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方绚莱:在头发丝上“做手术”

来源:科技日报 作者:张盖伦 2016年09月23日 13:43
[导读] 用新技术打造新的复合材料,助推先进制造业发展。

在北京大学光华管理学院咖啡厅第一次见方绚莱,有些不敢上前相认。

方绚莱的履历里,写着他是麻省理工学院机械工程系副教授,是麻省理工纳米光电及3D纳米生产技术实验室创始人、主任;早在2008年,他就获得过麻省理工学院年度全球35名35岁以下顶级发明人奖。

但面前的人穿着紫色衬衫,低着头,对着电脑打字。从侧脸来看,他就像是个在咖啡厅里自习的学生。

“是方教授吗?”再次掏出手机看了眼照片进行确认,上前小声打个招呼。方绚莱立刻抬起头,露出谦和礼貌的笑容,起身,伸出手来。

没有属于传说中“大牛”的严肃,对一些基础性提问,方绚莱都乐于解释。甚至,他还会坦率地承认,自己还在学习如何将技术语言转化为应用语言,让普通人能听懂他在干什么。

之所以要让普通人听懂他在干什么,是因为2016年,方绚莱给自己增加了一个新头衔——深圳摩方科技材料有限公司首席科学家。在创业路上,这位研究了十几年纳米材料的科学家,变成了“新手”。

给传统材料“变魔术”

其实,方绚莱要干什么,理解起来并不困难——用新技术打造新的复合材料,助推先进制造业发展。

“埃菲尔铁塔为什么能造那么高?秘诀在于结构。”方绚莱喜欢拿埃菲尔铁塔举例子,这座交错式框架结构铁塔,是人类首批用完整翔实数学分析来完成结构设计的工程项目之一。

它用了250万枚铆钉,1.5万个金属构架,曾经保持世界最高建筑名号45年。

在大型工程上,结构的改变,使得摩天大楼时代的到来成为可能;那么,在材料上进行微观结构的改变,是否也能开启新的材料时代?

优化结构,就能优化性能,能让传统的金属、塑料、陶瓷等材料,展现神奇特性。航空巨头波音公司曾展示过他们研发的“世界上最轻的金属材料”。它的重量比泡沫塑料轻100倍,其壁结构比人的头发丝还要细1000倍。实际上,它就是一种由相互连接的空心管组成的金属微晶格,具有很强的抗压缩能力。

方绚莱所在团队,就在做类似的材料研发。他深谙材料结构的神奇。在麻省理工,他所担任主任的纳米光电及纳米生产技术实验室,就是将高精度的3D打印系统用在微米和纳米尺度上的材料“加工”。这种加工,如同在头发丝上做手术。他们想把制造芯片的技术,转化为制造新型材料的工艺,它能更便捷地对材料的几何结构进行优化,让材料来一场华丽变身。

方绚莱参与开发的微型晶格纳米架构材料获评2015年《麻省理工科技评论》选出的十大科技突破之一。团队成功研制出一系列全球领先的新型超轻量级材料,而高精度的3D打印平台系统,使其产业化成为可能。

而且,这些技术不是只藏在实验室的“高精尖”,方绚莱知道,自己在材料领域追求的更轻、更强、更坚固,和普通公众的生活实际上密切相关。“我们提倡车的轻量化。车自重减少,耗油便可降低;耗油降低,就能节能减排,保护环境。但同时,我们也希望车的结构强度保持不变。”方绚莱说,“这就需要对材料的改进。”

不仅是汽车。从手机到无人机,甚至是航空飞机、宇宙飞船,都在渴求具有特定性能的材料。

在纳米材料领域深耕

在很多时候,材料也成为工业制造上“卡脖子”的一环——你知道原理,但你没有材料,那对不起,你就是造不出来同样性能的产品。有句话形象地比喻了材料的地位——你可以山寨一部手机,但无法山寨一棵树。

