核心提示

　　從廈門到福州，兩位青年學(xué)者把冷板凳坐出了溫度。廈門大學(xué)周偉專攻微納精密加工，用成果支撐氫燃料電池重卡上路行駛；福建師范大學(xué)張章靜另辟蹊徑，通過分子弱鍵組裝出雙穩(wěn)態(tài)材料，相關(guān)成果應(yīng)用于航天五院等國家重點單位。一位在微結(jié)構(gòu)精研中賦能高新產(chǎn)業(yè)新發(fā)展，一位在微觀分子領(lǐng)域探索無限可能。兩人的共同之處，是在看似難以突破的方向上耐住漫長探索，也接住了產(chǎn)業(yè)需求。

　　兩位學(xué)者的經(jīng)歷，展現(xiàn)出福建基礎(chǔ)研究與應(yīng)用轉(zhuǎn)化并進(jìn)的良好態(tài)勢。他們同為國家青年科學(xué)基金A類（原國家杰青）獲得者，也從側(cè)面反映出福建基礎(chǔ)研究實力提升、青年人才培育成效明顯。來自省科技廳的數(shù)據(jù)，2025年福建國家自然科學(xué)基金立項數(shù)創(chuàng)歷史新高，省自然科學(xué)基金的資助項目超過八成投向45歲以下人才。這片創(chuàng)新的熱土，正期待更多甘于坐冷板凳的人。

　　冷板凳之所以能坐出溫度，靠的是良好的體制機制、包容的科研環(huán)境，更離不開研究者始終未被磨滅的熱愛與堅守。

周偉：在微結(jié)構(gòu)深處點亮氫能重卡未來

　　“做工程科學(xué)的人，東西真能用上，比發(fā)論文還高興。”周偉說這話時，他團(tuán)隊研制的220千瓦氫燃料電池發(fā)動機已經(jīng)裝上了重卡，整車?yán)m(xù)航超過500公里，百公里氫耗7公斤。氫氣儲運一直是個“老大難”，他們研發(fā)的甲醇重整制氫系統(tǒng)能現(xiàn)場制氫，正好繞過這個坎。

　　周偉教授（左一）和團(tuán)隊人員討論激光加工系統(tǒng)光路搭建

　　周偉是廈門大學(xué)南強特聘教授、國家杰出青年科學(xué)基金（現(xiàn)國家青年科學(xué)基金A類）獲得者，基金項目是“功能微結(jié)構(gòu)精密加工技術(shù)”。他所帶領(lǐng)的“功能微結(jié)構(gòu)精密加工實驗室”，長期深耕精密制造技術(shù)，致力于解決能源、傳感、散熱等方面的實際應(yīng)用難題。“我們要研發(fā)出高效低成本的微結(jié)構(gòu)制造方法，然后應(yīng)用到真實的器件和設(shè)備上。”

　　“氫燃料電池的核心就在微結(jié)構(gòu)的精密加工上——拿隨行波雙極板來說，能讓流體分布更均勻，反應(yīng)更充分，流阻也能降下來。”周偉說，他和團(tuán)隊跟廈門金龍、廈門金旅合作緊密，把自己開發(fā)的多孔載體裝進(jìn)了大功率氫燃料電池重卡的核心系統(tǒng)，通過微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化，甲醇轉(zhuǎn)化效率很高，所以能現(xiàn)場制氫。

　　周偉教授在進(jìn)行激光光路調(diào)試

　　實驗室展臺上，擺著幾塊不起眼的金屬板：一塊250平方厘米的石墨雙極板，表面密布著肉眼幾乎看不見的微細(xì)流道；一塊隨行波雙極板，摸上去有細(xì)微的波浪起伏。周偉拿起一片膜電極密封墊片，薄如蟬翼。“這層墊片直接關(guān)系到燃料電池的密封性和使用壽命。”他說，“我們通過微納加工工藝優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)容易老化和泄漏的問題。”

