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  8 月 10-12 日，世界科技創(chuàng)新論壇在北京會(huì)議中心舉辦，包括 Dan Shechtman、Kip Thorne、Thomas J.Sargent、Michael Levitt、朱棣文在內(nèi)的 20 余位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，以及曹春曉、美國(guó)國(guó)家工程院院士陳剛等諸多中外頂級(jí)學(xué)者專家應(yīng)邀出席，共同打造史無(wú)前例的中國(guó)最高級(jí)別智慧盛宴，探討全球科技創(chuàng)新成果、描繪未來(lái)中國(guó)科技創(chuàng)新藍(lán)圖。

  “在今天的技術(shù)中，最大的一個(gè)限制就是材料技術(shù)方面的的缺乏，我們祈禱著在材料學(xué)中也能起到所謂的革命，而不是漸進(jìn)式的緩慢發(fā)展。我們需要新的材料才能滿足在航空、汽車、生物可降解方面的材料，在這些方面還沒(méi)有我們有的最優(yōu)的材料，所以我們現(xiàn)在仍然在等待這些新材料的出現(xiàn)，而這是一個(gè)不斷演進(jìn)的過(guò)程。同時(shí)有一些材料是等待著新的應(yīng)用。”  2011年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者、以色列工學(xué)院教授Dan Shechtman在此次世界科技創(chuàng)新論壇上如此表示。

  以下是Dan Shechtman教授演講全文：

  Dan Shechtman：今天我要講一講材料科學(xué)和工程學(xué)方面的挑戰(zhàn)。如果你想要知道我們現(xiàn)在在材料科學(xué)和工程學(xué)方面需要什么，大家科技到英特網(wǎng)上去看一看，一些大的機(jī)構(gòu)，他們想要去找什么。比如說(shuō)我們可以去美國(guó)國(guó)防部的網(wǎng)站，問(wèn)一下他們現(xiàn)在需要什么，他們會(huì)告訴你什么呢？他們想開發(fā)一個(gè)結(jié)構(gòu)性的多功能的材料，想要開發(fā)能源材料和發(fā)電材料，還希望能有電子材料和光子材料，功能的有機(jī)的材料，來(lái)自于生物以及生物啟發(fā)的這些材料。那么這些是他們希望在未來(lái)幾年能開發(fā)出來(lái)的材料。從今天我的發(fā)言中，我會(huì)告訴大家，我們?cè)诓牧峡茖W(xué)方面取得了什么樣的進(jìn)展。

  首先我們看看現(xiàn)在要花多少時(shí)間傳遞信息呢？以及花多少時(shí)間傳輸人和商品，我剛剛從以色列來(lái)，從香港轉(zhuǎn)機(jī)，花很久的時(shí)間才到了北京。但如果給我一條微信信息發(fā)到我的手機(jī)上，可能只有一秒的時(shí)間。為什么這樣呢？60年前和今天，1950年代的時(shí)候，超過(guò)60年前的現(xiàn)在，我們要傳輸物品、商品，從北京到巴黎，可能需要一天的時(shí)間通過(guò)飛機(jī)，而現(xiàn)在還是一天，沒(méi)有發(fā)生什么變化。但如果你的信息想要傳遞，比如你寄給巴黎的一封信最起碼一周的時(shí)間吧當(dāng)時(shí)，而現(xiàn)在只有一秒鐘的時(shí)間，為什么？為什么我們現(xiàn)在可以這么快的傳輸信息，而商品的傳遞方面幾乎一百年沒(méi)有什么速度上的變化，這就和物料科學(xué)有關(guān)，以及眼界和革命，或者說(shuō)變革有關(guān)。我們說(shuō)結(jié)構(gòu)性的金屬，它是一個(gè)演進(jìn)，而硅的技術(shù)是一個(gè)變革和改革，這個(gè)是帶來(lái)很大的改變。

  我講講材料方面的應(yīng)用，我們需要新的材料才能滿足在航空、汽車、生物可降解方面的材料，在這些方面還沒(méi)有我們有的最優(yōu)的材料，所以我們現(xiàn)在仍然在等待這些新材料的出現(xiàn)，而這是一個(gè)不斷演進(jìn)的過(guò)程。

