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运用材料专业思维 实现复兴强国梦想 精选

已有 5332 次阅读 2023-8-2 20:18 |系统分类:科研笔记

运用材料专业思维 实现复兴强国梦想

冯培忠 中国矿业大学

“千里之堤毁于蚁穴”出自2200年前的先秦·韩非《韩非子·喻老》,千里之堤,多大的工程,标志性、显示性、参观性、展览性屡获路桥大奖等,然而2200多年前的人们就认知到,其可以“以蝼蚁之穴溃”,而蝼蚁之穴,多么的小,多么的微,微不足道,无人问津,然而却可以让一个浩大的工程“以突隙之炽焚”。

2023年的高考招生已经到了尾声,几家欢喜几家愁!今年的自媒体宣传专业异常火爆,四大天坑、四大峡谷、四大泥潭,说来说去好像大学没几个可学的专业!自媒体的传播效应已远远超越了传统的招生宣传模式,从各方面统计效果看,专业招生出现了巨大的变化,部分专业分数出现了极大的上涨,部分专业分数出现了极大的下滑,甚至名校多个专业断档征集志愿,高考招生与专业建设本身是一个系统性工程,值得教育部门系统性深思,大学的定位到底是什么?培养什么样的人?专业和就业的关系是什么?如果50%毕业生5年后离开了专业是否合理?

材料专业究竟是否是天坑?No材料专业不仅不是天坑,更是高峰,是创新创造的根本,是我国实现复兴强国梦的必然路径,大家可有想过,2050年要实现强国梦,怎么实现,路径在哪?路径在材料专业,在材料思维,材料强则科技强,材料强则国家强

材料关注的是微观世界,定量成分、精细工艺、微观组织、性能和服役,成分涉及化学元素、工艺涉及方法方式、组织涉及纳米微米、性能涉及最终服役,其中前三个都是微观。

前几天有实名举报某高铁三标段涉嫌偷工减料,这个影响大么?如果没人举报,可能也没多大影响,线路一辈子安安全全运行,但是如果再建100条线路,能确保100条全部一辈子安全运行,就是重复性如何?不得而知。小时候记得和水泥沙子,沙子和水泥按照2:1的比例混合,2锨沙子+1锨水泥,先堆一堆,反复用铁锹混2次加水就可以当做砖头的粘合剂,盖楼房箍窑洞但是混2次以后你发现有些地方还是沙子,有些地方还是水泥,沙子和水泥在部分地方是显性的三明治层状分开,不是肉眼可见的无差别均匀混合,有时候自己就喜欢再混1次,总共混3次,让沙子和水泥混合的更均匀,但是有人就喜欢只混1次,看似最后水泥沙子把砖头粘住了,但是水泥沙子的均匀度不一样,那粘接的牢靠度显然不一样。没有蝼蚁之穴的时候一切都ok,万一有了蝼蚁之穴那就可能溃败,而溃败之后甚至还找不到原因。材料专业的哲学就是关注微观的均匀性,沙子水泥必须混合均匀,提高粘合力,提高可靠性,提高均匀性,让所有的沙子和水泥都100%一致的发挥它的本性。

大工程看似很难,但是我们还是搞了很多,大楼、大厦、大路、大厂、大船、大桥,标志性惊人,值得骄傲,但是所有的大都是由小构成,大楼是一根根钢筋和一粒粒水泥砂浆骨料构成,而钢筋是一个个晶粒构成,晶粒中还存在着晶界和原子的排列与堆垛。大楼建好了,但是大楼的一根根钢筋的排布是否科学合理,钢筋的性能是否完全达到要求,钢筋的晶粒是否完全符合规范,钢筋的杂质是否准确控制,钢筋的稳定性、一致性、均匀性是否统一,不同供货商的钢筋是否同一个状况,不得而知!如果微观组织不一致,那就意味着性能会出现跷跷板现象,一块承力多,另一块承力少,百年工程,千年工程,长此以往,必然类比萨斜塔,几乎一半以上的古塔都存在倾斜的问题,核心是受力的非均匀性。然而,面对大工程,我们经常看到的是宏伟的外貌,而看不到小的、微的、包裹其中的内涵细节,然而外貌的基础是设计,是画图是想象、是视角的冲击,而内在的小的、微的、细的是支撑外在美、震撼、赞不绝口的核心,是实质是实在,其核心是什么?是一块块实实在在的微观材料,是组织均匀、一致、稳定的材料。