　　2006年，周偉還在華南理工讀博時，一次實驗中，他發(fā)現(xiàn)車削下來的金屬碎屑表面糙得很，鋒利到能割破皮膚。他琢磨：要是把這些碎屑做成連續(xù)纖維，再壓成多孔材料，比表面積會不會很大？

　　這個念頭讓他走上了“一刀多纖”的路。他發(fā)明了一種切削技術(shù)，能同時加工出多根連續(xù)金屬纖維，再通過模壓和低溫固相燒結(jié)，做出了孔隙率可調(diào)、比表面積超大的金屬纖維多孔載體。用這個載體做的制氫微反應(yīng)器，性能超過了國外實驗室產(chǎn)品。那篇論文成了他課題組的第一篇一區(qū)文章。“寫起來很痛苦，改起來也很痛苦。”他回憶道，“但現(xiàn)在回想起來，還是高興。”

　　從實驗室到量產(chǎn)，這條路他走了十幾年。

　　氫燃料電池重卡載重大、工況惡劣，需要高集成度、高可靠性的系統(tǒng)。周偉團(tuán)隊和廈門金龍、廈門金旅等單位一起，在高功率密度電堆、低氫耗發(fā)動機系統(tǒng)等領(lǐng)域接連突破。他們設(shè)計的隨行波雙極板，厚度減少30%，傳質(zhì)性能卻提高了28%；研制的可調(diào)式波瓣針閥氫氣引射器，工作范圍擴大了50%以上，供氫系統(tǒng)能耗降到1%以內(nèi)；開發(fā)的多級溫度協(xié)同水熱管理系統(tǒng)，把電堆單片電池的溫差控制在±3℃以內(nèi)。相關(guān)核心技術(shù)還獲得美國發(fā)明專利。

　　最終，做出來的220千瓦氫燃料電池發(fā)動機，質(zhì)量功率密度達(dá)到815瓦每公斤，關(guān)鍵指標(biāo)國際領(lǐng)先，搭載該系統(tǒng)的重卡累計銷售收入破8億元，已在福建、廣東、浙江、河北、上海等地投運。

　　2018年前后，團(tuán)隊研發(fā)傳感器時卡住了——需要在材料上加工負(fù)錐角微孔和異形孔，但市面上根本買不到現(xiàn)成設(shè)備。國外激光巨頭要么禁運，要么不賣。“不能受制于人。”周偉說。

　　他們從零開始，在國家重點研發(fā)計劃項目支持下，自己設(shè)計五軸振鏡激光加工模塊。光學(xué)系統(tǒng)怎么布局？誤差怎么補償？振鏡怎么協(xié)同？平臺怎么聯(lián)動？全靠自己摸索?，F(xiàn)在這臺設(shè)備已經(jīng)能加工深徑比高達(dá)10∶1的負(fù)錐和異形微孔。雖然還是樣機，但離產(chǎn)業(yè)化只差“加個外殼、裝上工作臺”。

　　傳感器領(lǐng)域也有意外之喜。2022年，他們在《自然·通訊》上發(fā)表論文，受節(jié)肢動物啟發(fā)，設(shè)計出一種“剛?cè)岵?jì)”的柔性壓電傳感器——在柔性基體中嵌入剛性微結(jié)構(gòu)，使傳感器從厚度形變轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢巫?，靈敏度達(dá)到理論極限值的17倍。

　　這個傳感器貼在機械臂上，能感知抓取力度，還能感覺倒水時的水流沖擊。團(tuán)隊與香港理工大學(xué)合作建立力-電耦合模型，讓傳感器既靈敏又保持寬線性量程。與金龍客車的合作也順理成章——燃料電池電堆裝配缺乏精準(zhǔn)的空間分布壓力檢測，而這款傳感器面積大、厚度薄、柔性好，正好派上用場。

