0532-83433388
新聞動態
聯系我們

青島德通納米技術有限公司
電 話:0532-83432166

傳 真:0532-86402866

郵箱:dt-info@syfsci.com

網 址:www.vynbux.com

銷售部專線:
劉 總:18390223882
孟 總:15318872987
鐘 總:14751706300

行業資訊
您當前所在位置:首頁 / 新聞動態 /
材料科學大熱門,中國科學家蓄勢待發 | 聚焦材料中國01
更新時間:2019-03-22 瀏覽數:

原創: Nature自然科研 Nature自然科研

原文作者:Sarah O'Meara

2019-03-22


一系列精心設計的研發項目以及經費的增加使廣大研究人員大為受益。

當張達威辦完赴美學生簽證續簽時,已經來不及了。當時,這位29歲的材料科學家已經攜妻兒回到了中國,成了北京科技大學的一名博士后——北京科技大學的新材料技術研究院在全國名列前茅。續簽延誤促使張達威接受了一份國內職位,而沒有繼續留在美國從事自修復材料研究。

 

回頭看,張達威才意識到當初回國的決定是正確的。6年后,他在材料腐蝕方面的研究被納入了一個10億元的國家項目——材料基因工程Materials Genome Engineering,MGE,該工程旨在提高中國新材料研發的速度和效率。



                            去年成都的一個展覽會上展出了一款柔性屏手機。                                           

                                              來源:Wang Xiao/Chengdu Economic Daily/VCG/Getty


過去十年來,此類大型科學項目在中國越來越多,為相關國家計劃提供了關鍵支撐。中國政府計劃讓中國成為高科技經濟體,能夠并跑甚至領跑全球領先的科學大國。

 

材料基因工程于2016年正式啟動,旨在對標美國的材料基因組計劃Materials Genome Initiative,MGI——美國聯邦政府對該計劃投資2.5億美元,希望能將先進材料科學轉化為產業應用。取名的用意在于呼應生物學領域的一些超級項目,如人類基因組計劃Human Genome Project。中國政府的政策制定者希望更好地利用國家數據庫內儲存的材料行為相關信息,推進新材料的開發。

 

但是,研究人員仍處于摸索階段。張達威的團隊連理解數據科學家的方法都有困難,對此他表示,這是全球都面臨的一個普遍問題。

 

我們在為材料基因工程準備計劃書時,就意識到了這個問題,但直到我們真正開始做的時候,我才發現這將是個長期問題。

 

張達威表示,實驗室的學生經常做得比資深教授更好。他們私底下有更多時間去鉆研一些新想法。

 

張達威說,材料基因工程的最終目標是開發出一個中心化智能數據挖掘軟件平臺,可以讓汽車制造、煉鋼和造船一類的企業獲得有關材料行為的即時反饋。

 

在北京新材料技術研究院的實驗室里,張達威的團隊是一支交叉學科隊伍,有些成員主要關注材料基因工程(見硬數據,其他成員則負責基礎研究。數據科學家會幫他處理數據庫里的信息,協助創建新的材料模型;而生物學家則會關注微生物對腐蝕的影響。此外,他所在的研究院還會邀請美國和歐洲的客座教授來訪。

硬數據

 

二十世紀八十年代:中國高校與研究院所在中央政府的財政支持下,建立了 23個小規模材料數據庫,但數據庫的使用和更新非常緩慢。

 

2000年:中國18個研究所聯合建立了兩個國家級材料數據庫,首次提出以標準化格式進行材料收集和錄入。(見http:// www.materdata.cn)。

 

2016年:中國的政策制定者投資材料基因工程項目的數據庫和大數據技術開發,以對標美國前總統奧巴馬在2011年啟動的材料基因組計劃。

中國科學家認為,要做出杰出的科研成果,需要有多元化、跨學科的研究團隊,而這正是一般實驗室所缺少的。張達威說:中美兩國各自的材料基因組計劃擁有共同的目標,那就是以更快的速度和更少的費用產出更好的材料。與國外科學家合作非常重要,因為材料基因組是個全新的領域。我們需要一起找到最優路徑。

 

經費充裕

2008年以來,中國的材料科學經費投入已經增加了三倍,材料科學也是國家自然科學基金的第二大資助學科,僅次于醫學(見中國增撥材料經費,這讓中國材料科學的研究規模水漲船高。Web of Science的統計數據顯示,材料科學論文數量在2006年到2017年期間增加了兩倍有余,達到4萬篇左右(見巨大進步。2015年,中國研究者發表的所有論文中,約九分之一為材料學論文。

 


  來源:國家自然科學基金


2006年至今,在一項國家計劃的指導下,中國的科學研發經費主要用于在2020年前提高中國的創新水平。這項計劃包括一系列宏偉的研發項目,比如探月工程以及首架自主設計的客機。制定這些目標是為了推動實現技術突破,增強國家的經濟前景,而材料科學對于實現這些目標具有非常重要的作用。

 

2018年,國家自然科學基金總共資助了701個重點項目,總計金額超過20億元,包括材料基因工程以及納米技術先進電子材料方面的研究。同年,科技部對6個重點專項的支持經費超16億元,其中包括納米技術。

 

如今,中國在23個具有鮮明技術應用的領域發表的高質量研究論文超過了世界上任何其他國家,這些領域包括電池、半導體、新材料和生物技術。11月,由清華大學博士畢業生于2014年創建的清陶發展宣布,公司已研發出全國首個固態電池生產線。



來源:Web of Science


隨著中國的影響力日益提升,從中國科學家可以獲得的資源來看,他們是否取得了應有的成績,還無法確定。John Plummer曾是《自然-材料》駐上海的高級編輯,現在是自然科研的高級產品編輯,他認為中國在某些材料科學領域已經走在了前列,如納米材料、凝聚態物理和結構材料,但在整體材料研究方面尚無法與美國或歐洲相比。

 

南京大學納米材料科學家朱嘉說:我們需要去推動原創的想法。美國科學家在開辟一個新項目或研究方向時,不會人云亦云地說別人在做什么,我們也應該做什么。但在中國,我們仍在以他人為參照。

 

冒險一試?