大的都是靠小的累积起来的,小不忍则乱大谋,这里不仅仅是小,甚至是微,微不清则认知不清,则基本的科学原理不清,大的可能是蒙的、试的而不是基于基本科学规律的发展、拓展、壮大;而纯粹大的,一般也都是宏观的、粗放的,关注的点也是粗的、而不是微的,远看是美女,近看想倒退,说的就是宏观和微观的辩证关系,其实我们既生活在宏观美中,同时也生活在微观美中,距离产生美,因为有距离看不清,展现了宏观美,但只有宏观美和微观美结合才能产生历史美。如果小的、微的基本原理认识清楚了,大的自然不在话下,如果没有认请小微的直接搞大的,也可能搞成,但极有可能根基不牢,终究不可能太大,或者不可能一致的大。

材料专业是什么,是连接基础的理科和实用的工科之间的桥梁,基础的数理化,数学是最最基础的学科,看似和材料没有什么关系,但是物理和化学都和材料有着非常密切的关系,除了理论物理,许多做物理的人都延伸做材料,例如中国科学院物理所拥有2个博士学位专业,一个是物理,一个是材料,而身边做物理的人,例如计算材料学、钙钛矿等都和材料密切相关,而材料领域的帽子近乎一半被化学和物理领域的人跨领域带了。而化学和材料的关系更密切,实际上当下化学学科有材料化的倾向,就是化学向后端的功能材料发展,而材料学科有化学化的倾向,向化学的瓶瓶罐罐发展,所以材料和化学的界限在不断的模糊,不知有多少学校,尤其是师范大学、综合大学的材料专业和学科都是从化学发展而来,所以物理和化学在揭示自然的本质遇到瓶颈的时候怎么办,发展新材料,做材料的本质物理和化学性质研究,材料学科恰好有一个二级学科:材料物理与化学。

几乎所有的工科,都是类场景的研究,例如矿业石油研究的是采掘场景的问题,机械是面向机器装备工作场景的机构设计与制造的问题,化工是研究反应过程及其装备的问题,地质测绘是面向地球探索场景的问题,土木建筑是面向建设施工场景的问题,船舶交通是面向运输场景的问题,场景可能千差万别,但这些工科专业的总主线就三样:材料、装备、控制,好的材料制备出精良的装备,然后开发基于傻瓜思维的少人力控制,就可以形成一个高水平的学科。而在这里面材料专业是基础,基础不牢地动山摇,没有好的材料,即使可以设计出精巧的装备,但是不可能制造出精良的装备,不可能满足场景的需求。而所有的工程学科,几乎都在向前段发展,向材料寻突破,都希望通过材料的提升来提升工程的性能。

中医讲的是全身性思维、系统性思维,从诊断的方式少了些微观,但具体实施还是有微观的实例,例如针灸,不同的穴位不同的功能,例如网上有个段子,学生在针灸考试中,一针下去给自己扎偏瘫了;武侠小说中的点穴,都讲的是微的内涵。怎么理解系统性思维,例如钢的质量稍差,做出来的装备的精确度就不够,将来加工的零件的精度也不够,零件组装炼钢炉的保温等精度也不够,进而导致炼钢的成分工艺控制精度不够,炼不出来顶级钢,循环往复,不能做出顶级产品,所以系统性思维的源头在哪里?在材料专业,材料首先要过关。

