人們耳熟能詳的納米技術早已經與化學、物理、生物等多個學科發生奇妙的交叉和融合,為這些領域支撐起更大的發展空間。而材料科學作為另一個激動人心的領域,直接影響著建筑、汽車、衛生保健、電子產品等與人們生活息息相關的方面。在能源短缺、氣候變暖的今天,納米和材料科學肩負起改善人類生活質量和環境的重要使命,承載著人們的希望。
中英科技雙邊合作計劃于2005年1月簽署后,兩國在多個方面積極嘗試開展合作,納米和材料科學正式成為六大優先合作領域之一。兩年來,雙方建立了由著名材料學家、英國牛津大學教授George Smith領銜的英中材料協會,并最終確立了納米材料、能源材料和生物材料三大優先合作領域。
2007年12月28日,《科學時報》記者經過多方努力,終于在北京見到了英國倫敦大學學院教授郭正曉,他此次回國的主題依然是協調中英合作事宜。
我代表“中方”
當眼前這位樸實憨厚的“洋”教授說出“我代表中方”時,任何人都要懷疑自己的耳朵。要知道他已經在英國生活了23年,曾在英國多所大學任職,從未在國內作長期停留。不過他緊接著的一句話讓人恍然大悟:“我代表中方,中間的中?!?/P>
郭正曉1984年就遠赴英國,博士畢業后,他在1995年正式進入英國的學術系統,開始從事結構材料和能源材料的研究工作。在中國出生、在英國發展的背景令他能夠擁有中國文化給予的洞察力和英國文化給予的敏感度,使他具有促進中英合作的得天獨厚的條件。郭正曉說:“催化劑能夠減少反應的障礙,我就是要起到催化劑的作用,最大限度地減少中英合作的障礙?!?/P>
由于之前一直和中科院金屬所、物理所和國內一些大學有合作關系,因此在得知中英納米和材料合作啟動后,郭正曉意識到自己可以起到很好的橋梁作用:“出國后人們為祖國服務的方式可以不一樣,像我這樣回來晚的人或許可以用一些特殊方式,對中英合作起到更積極的作用?!?/P>
在郭正曉等人的協調下,2005年12月,首屆中英先進材料論壇在重慶召開,以Smith領銜的英方頂尖納米和材料科學家悉數到場,與中國同仁一道,制定了未來中英合作的基本框架,并將輕合金、復合材料和功能材料定為未來合作的潛在主題。
為了讓中英材料科學合作持續發展下去,郭正曉還和英國其他科學家一道,建立了中英材料科學和納米技術籌劃指導委員會,籌劃未來的合作線路圖。
郭正曉說,中英雙方到目前為止已經在兩國召開了四五次會議,合作進展很快,每次都有新的認識。尤其是第一次會議,由于很多科學家在此之前彼此并不太了解,因此有“破冰”的效果?!斑@些研討、技術交流和政策交流特別側重于合作的前景和問題,可對合作可能性有更全面的認識,比如語言、基金資助方式、到位情況等給合作帶來的問題和影響。”
此外,中間人的努力還引起了英國各種資助機構的重視,這也促使原來的短期資助變成較大的實質性合作資助。2007年8月,在倫敦召開的中英清潔能源會議吸引了雙方頂尖科學家和資助機構的參與。會后,英國工程和自然科學研究委員會(EPSRC)決定出臺一項600萬英鎊的特殊計劃,專門用于資助未來能源材料和納米結構方面的研究。其他很多研究申請提案也接踵而至。
歷史和現實的互補性
沒有互補性就沒有合作,那么中英兩國納米和材料科學研究的互補性在哪里?郭正曉認為,這種互補性應該分兩個層面。
首先,英國的納米和材料科學研究開展得較早且較快,處在世界前列,有好的經驗、技術,也一直強調創新。數據表明,其科研投入產出比在全球最高。因此,同英國合作可以讓中國更快地接觸前沿科學和管理方式。郭正曉特別強調,英國有許多基礎性很強的研究,它們與應用掛鉤緊密,或者根本就是因應用需求而生。他認為,英方研究的一個很好的亮點是,從基礎研究出發,設計出先進有效的設備,將設備作為成果轉化為一個公司。不光科研做得好,而且能夠及時產業化。他說,英國科技發展的戰略也已經從強調原來的本地產業化、本地利用轉變為本地開發,用靈活的機制滋生中小企業,將這些科研成果快速轉化為產品,將科研成果快速推廣到世界。
相比之下,國內的特點是經濟發展快,納米和能源是重點,而且中國有很龐大的研究隊伍,并且科研經費在增加。尤其是在1990至1999年的10年間,中國納米科學研究的水平和論文數量攀升入世界前列,目前從事納米研究的中國科學家超過3000人?!斑@些是最吸引英國人的地方?!惫龝哉f,“為了擴大影響力,英方愿意與大國合作,尤其是在能源、環境、醫學等關鍵科學領域。研究的財富是全人類的,不應該受到國界限制。”
郭正曉特別提到Smith,他是此次中英合作的英方“焦點”人物。據介紹,Smith的整個科研生涯都致力于微觀結構分析技術的開發和利用,目前最微觀的結構分析技術??三維原子探針(3DAP)是他最突出的貢獻。由于材料性能的最終影響因子是在比納米更小的原子尺寸上,而原子尺度的結構很難直接觀察,所以要利用原子探針的方法,通過電子束和結構的相互作用,間接“看”到原子尺度結構。Smith開發的位置敏感探針最終實現了三維原子探針,從探究材料的二維尺度邁向了立體結構,更好地表征了整個材料的性能,是通過分析原子來了解物質化學成分的不均勻性的一種不可替代的方法。它能夠探測各種合金元素在納米晶材料不同相態及界面上的分布,以及測量比納米尺度更小的結構變化和缺陷,從而在鋼鐵性能優化中起到很大作用。這項成就讓Smith獲得了很多獎項和專利,材料界有名的雜志《材料學報》曾將年度大獎授予給他,而他也因此成為英國皇家學會院士。
另一方面,郭正曉指出,納米科學技術貫穿于整個自然科學,而每個研究團體、每個科學家的能力都是有限的,都是從技術和知識的某一層面來認識問題,因此,不同人的想法和處理方式都有他的精力所在和特點所在。“科學之所以會進步就是因為大家都能從不同角度對同一個重要問題作出貢獻,所以說納米合作的互補性是普遍存在的。有些時候,科學的發展是添磚加瓦式的,今天和明天的互補性也不一定固定,而是動態的。”
采訪中,郭正曉關注更多的問題是如何最好地利用這些互補性,盡量通過交流,減少交叉重疊的部分,減少不必要的人才和資金浪費。他舉了兩個例子,在能源材料方面,英國在開發非貴金屬催化劑或者生物催化劑(比如氫化酶)來增加再生能源的利用效率方面走在世界前列,中國在這方面弱一些,但中國有豐富的生物資源和自然資源,這方面的合作能夠對整個清潔能源領域起到推動作用。此外,英國對氫和儲氫結構的相互作用機理研究較早,一些研究手段比較先進,而中國在這方面發展很快,而且有潛在的應用需求,因此加強合作很有意義。
自由的合作模式
郭正曉說,中英納米和材料科學合作與其他優先領域相比,關注的范圍無疑是較為廣泛的。僅能源材料這個新概念就包含了和能源領域密切相關的多種材料,比如減
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