　　周偉的科研之路并非一帆風(fēng)順。2012年，他在省外一所大學(xué)完成師資博士后并留校任教兩年后，作了一個決定：離開。他感到“國內(nèi)做科研與國外還是有差別”，想找一個有機械工程學(xué)科根基的地方。多所高校向他伸出橄欖枝，他選了廈門大學(xué)。“一個人都不認(rèn)識，也沒有找人打招呼。”他回憶道，“但我認(rèn)為廈大比較自由，比較開放。”到廈大后，他把此前在國外大學(xué)積累的能源與生物醫(yī)學(xué)工程交叉背景，融入微納制造領(lǐng)域。“交叉學(xué)科是發(fā)展趨勢，我不懼怕交叉。”

　　目前，周偉的團(tuán)隊有4名教授、5名副教授、2名助理教授、5名博士后、90多名碩博生。他帶過的7名博士畢業(yè)生中，有4人獲福建省優(yōu)秀博士學(xué)位論文。談到帶學(xué)生，他提兩點：一是跟學(xué)生商量著確定方向，二是以身作則。“你跟他一起寫項目、做實驗，得在他前面作出成績，讓他服你。”學(xué)生張金惠為了制備“剛?cè)岵?jì)”的微結(jié)構(gòu)，兩年內(nèi)嘗試了多種材料，歷經(jīng)成百上千次失敗。“科研就是一個不斷試錯的過程，持之以恒最為重要。”

　　周偉坦言，這是廈大機械工程學(xué)科的生存之道。“985大學(xué)在傳統(tǒng)領(lǐng)域已經(jīng)做得很強了，想走老路趕超不太現(xiàn)實。發(fā)揮交叉學(xué)科的優(yōu)勢，相信能走出一條不同的道路。”

張章靜：在分子弱鍵里錨定雙穩(wěn)態(tài)未來

　　福建師范大學(xué)可持續(xù)能源與分子工程研究院的一間實驗室里，張章靜教授和幾名研究生正圍在顯微鏡前，盯著玻璃瓶里那些亮晶晶的小東西。它們看著不起眼，其實是團(tuán)隊精心設(shè)計的晶態(tài)有機多孔材料。這種“剛?cè)岵?jì)”的新型材料，有望攻克傳統(tǒng)低碳烴分離“高能耗、低效率”的世界性難題，為全球化工產(chǎn)業(yè)帶來一場綠色革命。

　　張章靜教授在觀察和分析晶體材料生長狀況。

　　2012年初，張章靜結(jié)束國外博士后研究，回到母校福建師范大學(xué)。當(dāng)時框架材料正熱，同行都在搶占強化學(xué)鍵組裝的賽道，她卻選擇了另一條路。“強的相互作用力已經(jīng)被研究得很透徹了，我們能不能做一點不一樣的事情？”這個想法來自她的國外導(dǎo)師陳邦林——氫鍵框架材料的開拓者。團(tuán)隊最初沿用傳統(tǒng)的設(shè)計思路，試圖通過增強節(jié)點強度和連接體共軛強度來提升穩(wěn)定性，結(jié)果材料變得越來越“僵硬”，徹底失去了弱鍵應(yīng)有的可逆響應(yīng)特性，與傳統(tǒng)材料相比并無優(yōu)勢。

　　這是一條艱難的賽道，核心難題在于“穩(wěn)定性與可逆性”的矛盾。一方面要解決鍵太弱，材料“太脆”的固有特性；另一方面又要解決鍵太強，材料就“懶得動”的新問題。怎么平衡？沒人知道。

　　實驗室的燈常常亮到深夜。最難的時刻是2020年春節(jié)——新冠疫情暴發(fā)后實驗室被迫關(guān)閉，而一輪送審的稿件急需補充修改，一旦中斷就意味著前功盡棄。張章靜挨個給學(xué)生打電話，正月初三就把幾名學(xué)生從老家接回了學(xué)校。大家戴著口罩、保持距離、日夜輪班，硬是把數(shù)據(jù)搶了出來。“科研實驗沒有失敗，每一次努力都是向真理更靠近一步，不要怕坐冷板凳。”張章靜常常這樣對學(xué)生說。

