冯培忠：生化环材不是四大天坑，是创新创造的根本!

来源丨冯培忠科学网博客

摘要：要实现中国创造，到底怎么做，除了概念的创新创造之外，更多的要关注本质的创新创造，关注细节，材料人眼里容不下一粒沙子，材料中容不下一个气孔，只要我们关注的维度提升一个量级，工程的可靠性就可能数倍提升，就可能做到100%可靠，实现创新创造。

记得有一部电影，关于大工程，大桥、大厦、大路、大场、大港、大塔等等，甚至当年的大炼钢铁，看着听着说着都热血沸腾，投身其中，值得骄傲，确实代表了一种强大的能力。但是在能做大的同时，如何做到强，做成百年大工程，甚至千年大工程？或者换句话说，做一件良品容易，如何做到件件良品？做50%的可靠性容易，做到99%也不难，但是如何做到100%可靠？并且在100%可靠性的情况下还有低成本，否则没市场竞争力，照样被淘汰，这都是现实面临的问题，也是从富起来到强起来的过程中必须面对和解决的问题。

有句古话“千里之堤毁于蚁穴”，也有很多工厂的管理标语“细节决定成败”，说明细节很重要，包括听身边不知多少人说：某某大桥，刚完工一年，柱子生锈、油漆脱落，钢筋外露；某某大路，刚修没几年，半边垮塌；某某大树，刚移过来没多久，被风吹倒了；某某大夏，风吹着在晃动？这里面有些是施工质量问题，但更大面积的牵扯到工程技术、细节和质量标准的问题。例如装修用水泥沙子，用铁锹拌了一遍就铺砖，必然会出现宏观的不均匀，半年后下雨开始积水；如果拌了三遍，则均匀性、牢固性显著提高。

中华民族有关注细节的传统，例如有很多民间艺人，在大米上刻字、作诗、作画，但能否做到两个大米的字、诗、画完全一样？估计手工时代无法完成，需要机械般的操作。

网上流传一篇“35个卡脖子领域的清单”，不知真假，也无须关注真假，但大家看看，其中没几件大的事，基本都是微纳的事；或者关注的是部分，而不是整体；关注的是材质，而不是产品；这说明大的结构容易设计，容易实现，但是小的、微的精确设计及其准确控制和实际实现被卡住了。例如卡脖子的芯片，追求的就是纳米的线宽，14nm、7nm、4nm、3nm、2nm……

微纳的创造必然需要微纳的识别与诊断，从理论的概念都可以有，但是现实如何实现，例如代表微纳分析的先进测试仪器（XRD、SEM、TEM等）基本都来自进口；具有精确控制的数控机床也来自进口；具有高端性能的某些材料也来自进口，例如二硅化钼，我们就做不到全球第一；例如钢材成分和组织的精确调控能否做到全球领先，不知道，不赘述。

科学的发展出现了大量越来越微纳的单位，飞秒、夸克、纳克、皮米、微升，PPT，这些都是很微小的概念，甚至还有更小的维度，如何识别和操控，或者是我们的大工程是否从这些微小的概念进行了精细设计？也许有的不需要，也许有的真需要但是没关注到。

有些时候，我们从尺度上可以关注到上下几千年，甚至几亿、几十亿年，例如白垩纪开始于1.45亿年前，结束于6600万年前，历经7900万年，但是能否从千万年的跨度中分离出其中的某一年、某一天、某一秒发生了什么巨变？导致了什么结果？感觉都是难题。

曾经有人说，你看哪些搞工程的老师，整天在现场跑、拉项目、有钱，然而搞材料的老师，基本都整天趴在实验室做实验、写论文；不止一个人说，搞材料的就写了那么几篇论文，废纸一堆，有啥用？你看我设计的这个，超大型号、翻转结构……，其实设计的我们都能实现，感觉也基本都没被卡脖子（个人臆想，不对之处多拍砖），然而卡脖子的大多都和材料相关，和细节有关，和微纳有关，材料人关注的都是微纳世界，材料人的眼里容不下一粒沙里，材料的世界里容不下一个气孔（当然多孔材料除外），所以材料的问题解决了，设计就可以达到目标，按照材料人的思维模式就可以实现工程的100%可靠。再追根朔源，材料关注的内容都是基于物理的基本特性和化学的基本原理，而分析测试都基于物理的原理而发展，例如一个X射线及其拓展和应用先后产生了24位诺奖。

老百姓已经走过了温饱的年代，开始要吃细粮，甚至做饭用称来定量，我们已经走过了贪大求全的年代，我们要从粗放型发展转化为内涵式发展，从大转化为强，从大工程改变为做百年工程、甚至千年工程，那内涵是什么，怎么转化为强，必须关注内部的微纳结构。

中华民族是一个勤劳智慧勇敢的民族，我们设计了千千万万，如果我们能关注每一个细节，每一个微纳结构，保证其100%微纳均匀性，我们就可以再创造千千万万。微纳创新是否一定要到微米甚至纳米级别，不能简单的生搬硬套，微纳和宏量相比也是一个相对的概念，对于芯片来所，宏量就是几十纳米级别，而微纳就是几个纳米级别，就是说如果就目前关注的维度提高一个数量级，其可靠性估计会获得显著提高，甚至会成幂指数的关系提升。

微纳的创造需要物理、材料等基础学科的全方位支撑，需要现代分析与人工智能的全方位支撑，从原理上搞明白微纳设计，从施工上搞明白微纳特征，就可以做到100%可靠。所以要大力重视材料与物理等基础学科，生化环材不是四大天坑，是创新创造的根本，是百年乃至千年工程的基石，材料、物理和微纳测试必将赋能新时代，助力两个一百年，实现中国梦。

——灵感来自和同事讨论分析测试的宏量测试和微量测试。2022.07.16初稿，2022.07.17终稿。