  同時(shí)有一些材料是等待著新的應(yīng)用，比如CVD鉆石，鉆石是一個(gè)非常好的材料，是最好的熱傳導(dǎo)器，比銅是4倍，也是世界上最硬的材料，而且是透明的。它對(duì)很多的光譜都是透明的，與此同時(shí)它是非常好的一種材料。幾年之前我們只有天然的鉆石，如果我們有大量的鉆石的話，那么這是一個(gè)非常了不起的世界。真的嗎？現(xiàn)在我們有了技術(shù)可以生產(chǎn)任何規(guī)模任何大小的鉆石，通過(guò)CVD生產(chǎn)鉆石。但你對(duì)此能真正利用，應(yīng)用是非常少的。

  還有準(zhǔn)周期性材料，這是我的研究，它仍然是有很多很有意思的特點(diǎn)，在尋找這些新的應(yīng)用。當(dāng)然現(xiàn)在鉆石和這些材料都有應(yīng)用，但還不多。我們現(xiàn)在來(lái)看看這一方面的應(yīng)用，比如民航，這是1950年代時(shí)候的一個(gè)飛機(jī)，差不多是70年前的一個(gè)飛機(jī)了，當(dāng)時(shí)是世界上最好的機(jī)型，可以跨越大西洋的飛機(jī)，而現(xiàn)在我們有787的波音飛機(jī)，它做的事情和七十年前一樣但速度會(huì)更快，但沒(méi)有更快。當(dāng)然波音可以做很多其它的功能，但和當(dāng)時(shí)的機(jī)型沒(méi)有太多速度的變化。

  其實(shí)60年以來(lái)，我們可以看到飛機(jī)的引擎在得到改善，那么一方面更加安全，比如每一百萬(wàn)飛行的事故率改善了90%，所以現(xiàn)在是非常非常安全的，比開車還要安全。另外相對(duì)于重量的推動(dòng)力改善了350%，現(xiàn)在的引擎是非常好的。另外燃油效率也得到45%的改善，引擎的噪音降了35db，現(xiàn)在變的更好了，可以看到飛機(jī)也變的更好了。飛機(jī)現(xiàn)在可以飛的很遠(yuǎn)很廣，可以飛人飛商品，比如你在中國(guó)從任何一個(gè)城市可以飛到任何一個(gè)城市，每個(gè)人都可以飛，而且價(jià)格是比較合理的，每個(gè)人都可以做到這一點(diǎn)，所以飛機(jī)的通行現(xiàn)在是合理的價(jià)格，很多人都可以飛，很多的飛機(jī)公司都在競(jìng)爭(zhēng)獲得客戶。

  問(wèn)題在哪里？首先我們的飛機(jī)速度還不夠快，特別是和以前相比沒(méi)有快太多，而且門對(duì)門的時(shí)間，其實(shí)和60年前是差不多的，當(dāng)然如果你包括比如說(shuō)安檢時(shí)間的話，這個(gè)時(shí)間就會(huì)更長(zhǎng)。比如你要在起飛前2～3小時(shí)就到機(jī)場(chǎng)，但在以前可能你并不需要前3個(gè)小時(shí)就到達(dá)機(jī)場(chǎng)，所以門對(duì)門的時(shí)間并沒(méi)有太多的改善，要解決這個(gè)問(wèn)題需要更好的高溫材料，可以進(jìn)入到飛機(jī)的引擎當(dāng)中非常熱的部分，這樣的話飛機(jī)可以飛得更快。

  這種材料演進(jìn)的機(jī)會(huì)是不錯(cuò)的，也許我們可以最終通過(guò)演進(jìn)到達(dá)那邊，但是這個(gè)革命的可能性是非常少的，我們預(yù)計(jì)在這樣一個(gè)材料科學(xué)方面不會(huì)出現(xiàn)革命性的變革。我們看一下對(duì)于新材料的開發(fā)、運(yùn)用與現(xiàn)有的應(yīng)用是非常長(zhǎng)的，而且需要花很多的精力，找到正確的合金應(yīng)用是第一步。找到這個(gè)材料只是剛剛開始而已，整個(gè)流程可能會(huì)花很長(zhǎng)時(shí)間，而處理一個(gè)新的合金是下一步，而且這需要很多的努力，包括智商上和財(cái)力上，這樣的流程可能會(huì)花很多年的時(shí)間。