　　經(jīng)過上千次合成、上萬組數(shù)據(jù)的積累，團(tuán)隊終于將材料的組裝能量下探至15kJ/mol，并在這個區(qū)域發(fā)現(xiàn)了一個雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象：材料在壓力、溫度、光、電等外界刺激下，可以在兩種晶相之間可逆切換，每次循環(huán)的能耗比傳統(tǒng)材料降低近40%。

　　更重要的是，篩分精度做到了亞埃級——即使乙烯和乙烷這樣動力學(xué)直徑僅相差約0.2Å的分子對，也能精準(zhǔn)識別。整個過程無需傳統(tǒng)高能耗的低溫蒸餾技術(shù)，全靠材料的高性能乙烯吸附特性，能耗大幅降低。最終，這項成果被頂尖期刊《自然·化學(xué)》收錄，并以封面文章形式發(fā)表。

　　張章靜教授（中）正在使用電子探針平臺，與學(xué)生討論實驗結(jié)果。

　　憑借這種“剛?cè)岵?jì)”的材料特點，張章靜開創(chuàng)了“雙穩(wěn)態(tài)框架材料”這一新研究領(lǐng)域，并因此獲得2024年度國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金A類（原國家杰青）項目資助，成為福建師大化學(xué)科學(xué)領(lǐng)域首位獲此殊榮的學(xué)者。

　　基礎(chǔ)研究的突破只是第一步，真正的考驗在于如何讓材料走出實驗室，創(chuàng)造實際價值。在攻克技術(shù)難關(guān)后，張章靜帶領(lǐng)團(tuán)隊走出實驗室，推動技術(shù)成果落地轉(zhuǎn)化，牽頭成立福建師范大學(xué)電子特氣科技特派專家工作站，與永晶科技、福豆新材料等企業(yè)深度合作，助力破解關(guān)鍵技術(shù)難題。

　　然而，技術(shù)轉(zhuǎn)化的“最后一公里”遠(yuǎn)比想象中艱難。實驗室里幾克材料就能完成的實驗，在企業(yè)生產(chǎn)線上要處理成公斤級的氣體原料，溫度場不均、壓力波動，都可能影響產(chǎn)品純度。更難的是觀念對接，科研團(tuán)隊追求“極致性能”，企業(yè)更關(guān)注“成本、效率、穩(wěn)定性”。

　　“原先我們生產(chǎn)的乙烯，純度難以達(dá)到高端應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，市場拓展受限。”福豆公司總經(jīng)理馬建修回憶。團(tuán)隊進(jìn)駐后，扎根企業(yè)生產(chǎn)線，一邊優(yōu)化工藝，一邊平衡性能與成本，最終幫助福豆新材料將乙烯產(chǎn)品純度提升至5N5（99.9995%）級別，市場占有率從不足15%升至40%。

　　鏈條還在延伸。張章靜還牽頭建設(shè)“福建省低碳新材料與高純電子化學(xué)品中試服務(wù)平臺”，高質(zhì)量對接邵武、清流、晉江等縣域重點產(chǎn)業(yè)，服務(wù)福豆芯源、永晶科技、東瑩化工、中欣高寶等龍頭企業(yè)。

　　團(tuán)隊的研究成果也在更廣泛的領(lǐng)域開花結(jié)果：其開發(fā)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料為高安全性防偽提供了新方案，在電學(xué)雙穩(wěn)態(tài)研究中為新型存儲提出了新的工作機制，框架材料也為“雙碳”戰(zhàn)略下的碳捕獲領(lǐng)域注入了新動能。團(tuán)隊研究成果還應(yīng)用于航天五院、中國兵器、中國航空等國家重點單位。