中华民族是一个勤劳智慧的民族,但是我们有时候有一种差不多的思想,差不多就行,没必要那么认真等等,做1234......99个都ok,但是可能第100no,不能做到100%的可靠。新时代,不仅需要100%可靠,甚至需要做到100.00%的可靠,就是小数点后面不断延伸,如何做到?怎么实现100.00%的可靠,需要材料专业,需要材料思维,需要材料的微观思维,就是所有的思考、研究和工业关注的维度都下降一个数量级,例如从毫米下降到百微米、微米甚至纳米等,这样就可以实现降维可靠,维度降低,可靠度提高,甚至维度降低一个数量级,可靠度提高一个数量级,如果所有工科和工程的思维都降低到材料微观思维,降低到微米思维,可靠度可能瞬间就提升到100.00%,如果降低到纳米量级,那可靠度就可以提高到100.0000%,甚至更高。

材料学科有那么难么?有人说学材料必须考研究生,考博士,当然书中自有黄金屋、书中自有颜如玉,尽管是臭老九,但是中国人还是喜欢读书的,但是材料专业更多的还是经验科学、实践科学、实业科学,例如有一位90年代的经管校友,现在搞碳材料,有声有色,马上要上市;还有我自己本科毕业曾经工作的公司,没几个大学生,引进消化超越,目前做的产品也是畅销全球。所以从知识本身的角度,材料专业并没有那么难;从就业的角度,无论是本科,或者硕士,或者博士,都容易就业,只要干一行爱一行,一定可以干出成绩,只要肯钻研,也一定能有新发现、新发明、新创造。而撸起袖子加油干难道不是全民应该倡导的么?如果一个年轻人年纪轻轻就想着四平八稳的过日子,那活力在哪里?人类的前途在哪里?

材料是一个具有深入理论的专业,如果你喜欢钻研,研究新材料在全球顶刊发表论文,例如多位校友发表了NS的论文,把自己的名字刻画在全世界的科学家殿堂,研究新材料可以助力上天入海的大工程,可以获得超过100%利润的产品;如果你喜欢实业,材料专业可以助你创业大江南北,无论东西,北京上海、宁夏青海、地市县城,几乎都把新材料列为当地的重要产业、支柱产业、未来产业、赋能产业,有某市领导2023.2.26一天调研了两个临近地级市,走访了两家企业,都是新材料企业。媒体炒作的卡脖子最多的领域也是材料,既然材料卡脖子,那必然要投入材料领域、材料产业、材料人才,所以材料专业、材料产业是一个未来各个方面都将受到重视的产业。在产业界,新材料已经成为一个热点,甚至有传统的化工企业,也更名新材料有限责任公司。

材料有很多种,例如金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等等,随着自动化智能化的发展,金属材料远远超越了打铁的概念,而自媒体的各种忽悠,感觉一点技术含量没有。殊不知,这个世界上关键的结构材料就是金属,金属材料也进入了智能化加工时代,例如全世界最知名最有影响的电动汽车,新进9000吨压铸机,核心是造车思维从“零件组合式”颠覆为“类玩具汽车的全尺寸制造”模式,简化工序、缩短时间、节约成本、摆脱产能限制、提高利润。光速造车不在是梦,颠覆造车行业!这就是金属材料的加工,材料加工已经不简单的是材料自身的加工,同时也和结构的设计进行了智慧般的融合,材料加工赋能新能源、新工业、新时代、新经济,而没有这些材料加工,新能源也将成为无壳之躯,皇帝新装,难以见人。

惺忪睁眼皆材料,材料就在身边,你我他都在用材料,都在说材料。材料不仅仅是材料本身,更是一种材料哲学思维,这种思维对于整个工科来说就是颠覆性思维,是材料微观思维,是让工科和工程的可靠性、一致性、均匀性呈指数提高的思维,是实现百年千年工程的思维,是带有文化自信的思维,是实现强国梦的技术思维。

学习材料专业,运用材料思维,将使实业水平实现质的提升。无论是传统的钢铁还是水泥,未来都需要走精细化道路,都需要材料人才;或者新型的半导体芯片、太阳能,更需要大量材料人才。材料人,如同医者,越老经验越多越吃香。学习材料专业,将使你的生活更充实,人生更美好,产业更优质,国家更强大!



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