【人物】“长江学者”刘河洲：“顶天立地”做科研

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因制备出世界上最薄的材料石墨烯，2010年的诺贝尔物理学奖颁发给了在英国的两位物理学家。这种仅有一个碳原子厚的材料，引发了一场电子材料革命，可能会极大地促进汽车、飞机和航天工业的发展，同时，人类还利用石墨烯研发了一系列具有特殊性质的新能源材料。

材料是社会进步的物质基础与先导，是人类赖以生存和发展、征服自然的物质基础。人类的历史，不经意间被划分成了旧石器、新石器、铁器时代，并进入了以硅基半导体为基础的信息时代。如今，现代新材料的发展，更是为人类文明的进步提供了无限遐想。

因被神奇的材料世界所吸引，上海交通大学特聘教授、“长江学者”刘河洲曾经踌躇之后决定转换专业，投身材料学海洋，并立志与之相伴一生。

本科学的是化学工程，研究生学的还是化学反应工程，刘河洲的第一份工作却到了上海交通大学材料科学与工程学院复合材料研究所。这个地方一开始对他来说，是陌生的。

刘河洲

“我那时比较年轻，大概25岁，就觉得材料学是一个很令人神往的领域，所以很向往。当时从书中我也看到，复合材料的概念已经形成，在军民两块都有非常重要的应用。”在采访中，刘河洲向记者坦露心声。

小时候的他是出了名的学霸，几乎没考过第二名。从湖南农村不知名的菜花小学、石桥中学、邵阳县一中走出来，他一路“过五关斩六将”，以优异的分数考入无数学子梦寐以求的清华大学。受初中化学老师的影响，刘河洲对化学很感兴趣，他想都没想就填报了化学工程学专业。这一读就是8年，直到他工作后遇到后来的博士生导师吴人洁先生，前行的方向就此发生了改变。

“材料的主体分成三大类：分别是金属类材料、陶瓷类材料和高分子类材料。”他这样解释自己转专业的原因，“我为什么会选择高分子基材料作为后来的研究方向呢？因为高分子主要是靠合成而来的，与化学、化工有着千丝万缕的联系，可谓结合得比较紧密，所以我就自然而然地选择了高分子复合材料这个方向。同时，导师吴人洁先生是我国复合材料领域的开拓人之一，我受导师的启发和影响也比较大。”

吴人洁先生曾经在中国科学院北京化学研究所工作多年，主要研究碳材料和复合材料，为我国第一颗东方红卫星研制成功过碳碳复合材料。20世纪80年代，已经做到研究所副所长的吴人洁为了照顾年迈的父母回到上海，来到上海交通大学（简称“上海交大”）材料系工作。“他在中国科学院化学研究所做碳纤维及复合材料研究，到上海后需要结合金属材料研究，于是和上海交大的张国定教授等同事们开拓了金属基复合材料这个新领域。我的专业背景和吴先生比较相似，他是从中国科学院化学研究所的碳材料研究转为上海交大的复合材料研究，我的专业从原来的化学工程转成了复合材料。所以，我立志拜吴先生为师，做他的博士生。”刘河洲告诉记者。可以说，吴人洁先生不仅将刘河洲领进大门，领略了材料学的波澜壮阔，而且以自己的为学和为人影响着他。“我的导师吴人洁先生是个很有智慧的人，他学识渊博、为人谦和，80多岁依然思维活跃，分析学术和技术问题总能切中要害。特别让我佩服的是，那么大年纪写书依然下笔如有神。先生对学生严格中有包容，我对他怀抱永远的敬仰。”回忆起恩师，刘河洲满含崇敬之情。

随着科学技术的不断融合，如今的跨界人才“一将难求”。这从另外一个角度也反映出一个事实，跨界人才的确在研究中有自己独有的优势。对此，刘河洲深有感触，“纳米材料的合成主要是化学专业做的事情，搞材料的人如果没有化学基础很难深入做材料的合成。而复合材料更是融合材料化学制备、多相材料界面物理与化学，还牵涉到复杂环境中的材料理化性能和功能的演变，所以我原来学的化学反应工程让我在做材料研究时受益良多。”他也提到自己清华大学的几个同学，原本学物理化学或化学工程，后来在材料科学领域也做得很有起色，在他看来，大家都是有同一个梦想，为材料研究添砖加瓦。“毕竟我国的材料研究还有好多短板，与国际先进水平差距还很大”。

随着学科领域的发展，很多研究的深入都倚仗学科的交叉融合。刘河洲谈到：“大学毕业前，以为按照我学的专业，以后要去搞化学工程，可以为国家的一些大化工建设出力。如果我没有读研究生，我可能就分到家乡湖南长岭炼油厂、岳阳化工厂这些国家企业，那很可能是另一番不错的人生景观。但后来因为求学，机缘变化加上自己的思考，慢慢找到了自己特别感兴趣的方向。现在我对材料学研究充满热情，既期望在基础科研领域做一些国际前沿创新研究，更期待在国家重大需求领域、特别是国防新材料领域有所作为。”