2014年,地球物理學家毛河光開始在美國卡耐基研究所和上海兩地之間輾轉。在美國工作了50年后,毛河光希望能幫助中國政府官員解決中國最迫切的研發問題之一。他們問我:如何才能提高基礎研究的質量,而不僅僅是數量? 。” 

 

毛河光主要研究材料如何應對極端壓力。他讓政府官員給他出資建立一個實驗室,用來產出真正顛覆性的研究成果。他解釋道,實驗室可能無法立刻產生突破,但他能保證從世界各地招來和他一樣有產出潛力的科學家——毛河光的產量是不證自明的:在他的職業生涯中,他在《自然》和《科學》上相繼發表了65篇論文。

 

中國科學院是中國最大的科學機構和政策制定顧問機構。2008年,在中科院與國家自然基金舉辦的一次活動中,毛河光說:給我錢,我就能給你科學家。毛河光1996年當選為中國科學院外籍院士。政府官員給了他要的錢,2013年,高壓科學研究中心HPSTAR成立,并在上海和北京建立了分中心。毛河光實驗室的經費并非來自科技部,而是由財政部直接劃撥。

 

毛河光說他吸引到了來自加拿大、埃及、德國、日本、俄羅斯、英國和美國的科學家。中國的體制在支持基礎研究方面不夠高效。我有幸能讓科學家完全自由地以自己的方式開展顛覆性研究,并從最大程度上減少外部監管和評審評估。政府當然關注我們的進展,但是以一種非常低調的方式。

 

毛河光申請經費的全新方法,成功移除了創新性材料研究面前的一個主要結構性障礙。從事儲能方法研究的中科院福建物質結構研究所化學家溫珍海表示,在中國,科研人員獲得的經費數量主要取決于他們在高質量期刊上的發文數量。初級研究人員必須要扛住激烈的經費競爭,這讓我們不得不蹭一些熱門的研究領域,即使那意味著我們的研究可能并無創新性,可能與他人的研究會重復。

 

毛河光堅信,沒有束縛的科學家才能做出好成績。能有機會放手去做在一定程度上促使物理學家Philip Dalladay-Simpson決定申請來上海實驗室研究極高壓下的分子系統響應。2010年,Philip Dalladay-Simpson從倫敦瑪麗女王大學畢業,隨后開始研究氫對極端環境的響應,并在2016年從英國愛丁堡大學博士畢業,正逢高壓科學研究中心也開始招賢納士。

 

Dalladay-Simpson說:能有機會為一所有理想的新研究所出力,能在那里自由探索我所感興趣的領域,這讓我最初有點不知所措,因為我對自己的事業發展從沒有過這種期待。

 

毛河光團隊利用的上海同步輻射光源是中國籌建的一系列大型研究項目之一,已于2009年投入使用,總投資達12億元。在這里,高壓科學研究中心的科學家使用X射線詳細了解材料在壓力條件下的行為。毛河光說:我們團隊至少每個月都要用到該設施,所以我們索性在附近租了實驗室。



       一名工程師正在東莞的散裂中子源國家實驗室調試設備;科學家可以使用這類加速器和上海同步輻射光源研究材料的行為。

                                                              來源:Xinhua/Alamy

  

重任在肩

中國計劃在2049年,也就是中華人民共和國成立100年之際,成為世界科技強國。對于工程師陳光來說,他每天都能感受到這一宏偉目標所帶來的壓力。

 

中國希望建造自己的大飛機。目前,國產商用飛機使用的全是進口發動機。因此,當南京理工大學的陳光在2016發表了一篇關于可用于制造飛機發動機的新合金論文(G. Chen et al.Nature Mater15, 876–881; 2016)后,頃刻之間,無數研究經費朝他涌來。

 

2017年,陳光獲得了一筆總額300萬元的主要研究經費,是一般國家自然科學基金經費的5倍。此外,他還獲得了兩筆60萬元的經費。雖然能得到需要的支持讓陳光很欣慰,但他清楚,如果經費用完時還看不到成果,就會產生嚴重后果。他說:這會影響到我本人的科學聲望和今后的項目申請。” 

 

陳光在這一領域深耕20年有余,但他預計商業化還需要再等10年。來自南方科技大學的化學家蔣興宇表示,這種速度并沒有趕上政府或整個行業對研發人員的期待。

 

如果你在基礎研究領域有很高的產出,大家會期待你能產出同樣高水準的產品——這是許多政府官員和民間資助者的真實想法。但是,我們今天所用的產品很多都是基于20年或30年前的研究成果,他說,在中國,愿意進行必要的研發投資,將產品推向市場的大型企業并不多。

 

未完(字數限制),請接著看《材料科學大熱門,中國科學家蓄勢待發|聚焦材料中國02

人人天天夜夜曰狠狠狠狠,日日摸夜夜添夜夜添,日日摸日日碰夜夜爽,色偷偷人人澡人人添