下求索,不仅意味着要在空白处拓荒、没有太多前人经验可循,还时常碰到不少从未遇到过的棘手问题,投入大产出少,甚至还经常要冒着“此路不通、前功尽弃”的风险。然而,恰恰是这种“探险”的感觉,成为他不断开拓的动力。

  “如果大家都扎在一起,很容易导致低水平重复,也会导致恶性竞争。我觉得我们的研究更应该像是探矿,虽不能像‘采矿式科研’那样获得丰硕的产出,但可能更有意义。”周济说,他愿意做一个“探矿者”,在国家需要的地方、在一个个陌生而荒芜的领域,去发现、去探求。

  一直以来,相比于众多的学术头衔,周济更珍视的是自己的“教师”身份。他希望,能把自己为人、治学、科研的诸多心得传递给学生,助力他们的成长。

  在周济的课题组里,他从不将自己的研究方向和课题任务强加给学生,而是细心观察、提前沟通,按照学生本人的兴趣和知识结构“量体裁衣”,给学生提出适合他们自身特点的课题方向。方向选定之后,他也不会要求学生每天必须待在实验室里,只是不定期地召开组会,让学生汇报工作进展,一起讨论进一步的方向。“总有不尽如人意的时候,但要允许学生犯错。况且,学生自身也是有要求的,有兴趣牵引的研究总不会做得太差。”周济告诉记者。

  “为什么要把学生逼得惨兮兮的?我喜欢的是‘四两拨千斤’的科研方式。”周济笑言,自己并不是一个严苛的导师。在他看来,做科研不要把弦绷得太紧,而是要充分享受探索与发现的魅力。

  比于文、出成果,他更希望的,是将科学精神与治学思想传达给学生,“研究生做研究的目的主要是为了培养创新能力和独立思考的习惯,学生获得的也不应该仅仅是知识。”

  近年来,尽管科研任务日益繁忙,但他还是为本科生开设了一门全校性选修课——《科学研究导论》,试图将科学精神的培养,科学方法的评介和创新思维的训练相结合,将科学大师的人生观、价值观、治学理念和思想方法结合自己的科研“心经”一并传授给学生们。

  “周济老师始终鼓励我们做两件事,一是敢于创新、不要怕困难;二是做有意义的事。尤其对于基础研究来说,当前可能看不出实用价值,但可能是接下来研究的基础。”学生仉冠乔说,“他性格直爽,对于我们表达的观点,都会给予非常详细的评价和指导。”

  而对于自己下一步的工作,周济也有两个期待:一个是扎扎实实地推进现有研究;另一个是多招几个学科背景多元的学生,不同学科背景的人坐在一起脑洞大开,说不定就会碰撞出新的火花,取得重大突破。

  周济,1962年2月生,清华大学材料学院教授,教育部长江特聘教授,国家杰出青年基金获得者。1983年在吉林大学电子科学系取得学士学位,1983年在中国科学院长春物理研究所取得硕士学位,1991年在北京大学化学系取得博士学位。2017年当选为中国工程院院士。

  长期从事信息功能材料的研究,在低温烧结软磁铁氧体和低温共烧陶瓷(LTCC)介质材料方面取得突破,解决了无源电子元器件片式化和集成的若干关键技术难题,为国内片式电感器和无源集成产业的形成和发展做出了贡献;提出了通过超材料与自然材料融合构筑新型功能材料的思想,在此基础上率先发展出了非金属基超常电磁介质等一系列新材料。发表学术论文369篇,出版学术专著1部,授权发明专利41项,作为第一完获国家自然科学二等奖和国家技术发明二等奖各1项。

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