  比如說(shuō)，鈦化鋁是鈦和鋁的化合物，三鋁化鈦和鋁化鈦，這可能是有用的材料，我也做了很多年前的博士研究，是七十年代的時(shí)候。我當(dāng)時(shí)就研究了這些材料變形的過(guò)程，我們?nèi)チ私膺@些材料，也知道它們的組成。

  我們從50年代的時(shí)候就知道材料的組成了，我們知道鋁化鈦加上其它一些材料，我們就可以組成一個(gè)比較好的材料，我們從50年代的時(shí)候就知道了這一點(diǎn)。但一個(gè)引擎公司拿了一個(gè)新材料來(lái)開發(fā)這種材料，大家想想發(fā)生了什么，要把它放到飛機(jī)的引擎當(dāng)中。過(guò)了幾年之后，整整過(guò)了40年的工藝流程，我們找這個(gè)材料很快就找到了，但是它的處理流程、工藝流程花了40年，而這家公司是一家非常強(qiáng)的公司，非常有能力的公司。那么這樣一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)的過(guò)程，就是我所說(shuō)的汽油車到電車、動(dòng)車。特斯拉已經(jīng)走到前沿，日本、韓國(guó)、德國(guó)也在開發(fā)這些車，但到現(xiàn)在為止我們還沒(méi)有一個(gè)完美的電池，為什么是電池呢？這是福特的T型汽車。

  這個(gè)車能做的事情現(xiàn)在的車還做不了呢？因?yàn)楫?dāng)時(shí)路不好，所以福特車在車況非常不好的時(shí)候設(shè)計(jì)的，這個(gè)車底盤非常高，路況很不好的時(shí)候可以開。但現(xiàn)在的車，路況很好，所以我們看特斯拉的車底盤是非常低的，這些車在以前的路上是開不了的，只有T型車才能開。電池這一塊，我就跳過(guò)了，直接講一講生物可降解的假體植入物。

  我們都知道有一些人有心臟的問(wèn)題，他其實(shí)有很好的解決方案，不需要做開胸手術(shù)，才能解決血管栓塞的問(wèn)題，可以放一個(gè)假體進(jìn)去，飛機(jī)短的時(shí)間病人就能醒過(guò)來(lái)，沒(méi)有什么傷害。把這個(gè)假體放進(jìn)去，撐開，血管栓塞就解決了。但血管會(huì)收縮、擴(kuò)張，每一次心動(dòng)的時(shí)候都會(huì)這樣，但支架不會(huì)這樣做，所以它可能會(huì)有一個(gè)慢性的問(wèn)題，如果你有一個(gè)生物可降解的假體就可以解決這個(gè)問(wèn)題。比如血管栓塞解決之后，這個(gè)支架就會(huì)消失，會(huì)降解，不再會(huì)有任何的參與，所以不會(huì)有慢性病留下來(lái)。很多情況下這種假體最好是生物可講解的。

  現(xiàn)在使用最好的材料就是不銹鋼，但這種材料現(xiàn)在卻不是生物可降解的，如果使用生物可降解材料的話，要么是使用鎂鋁，為什么鎂鋁不好用呢？因?yàn)槿芙獾乃俣炔粔�，聚合物不好用是因�(yàn)閺?qiáng)度不夠，所以現(xiàn)在沒(méi)有什么好的解決方案，在支架上仍然尋找更好的材質(zhì)，讓它實(shí)現(xiàn)生物講解性。

  材料方面有什么趨勢(shì)呢？前面我談到鉆石，也談到CVD鉆石，今天因?yàn)闀r(shí)間有限沒(méi)有辦法給大家介紹俄羅斯的科學(xué)家大衛(wèi)的研究成果，他可以說(shuō)在科學(xué)家引起了一場(chǎng)風(fēng)暴，他在50年代發(fā)明了，有一天說(shuō)可以從氣態(tài)狀態(tài)中生成鉆石，其實(shí)說(shuō)的沒(méi)錯(cuò)，現(xiàn)在可以通過(guò)CVD可以來(lái)生產(chǎn)鉆石，任何的量都可以生產(chǎn)出來(lái)。

