创造性思维杂感

     日前，王芳老师邀我参加如何提升学生创造性思维能力之讨论。因畏于命题太大，迟迟未敢提笔。然盛情难却，只好变换角度，结合自身经历、杂感一番。

    冥思苦想良久，愧感自身创造性思维乏善可陈，实无从论述如何提升学生的创造性思维能力。不过，若言创造性思维贵在求异，则自己近乎异端之研究经历倒也有一二。现例举于此，也许能从一个侧面给有关讨论增添些许资讯，带来某些启示。

    两年前，本人在《打铁的骄傲、学问与奇想》一文中曾提及自己的博士论文工作-陶瓷材料烧结后冷加工与热处理。原始思想是我的导师木原谆二先生提出来的，他将该成形加工方法谓之为“Controlled Fracture Forming”。我有幸亲身经历与参与了该项研究的兴起与发展，得失成败，多有感慨。所谓Controlled Fracture Forming的基本学术思想如下：既然塑性变形这一材料的破损形式可被积极应用于金属的塑性加工，材料破损的极限形式-断裂能否用于陶瓷等脆性材料的成形加工呢？欲实现这一近乎天开的奇想，必须解决两大技术难题：材料整体性的维持与连续性的恢复。先生设想的解决方案是：用可塑性变形的金属材料包覆以保证加工过程中陶瓷工件的整体性，而以再烧结解决控制破碎成形后陶瓷材料的连续性。这样，便可对金属材料包覆的陶瓷材料进行轧制、旋锻等常规压力加工，然后通过再烧结恢复陶瓷材料的连续性，整个过程即相当于一个“冷加工与热处理”的过程。诚然，由于包覆材料的混入与扩散污染、以及包覆材料的后处理等问题，Controlled Fracture Forming也许注定难以成为广泛应用的成形加工技术，但其在材料成形加工思想上的重要突破则是毫无疑问的、一系列的实验研究也证实了这并非异想天开。无论如何，这是我迄今经历过的最具创造性思维的工作。

另一项自认为颇显创造性思维的工作，则是自己完全独立开展研究后的事。由于博士论文工作与主流偏离太远，多少影响了博士毕业后的去处。故自博士毕业之后，便逐渐转向了现在的研究方向-铁电与介电材料，自觉渐渐靠近了学术界的主流。然在此过程中，也有“异心”不死之时。刚回国供职之际，曾一度热衷于压电陶瓷力学性能的改善、尤其是增韧,但无非是将结构陶瓷增韧的途径引入到压电陶瓷,原创性有限。但经历一次NSFC申报未果后，豁然开朗：何不反其道而行之，将压电第二相引入结构陶瓷基体中，实现压电第二相增韧呢？基本原理其实很清楚，所谓陶瓷增韧不外乎引入某种机制使得裂纹扩展需要消耗更多的能量-颗粒增韧、相变增韧、纤维增韧等皆如此。若引入铁电或压电第二相，当裂纹扩展至相界面时则压电效应会消耗部分弹性能，进而妨碍裂纹扩展，最终达到增韧的目的。该设想很快在BaTiO₃增韧氧化铝陶瓷中得到实验证实，最初的研究结果也于1997年发表于Materials Letter [X.M. Chen and B. Yang, "A New Approach for Toughening of Ceramics", Mater. Lett., 33 (1997) 237-240.]，并有幸获得了本人第一份NSFC的资助，这使我至今心存感激。随后，压电第二相增韧在3Y-TZP等更多的材料体系中获得成功，更多的结果发表在了J. Eur. Ceram. Soc.上[B.Yang, X.M. Chen and X.Q. Liu “Effect of BaTiO₃ Addition on Structures and Mechanical Properties of 3Y-TZP Ceramics”, J. Eur. Ceram. Soc., 20 (2000) 1153-1158；B.Yang and X.M. Chen, “Alumina Ceramics Toughened by Piezoelectric Secondary Phase”, J. Eur. Ceram. Soc., 20 (2000) 1687-1690；X.M. Chen, X.Q. Liu, F. Liu and X.B. Zhang, “3Y-TZP Ceramics Toughened by Sr₂Nb₂O₇ Secondary Phase”, J. Eur. Ceram. Soc., 21 (2001) 477-481.]。当然，也有少数几个课题组随后陆续展开了更深入的工作。不过，自己由于主流方向的工作渐渐走上正轨，也便无心再兼顾这份副业。有趣的是，偶然读到几年后Nature上国外研究者关于BaTiO₃增韧氧化铝陶瓷的大作，基本学术思想与本人几乎一致。先是眼睛一亮，满以为人家引用了自己的文献，结果只字未提，未免失望。也罢，也许人家真没读到本人的论文，谁让自己的论文没发表在更显眼的期刊上呢。况且，人家的文章的确写得漂亮，数学模型也建得完善多了。无论如何,这算是一个赛翁失马的例子。如果前一个NSFC申请不失手，也许自己就不会产生压电第二相增韧的思想。

从上述例子，我所能悟到的是：科学研究不妨从突破传统与常识束缚入手，超过极限以后导致某种失效的现象反过来也许是可以积极利用的；山重水复之际，冷静面对，适时改换思路，甚至逆向思考，兴许便能遇上柳暗花明。诚然，社会环境能否容许甚至鼓励纯科学兴趣主导的研究，对于我们原创性思维的形成至关重要。

随着自己主流研究方向的发展，已很久未涉及类似上述异端的研究了。毕竟诸如此类的研究既不符合国家重大需求、也不一定能与重大科学问题联系在一起，而离开这两点又是很难解决生计问题的。即便如此，上述近乎异端的研究经历，却不时对自己的主流研究方向产生积极影响。如果再有新奇想法产生，还想继续开展一些近乎异端的研究，聊当痴心依旧。