　　“科研不是發(fā)論文就結(jié)束了，而是要解決真問題，落地創(chuàng)造價值。”這是她常掛在嘴邊的話。

　　團(tuán)隊的成長，離不開強大的人才梯隊。作為首席科學(xué)家，陳邦林院士坐鎮(zhèn)指導(dǎo)，多位國家級青年人才、福建省優(yōu)青協(xié)同發(fā)力，形成了老中青結(jié)合的科研力量。團(tuán)隊也培養(yǎng)出一批優(yōu)秀的青年科研者，包括國家海外優(yōu)秀青年人才等。福建師大提供的500多平方米實驗室、先進(jìn)的實驗設(shè)備，以及對科研人才的全力支持，讓他們得以潛心攻關(guān)，無后顧之憂。

　　“科學(xué)不問性別，只問熱愛與堅持。”采訪中，張章靜提到了兩個人：一位是2014年諾貝爾物理學(xué)獎得主中村修二，憑著熱愛發(fā)明了藍(lán)色LED；另一位是“機車網(wǎng)紅”張雪，從一位修理工起步，最終實現(xiàn)了發(fā)動機的自主研發(fā)。

　　“不管做什么行業(yè)，抵不過熱愛，熱愛才能堅持。”她說，“我跟學(xué)生說，不在乎你是好大學(xué)畢業(yè)還是基礎(chǔ)一般，只要你愿意學(xué)，都能得到比較好的結(jié)果。”（記者 李珂 實習(xí)生 沈昕鈺 文/圖）

記者手記

科研的定力來自哪里？

　　在采訪兩位國家杰青的過程中，有一個問題始終繞不開：青年科學(xué)家，要怎樣才能守得住科研路上的冷板凳？

　　周偉從2006年讀博時的一次偶然發(fā)現(xiàn)，到2023年獲國家杰青，17年磨一劍。張章靜在分子弱鍵的冷僻跑道上探索了13年。他們都不是擠在熱門賽道里跟風(fēng)突圍，而是在自己認(rèn)準(zhǔn)的方向上，扛住了漫長而未知的等待。

　　這份定力從何而來？看似是個人的堅持，深究下去，離不開外部環(huán)境的“保溫”。周偉說，當(dāng)初選擇廈大，就是看中這里自由、開放的氛圍；張章靜回到福建師大，一待就是13年，靠的是學(xué)校對基礎(chǔ)研究的長期包容——哪怕研究方向偏僻、出成果周期漫長，也始終給她穩(wěn)定的平臺支撐。這也讓我們明白，想讓年輕人安心做研究，不能只靠幾句鼓勵，更要有包容“慢產(chǎn)出”的評價體系和持續(xù)穩(wěn)定的資源支持。

　　更值得關(guān)注的，是人才帶來的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”。張章靜回國10年后，她當(dāng)年在國外的博士后導(dǎo)師陳邦林院士也來到福建師大。團(tuán)隊還培養(yǎng)出了本土成長的“海外優(yōu)青”人才。這種“以才引才、以才育才”的模式，遠(yuǎn)比單純高薪挖人更有可持續(xù)性，即便再冷門的方向，也能慢慢形成生機盎然的創(chuàng)新生態(tài)。

　　但張章靜也道出了現(xiàn)實的無奈：現(xiàn)在不少學(xué)生沒有太高的學(xué)術(shù)追求，只想順利畢業(yè)。她感慨，很多孩子從中學(xué)就開始拼命內(nèi)卷，卷到最后，對研究的熱情都消磨沒了。這也讓我們清醒地認(rèn)識到，優(yōu)化科研生態(tài)，不能只停留在為科學(xué)家減負(fù)，還要往前追溯，從更早期去守護(hù)年輕人對探索未知的好奇與熱愛。

　　讓青年科學(xué)家坐得住冷板凳，情懷只是基礎(chǔ)。穩(wěn)定的經(jīng)費支持、靈活的評價機制、允許失敗的寬松氛圍、產(chǎn)學(xué)研貫通的轉(zhuǎn)化通道，再加上那份最本真的熱愛，合在一起，才是冷板凳真正的溫度。當(dāng)越來越多人愿意沉下心把冷板凳坐熱，屬于我們的創(chuàng)新故事，才真正拉開序幕。