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原創(chuàng)： 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(shè)計的研發(fā)項目以及經(jīng)費(fèi)的增加使廣大研究人員大為受益。
當(dāng)張達(dá)威辦完赴美學(xué)生簽證續(xù)簽時，已經(jīng)來不及了。當(dāng)時，這位29歲的材料科學(xué)家已經(jīng)攜妻兒回到了中國，成了北京科技大學(xué)的一名博士后——北京科技大學(xué)的新材料技術(shù)研究院在全國名列前茅。續(xù)簽延誤促使張達(dá)威接受了一份國內(nèi)職位，而沒有繼續(xù)留在美國從事自修復(fù)材料研究。
回頭看，張達(dá)威才意識到當(dāng)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(fā)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(jī)。
來源：Wang Xiao/Chengdu Economic Daily/VCG/Getty
過去十年來，此類大型科學(xué)項目在中國越來越多，為相關(guān)國家計劃提供了關(guān)鍵支撐。中國政府計劃讓中國成為高科技經(jīng)濟(jì)體，能夠并跑甚至領(lǐng)跑全球領(lǐng)先的科學(xué)大國。
材料基因工程于2016年正式啟動，旨在對標(biāo)美國的“材料基因組計劃”（Materials Genome Initiative，MGI）——美國聯(lián)邦政府對該計劃投資2.5億美元，希望能將先進(jìn)材料科學(xué)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。取名的用意在于呼應(yīng)生物學(xué)領(lǐng)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(shù)據(jù)庫內(nèi)儲存的材料行為相關(guān)信息，推進(jìn)新材料的開發(fā)。
但是，研究人員仍處于摸索階段。張達(dá)威的團(tuán)隊連理解數(shù)據(jù)科學(xué)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(zhǔn)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(fā)現(xiàn)這將是個長期問題。”
張達(dá)威表示，實驗室的學(xué)生經(jīng)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(dá)威說，材料基因工程的最終目標(biāo)是開發(fā)出一個中心化智能數(shù)據(jù)挖掘軟件平臺，可以讓汽車制造、煉鋼和造船一類的企業(yè)獲得有關(guān)材料行為的即時反饋。
在北京新材料技術(shù)研究院的實驗室里，張達(dá)威的團(tuán)隊是一支交叉學(xué)科隊伍，有些成員主要關(guān)注材料基因工程（見“硬數(shù)據(jù)”），其他成員則負(fù)責(zé)基礎(chǔ)研究。數(shù)據(jù)科學(xué)家會幫他處理數(shù)據(jù)庫里的信息，協(xié)助創(chuàng)建新的材料模型；而生物學(xué)家則會關(guān)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(shù)據(jù)
二十世紀(jì)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(guī)模材料數(shù)據(jù)庫，但數(shù)據(jù)庫的使用和更新非常緩慢。
2000年：中國18個研究所聯(lián)合建立了兩個國家級材料數(shù)據(jù)庫，首次提出以標(biāo)準(zhǔn)化格式進(jìn)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(shù)據(jù)庫和大數(shù)據(jù)技術(shù)開發(fā)，以對標(biāo)美國前總統(tǒng)奧巴馬在2011年啟動的材料基因組計劃。
中國科學(xué)家認(rèn)為，要做出杰出的科研成果，需要有多元化、跨學(xué)科的研究團(tuán)隊，而這正是一般實驗室所缺少的。張達(dá)威說：“中美兩國各自的材料基因組計劃擁有共同的目標(biāo)，那就是以更快的速度和更少的費(fèi)用產(chǎn)出更好的材料。與國外科學(xué)家合作非常重要，因為材料基因組是個全新的領(lǐng)域。我們需要一起找到最優(yōu)路徑。”
經(jīng)費(fèi)充裕
自2008年以來，中國的材料科學(xué)經(jīng)費(fèi)投入已經(jīng)增加了三倍，材料科學(xué)也是國家自然科學(xué)基金的第二大資助學(xué)科，僅次于醫(yī)學(xué)（見“中國增撥材料經(jīng)費(fèi)”），這讓中國材料科學(xué)的研究規(guī)模水漲船高。Web of Science的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，材料科學(xué)論文數(shù)量在2006年到2017年期間增加了兩倍有余，達(dá)到4萬篇左右（見“巨大進(jìn)步”）。2015年，中國研究者發(fā)表的所有論文中，約九分之一為材料學(xué)論文。
來源：國家自然科學(xué)基金
2006年至今，在一項國家計劃的指導(dǎo)下，中國的科學(xué)研發(fā)經(jīng)費(fèi)主要用于在2020年前提高中國的創(chuàng)新水平。這項計劃包括一系列宏偉的研發(fā)項目，比如探月工程以及首架自主設(shè)計的客機(jī)。制定這些目標(biāo)是為了推動實現(xiàn)技術(shù)突破，增強(qiáng)國家的經(jīng)濟(jì)前景，而材料科學(xué)對于實現(xiàn)這些目標(biāo)具有非常重要的作用。
2018年，國家自然科學(xué)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(shù)和先進(jìn)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(jīng)費(fèi)超16億元，其中包括納米技術(shù)。
如今，中國在23個具有鮮明技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域發(fā)表的高質(zhì)量研究論文超過了世界上任何其他國家，這些領(lǐng)域包括電池、半導(dǎo)體、新材料和生物技術(shù)。11月，由清華大學(xué)博士畢業(yè)生于2014年創(chuàng)建的清陶發(fā)展宣布，公司已研發(fā)出全國首個固態(tài)電池生產(chǎn)線。