清华大学毕业30年后再见班主任

“蒙山高，沂水长，军民心向共产党。心向共产党，红心迎朝阳。迎朝阳，炉中火，放红光，我为亲人熬鸡汤。续一把蒙山柴，炉火更旺，添一瓢沂河水，情深谊长。愿亲人，早日养好伤”伴着红色舞台剧《沂蒙颂》的唱腔，一个小红军缓缓走上舞台，白色的小衬衣，腰间扎着皮带，别着一把黑色手枪。这是小学时代，刘河洲在县城舞台上代表菜花小学表演的一个小红军的角色，至今回想起来，他也会觉得很过瘾。“道具木手枪是自己用墨水涂黑的，回家后才心疼地发现手枪把白色衬衣染黑了。”他开心地讲述着当时的场景，“在我们县城里演完后，我更加觉得当解放军战士好有味、好光荣。”

刘河洲是在湖南邵阳农村长大的，当地民风淳朴。湖南是革命圣地，父辈们对革命先驱都如数家珍，所以从小在他心底就珍藏着一份军旅情结，对军队、军人、军事很着迷。“从小我们玩得最多的游戏就是打仗。我还记得在读大学时，一个老乡在空军指挥学院读书，我特别喜欢穿他的军装，他就送了我一套不带徽章的军装，我还兴高采烈穿到长城上去拍过照。”对军旅的这种情怀，已经从小渗入他的骨髓之中。刘河洲笑称，要不是因为成绩过于优异被老师严词要求报考清华大学，自己一定选择近在长沙的国防科技大学。

虽然与军事院校擦肩而过，但是后来在复合材料的研究中，刘河洲的精力更多地放在军事应用中。虽没有直接走进军营，但却有机会用自己的智慧为我军装备提升做出贡献，这也算是圆了刘河洲最初的军旅之梦。近年来，他更是紧密结合我军“撒手锏”装备对特殊功能复合材料的需求，开展了一系列减振降噪吸波等功能型复合材料制备科学研究，探索在极端服役环境条件下功能复合材料的性能变化规律，为新材料的设计研制提供基础依据，并着力该领域的科研团队建设与人才培养，为支撑相关国防关键材料在新技术装备的应用殚精竭虑、砥砺前行。

这些研究中，包括耐特殊服役环境的功能复合材料，涉及大型空中运载装备与空间结构特种功能复合材料、超高速飞行器热密封材料、水下装备减振降噪复合材料等。在科研实践中，他始终没有忘记少年时代的梦想与情怀，始终瞄准关系国家安全和战略利益的重大装备对特殊功能复合材料的需求，把为重大工程型号提供关键材料和技术支撑作为自己的使命和追求。

正因为他专注于功能复合材料的基础与应用研究，并在国防领域关键材料研制与应用方面做出独特贡献，被评为国防科技领域的“教育部长江学者奖励计划”特聘教授。回忆起“长江学者”的遴选，刘河洲谈道：“我以前也没想过要去评长江学者，后来一个偶然的机会，别人说，你做这么多的国防领域的工作，去参评吧。我就想去试一下，结果还评上了。”后来他才知道，国防领域的长江学者评选竞争异常激烈，每年全国只遴选出五六个人。对此，他看得很淡，“评上并不是说明你真的比人家厉害，只能说这是对自己工作的一个总结，说明自己在这个领域里做了一些有意义的事情。”

参加学术会议时留影

材料的不断发展与进步一直是人类社会前进的重要基础之一。从人类的发展史看，当社会发展向材料提出更新更高的要求时，可以促进新材料的发展；而一种重要的新材料的发现与应用，能使人类支配自然的能力向前跨一大步。正是因为这种原因，人类的历史曾以使用的主要材料来加以划分，如石器时代、青铜器时代、铁器(钢铁)时代等。一个国家的材料的品种、数量和质量，已成为衡量该国科学技术、国民经济水平和国防力量的重要标志。

在与复合材料长达20年耳鬓厮磨般的熏陶下，刘河洲期待尽量对记者将书本上的概念阐述得浅显易懂：“复合材料就是把不同相的材料组合在一起，通过界面结合使不同材料产生复合集成效应，从而让其性能达到最优。”他举例说，“像塑料、橡胶这类的高分子材料，优点是韧性好、成型方便，缺点是强度不够。为了增加这类材料的强度，一个有效的做法就是加入纤维，特别是当加入足够多的超高强度的连续碳纤维时，就成了比钢材还强的复合材料，可以用来做成大飞机的翅膀。可以想象一下，材料复合产生了多么大的效应，复合材料在不同场合可以发挥很大的作用，这也就是复合材料的神奇之处。”