  下面我們來(lái)談一談準(zhǔn)周期材料，準(zhǔn)周期材料有著特殊的特性，比如在導(dǎo)電性、絕緣絕熱方面，低溫下面，它的導(dǎo)電性會(huì)降低，它有很多我們現(xiàn)在具體的材料中的應(yīng)用，下面我想給大家講一個(gè)我想要給大家聊一聊的話題。

  青銅時(shí)代，大概公元前1200年，人類就發(fā)現(xiàn)了鐵，開始使用鐵。但是鐵和當(dāng)時(shí)的這種青銅相比，強(qiáng)度不夠，所以幾千年以來(lái)即使鐵發(fā)明出來(lái)了，人們也更愿意使用青銅。直到公元前8世紀(jì)發(fā)現(xiàn)在鐵里面加入少量碳，就會(huì)形成鋼，鋼這種材料是非常非常好的。直到今天我們?cè)诮ㄖI(lǐng)域大量使用鋼材，過(guò)去很多汽車也是使用這種鋼材的，現(xiàn)在很多都是使用塑料材質(zhì)了，但在建筑行業(yè)在工廠里面，使用很多的材質(zhì)就是鋼�？梢哉f(shuō)鋼是現(xiàn)在使用的非常重要的一種金屬，還有是合金。一開始鋁發(fā)明出來(lái)的成本比制作黃金還要高，但后來(lái)找到一種辦法可以從礦石中制作合金，成本大降低，所以鋁大幅度應(yīng)用。

  后來(lái)NASA想要發(fā)射一個(gè)航天器向太陽(yáng)進(jìn)軍，因?yàn)樘?yáng)溫度非常非常高，靠太陽(yáng)越近溫度越高，如果今天走到室外的話發(fā)現(xiàn)溫度很熱，如果離太陽(yáng)越近的話這個(gè)溫度會(huì)越來(lái)越高。NASA這個(gè)航天器究竟能離太陽(yáng)多近呢？最高的溫度是1370度，這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)非常高了。但如果這樣的溫度下如何保證航天器受到保護(hù)不受影響呢？這里面需要使用碳這個(gè)合成物，外面有石墨烯的板，這個(gè)是目前使用最好的材料，可以絕熱，可以保持內(nèi)部溫度30度左右，保證航天器內(nèi)部正常運(yùn)作，而外面涂成白色來(lái)反射輻射而不要吸收輻射。

  航天業(yè)的革命是由萊特兄弟發(fā)起的，1903年萊特兄弟試飛第一架飛機(jī)，當(dāng)時(shí)的引擎就是使用鋁，生產(chǎn)鋁的這家公司直到今天仍然非常成功。里面加入80%的銅，但他們當(dāng)時(shí)不知道為什么這么好，當(dāng)然我們現(xiàn)在知道了。當(dāng)時(shí)知道這種鋁銅的合金特別適合做飛機(jī)的引擎，現(xiàn)在很多汽車的引擎也是使用這種合金。

  現(xiàn)在可以使用金屬的3D打印了，我們叫金屬的增材制造，但是增材制造現(xiàn)在所生產(chǎn)的這個(gè)產(chǎn)品還不夠好，速度還不夠快，成本還不夠低。但是我們已經(jīng)看到了這樣一個(gè)趨勢(shì)，我們現(xiàn)在正在經(jīng)歷這種漸漸的變革，我們已經(jīng)看到了這個(gè)隧道盡頭的曙光。

  另外一種加工工藝是叫擠出工藝，通過(guò)這種擠出工藝你可以生產(chǎn)出更加精細(xì)的這種金屬材料，讓它獲得更加優(yōu)異的性能。

  最后，在今天的技術(shù)中，最大的一個(gè)限制就是材料技術(shù)方面的的缺乏，我們祈禱著在材料學(xué)中也能起到所謂的革命，而不是漸進(jìn)式的緩慢發(fā)展。謝謝大家。