在材料领域做研究,其实是在从事基础研究。它吸引不来快钱,也很难在短时间内成为“明星”。

“老方踏踏实实做了十几年,这就是积累。”方绚莱的创业伙伴贺晓宁告诉科技日报,“而且,他也不是只搞理论研究,他们团队还研究加工工艺,真正把微纳米架构应用到实践中去。一旦做成了,就是颠覆性的事情。”

方绚莱坐在他旁边,没说话,只是微微笑着。“老方不是个愿意宣扬自己的人。”这是贺晓宁的评价。

或许,于方绚莱而言,踏入科研之路,最开始想的并非“颠覆”,而是“跟着好奇心走”。

方绚莱本科和硕士均就读于南京大学物理系,毕业后,他去往加州大学洛杉矶分校,攻读博士学位。那是20世纪末,数字投影仪开始产业化,成为消费级产品;GPS也开始小型化,正在走向普及。方绚莱说,它们都是微纳米加工工艺进步的体现。这些悄然发生着的变化,成为方绚莱研究微纳米的动力——“它让我深刻意识到,当一项新技术找到它的能力所在,它就能在最大程度上获得市场的认可”。

21世纪初,纳米材料是真正的“新兴”学科。方绚莱的研究方向,与美国当时的国家战略合上了拍。1997年,美国国防部将纳米技术提高到战略研究领域的高度;2000年,美国提出“国家纳米技术计划”,搭建起一个更为综合性的平台,让不同领域的纳米研究者能进行对话和深度合作。

方绚莱走在了前面。他的团队如今拥有先进的高精度3D打印技术,这一精度使得他们能够利用3D技术打印出不同的新型纳米复合材料;又由于技术具有先进性和成熟度,研究团队与劳伦斯·利弗莫尔国家实验室展开了长达九年的合作。

开公司,也试着开启一个新时代

“有同事跟我说,实验室承接合作项目和自家公司承接合作项目的不同,就是‘领养孩子’和‘亲生孩子’的差别。”说起创业初心,方绚莱笑,“我觉得这个技术有价值,想更快推动它的产业化。与其把技术交给别人,不如自己来做,这样更直接。”

方绚莱心里一直存着创业的念头。这个念头千回百转,等待着合适时机破土而出。他坦言,自己长期从事技术研发工作,对产业和产品的认识,全都从研发角度出发。“怎么找到市场,怎么找到合适的合作伙伴,如何确定商业模式,这些我本身都没有太多经验。”

他怀揣着技术,但迟迟没有迈出“创业”这关键一步。因为,方绚莱发现,商业语言和技术语言有时完全无法沟通,他需要一个优秀的译者。终于,方绚莱遇到他的合伙人贺晓宁博士——“我们找到了一个既懂技术、又懂商业的人!”

方绚莱终于创了业,还把目光投向了中国深圳。

国内的新材料产业距离国际先进水平还存在较大差距。在纳米结构复合材料的赛场,方绚莱团队已占得有利位置,可是这个赛场上同样群雄环饲,他们面对的是激烈的国际竞争。“想借助深圳的优势,借助国内资源整合的便利性,把技术的领先继续保持下去。”

方绚莱并不指望短期内自己的公司能够大红大紫,或者在几年内就交出漂亮的财务数据。科研人员总是着眼长远,纳米结构复合材料,对行业的战略价值不言而喻。

成立不久的深圳摩方科技,已和国内大型车企在洽谈合作事宜。材料是很多企业多年的瓶颈,大家对新型工艺,持开放心态。“唯一的难点是,它的推广需要过程,而这个过程相对漫长。”

方绚莱希望,能在三到五年的时间内,实现纳米架构复合材料的标准化、大批量生产。他不是想要替代某个材料,而是想要加速一个新时代的到来。在方绚莱看来,材料的革新,也能相应带来一整个系统的革新。“正如电灯发明后,它不会继续安装在煤油灯座上。它终结了煤气灯的时代,开启了电光的新篇章。”

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[责任编辑:wn101]
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