在他看来，新型复合材料的神奇之处不仅仅是更高的力学性能，还可能带来更多的功能特性来满足新时代的需求。他举了一个能量转换功能复合材料的例子，“比如压电材料大家都用过，一次性打火机就有采用压电材料的，小朋友的发光鞋里面也装了压电材料。如果把压电材料加到高分子材料里做成复合材料，在外来压力的作用时，压电陶瓷会产生电，机械能变成了电能，电能通过电阻又会变成热能散掉，这就实现了机械能到热能的能量转换和耗散的功能。”他继续说道，“通过特殊的设计和加工，这种功能复合材料可以用于垂直起降航空发动机风扇的减振，还可能用于潜艇的声隐身。”他提到的这种能量耗散型功能复合材料，可以将外来的能量尽量吸收、耗散掉，让外来探测波能量“湮没于无形”。水下航行器、潜艇主要是靠声呐来探测，声音探测到物体，返回去成像后就能知道物体的位置和尺寸。如果利用材料结构将声波吸收一部分，返回信号就会减弱，使得探测距离必须缩短，从而减少了被远程探测到的几率；同时，安装在潜艇上的发动机等设备噪声会通过船体在水里传播，会被对手声呐探测到。减振降噪功能材料能吸收振动与噪声，使对手探测难度大大增加，从而同样可以达到隐身的效果。他解释说：“这是一个陶瓷功能材料与高分子材料复合的一个有趣且有重大潜在应用的例子。做这些有趣又有用的研究，初想起来往往心花怒放，过程常常困难重重，有些还是让人非常头疼的难关。但是想到这种研究的价值，总是能够让人增强力量，增加迎难而上的信念。”

谈到复合材料的应用，一定离不开航空领域，因为材料技术是航空武器装备发展的基础。“一代材料，一代飞机”，复合材料的比强度、比模量（同样重量材料的强度和刚度）优势，为军机的更新换代提供了重要支撑。他提到，现在航空领域对“复合材料”的定义和评价是最积极的，复合材料在航空领域的影响也是最突出的。在商业民用飞机领域，国外飞机制造商正在开展一场复合材料应用竞争。“因为复合材料的密度约是铝的1/2，减重就意味着更低的油耗。而油耗控制是商业航空一个永恒的主题。如果撇开其他商业竞争，波音和空客在复合材料用量上的竞争一定是最激烈的。空客A380使用22%比例的复合材料来取代铝，波音787梦想飞机复合材料的比例马上提高到结构总重的50%，而空客A350飞机复合材料用量则创新高达到52%。据说波音新飞机目前在冲击60%以上复合材料用量。” 从这个意义上看，复合材料在产业界、学术界的影响力可见一斑。他预言，将来的新能源和智能化汽车，也将朝更多使用轻量化复合材料的方向发展。

科学兴起和研究的目的，都是为了解决问题；面对实际问题的科学，发展得尤其迅速。他特别提到用于军工的新材料，由于牵涉到很多涉密技术，刘河洲发表在各类杂志上的文章并不是很多。他说：“照我这个年龄来说，文章数量不算多，但我关注的并不是文章的数量,而是希望能多做一点有实际价值的研究。”这是他对自己的要求，也是在团队建设和人才培养方面的追求。对人才的培养考核上，他不赞成只看论文的科研考评体系。他提到，他所在的上海交通大学提出，科研工作者要“顶天立地”，“顶天”是指基础研究要做到学科的国际前沿上，争取进入国际研究领域的尖端；“立地”是研究要面向国家需求、产业需求、百姓需求。他主张两方面都要抓，尤其是“立地”的工作一定得做好，因为立地是保障。他希望未来创新人才，不仅有能力在国际刊物上发表高影响因子的论文，更重要的是把基础工作做扎实，深入实际问题，解决实际需求，不要为了研究而研究。对于自己培养的研究生，他提出无论是在“顶天”还是“立地”方面，都要积跬步以至千里，“一定要超过老师，也一定会超过前辈”。

21世纪是以新材料为重要基础的知识经济时代，对于我国来说，既是一场挑战，又是一次机遇，谁掌握了最先进的材料，谁就能在高技术及其产业的发展上占有主动权。他提到，目前国家间激烈的贸易竞争与摩擦其实是以科技竞争力为主要后盾，无论是在信息产业和航空产业国际挤压中，还是在智能制造领域的国家博弈里，先进而可靠的材料技术都是不可或缺的竞争力。“无论在传统航空发动机材料，或是在新能源材料，特别是先进制造和人工智能新材料领域，我们国家还有很多的难关需要突破，而材料的发展又是一项很耗费人力、物力和时间的事情，因此还需要一代材料人的努力。”

送别毕业生

刘河洲，上海交通大学特聘教授、博士生导师，教育部长江学者特聘教授（国防科技领域）。研究领域主要包括应用于国家重要领域的特种高分子材料及其结构与功能一体化复合材料，应用于能源及环境领域纳米催化与光电材料以及生物可降解复合材料。

曾主持国家大飞机材料专项、总装专项工程基础理论研究、国家自然科学基金、国家原“863”高技术计划、某领域材料配套研制及上海市基础研究重大项目等多项课题，取得了国内外同行关注的研究成果。在国际知名期刊上发表SCI收录论文100余篇，他引超过1000次，申请和获授权国家发明专利30项。