來源：Web of Science
隨著中國的影響力日益提升，從中國科學(xué)家可以獲得的資源來看，他們是否取得了應(yīng)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(xiàn)在是自然科研的高級產(chǎn)品編輯，他認(rèn)為中國在某些材料科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)走在了前列，如納米材料、凝聚態(tài)物理和結(jié)構(gòu)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(xué)納米材料科學(xué)家朱嘉說：“我們需要去推動原創(chuàng)的想法。美國科學(xué)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(yīng)該做什么’。但在中國，我們?nèi)栽谝运藶閰⒄铡?/span>”
冒險一試？
2014年，地球物理學(xué)家毛河光開始在美國卡耐基研究所和上海兩地之間輾轉(zhuǎn)。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(fā)問題之一。“他們問我：‘如何才能提高基礎(chǔ)研究的質(zhì)量，而不僅僅是數(shù)量？’ 。”
毛河光主要研究材料如何應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)生突破，但他能保證從世界各地招來和他一樣有產(chǎn)出潛力的科學(xué)家——毛河光的產(chǎn)量是不證自明的：在他的職業(yè)生涯中，他在《自然》和《科學(xué)》上相繼發(fā)表了65篇論文。
中國科學(xué)院是中國最大的科學(xué)機(jī)構(gòu)和政策制定顧問機(jī)構(gòu)。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(xué)家。”毛河光1996年當(dāng)選為中國科學(xué)院外籍院士。政府官員給了他要的錢，2013年，高壓科學(xué)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(jīng)費(fèi)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(xué)家。“中國的體制在支持基礎(chǔ)研究方面不夠高效。我有幸能讓科學(xué)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(jiān)管和評審評估。政府當(dāng)然關(guān)注我們的進(jìn)展，但是以一種非常低調(diào)的方式。”
毛河光申請經(jīng)費(fèi)的全新方法，成功移除了創(chuàng)新性材料研究面前的一個主要結(jié)構(gòu)性障礙。從事儲能方法研究的中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所化學(xué)家溫珍海表示，在中國，科研人員獲得的經(jīng)費(fèi)數(shù)量主要取決于他們在高質(zhì)量期刊上的發(fā)文數(shù)量。“初級研究人員必須要扛住激烈的經(jīng)費(fèi)競爭，這讓我們不得不蹭一些熱門的研究領(lǐng)域，即使那意味著我們的研究可能并無創(chuàng)新性，可能與他人的研究會重復(fù)。”
毛河光堅信，沒有束縛的科學(xué)家才能做出好成績。能有機(jī)會放手去做在一定程度上促使物理學(xué)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(tǒng)響應(yīng)。2010年，Philip Dalladay-Simpson從倫敦瑪麗女王大學(xué)畢業(yè)，隨后開始研究氫對極端環(huán)境的響應(yīng)，并在2016年從英國愛丁堡大學(xué)博士畢業(yè)，正逢高壓科學(xué)研究中心也開始招賢納士。
Dalladay-Simpson說：“能有機(jī)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(lǐng)域，這讓我最初有點不知所措，因為我對自己的事業(yè)發(fā)展從沒有過這種期待。”
毛河光團(tuán)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(dá)12億元。在這里，高壓科學(xué)研究中心的科學(xué)家使用X射線詳細(xì)了解材料在壓力條件下的行為。毛河光說：“我們團(tuán)隊至少每個月都要用到該設(shè)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(diào)試設(shè)備；科學(xué)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(qiáng)國。對于工程師陳光來說，他每天都能感受到這一宏偉目標(biāo)所帶來的壓力。
中國希望建造自己的大飛機(jī)。目前，國產(chǎn)商用飛機(jī)使用的全是進(jìn)口發(fā)動機(jī)。因此，當(dāng)南京理工大學(xué)的陳光在2016發(fā)表了一篇關(guān)于可用于制造飛機(jī)發(fā)動機(jī)的新合金論文(G. Chen et al.Nature Mater. 15, 876–881; 2016)后，頃刻之間，無數(shù)研究經(jīng)費(fèi)朝他涌來。
2017年，陳光獲得了一筆總額300萬元的主要研究經(jīng)費(fèi)，是一般國家自然科學(xué)基金經(jīng)費(fèi)的5倍。此外，他還獲得了兩筆60萬元的經(jīng)費(fèi)。雖然能得到需要的支持讓陳光很欣慰，但他清楚，如果經(jīng)費(fèi)用完時還看不到成果，就會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。他說：“這會影響到我本人的科學(xué)聲望和今后的項目申請。”
陳光在這一領(lǐng)域深耕20年有余，但他預(yù)計商業(yè)化還需要再等10年。來自南方科技大學(xué)的化學(xué)家蔣興宇表示，這種速度并沒有趕上政府或整個行業(yè)對研發(fā)人員的期待。
“如果你在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域有很高的產(chǎn)出，大家會期待你能產(chǎn)出同樣高水準(zhǔn)的產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)行必要的研發(fā)投資，將產(chǎn)品推向市場的大型企業(yè)并不多。”
未完（字?jǐn)?shù)限制），請接著看《材料科學(xué)大熱門，中國科學(xué)家蓄勢待發(fā)|聚焦材料中國02》
