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演绎“A+B”的黄小忠

来源:新闻中心 点击次数:次 发布时间:2014年06月10日 作者:王海南

【人物简介】黄小忠,航空航天学院教授,博士生导师,中南大学航宇公司隐身技术研究中心主任,总装备部军用电子元器件材料组专家,国家自然科学基金委员会工程与材料科学部同行评议专家,国家科技奖评审专家,《表面技术》编委。完成或正在承担科研项目14项(国家级9项),授权和申请发明专利4项。

他是研究功能纤维尤其是隐身材料的专家,广受赞誉。

他将工作比作烹饪中的“配佐料”,将多味“佐料”进行糅合、升华,佳肴速成,其妙无穷。

长期从事多学科交叉科研工作的黄小忠说,“我们与别人最大的不同,可能在于专业交叉性。”翻开他的履历,可以发现黄小忠所学的专业也基本属于“混搭”:本科磁性物理与器件、硕士有色冶金、博士材料学专业。学科交叉对他而言,或许意味着灵感的碰撞、智慧的荟萃与创意的源泉。

“A+B”的创新方式

“一个问题有时候不是一种途径可以解决,需要多种途径的有机叠加”,黄小忠说,“在材料研究工作中,我喜欢尝试以一种物质加上另一种物质,两种物质间似乎没有联系;一种方法加上另一种方法,两种方法间似乎也没有联系……不妨将它称之为“A+B”方式吧。”

黄小忠在他的多项成果中,应用了“A+B”的创新方式,往往恰到好处地结合了两种物质或方法的优点,从而发现前所未有的方式方法或物质性能。含铍碳化硅纤维是黄小忠的重要成果之一,就是运用冶金、材料知识相结合的产物。

很多年前,黄小忠开始参与碳化硅纤维的研发应用。这项材料可以用于空气中1600 ℃以上高温,可以广泛应用在航空等军工、民生领域。但是国内碳化硅纤维受工艺水平所限,总是存在含氧率过高而使材料耐受温度大打折扣的现象,从而阻碍了其推广应用。摆在他眼前的是两条路:要么按照日本的做法,往降低含氧率方向下功夫;要么另辟蹊径,寻找非常规的办法。素来喜欢挑战的黄小忠选择了第二种。

难题困扰着黄小忠,他苦苦思索提高碳化硅纤维性能的办法,开始却是一筹莫展。实验室里,他来回踱步,锁眉沉思;在南校区树荫葱葱的校园里,他也一边散步一边思考良策。夜里躺在床上,一想到国家投入那么高,但是研究却不能顺利推进,黄小忠久久不能入睡,甚至浑身冒冷汗。终于,一个意外的机会为他带来了创意。

“黄教授,我们矿里的铍能用于制造什么材料?”2009年仲夏,湖南水口山有色集团派人找到黄小忠,向他诉说了公司在产业升级中遇到的问题。一直以来,不明铍的用途阻碍了对它的开发利用,公司人员只能一边在开采中经受铍元素较高的毒性,一边以较低的价格售卖给数量有限的买家。当听到对方提到铍时,黄小忠眼前豁然一亮,“对呀,铍元素既能有金属的导热性,又有塑料的绝缘性,如果铍跟碳化硅一起,一定有意想不到的效果。”他赶忙试验,竟然发现碳化硅中含氧率高的问题不用担心了,因为氧化铍的耐受温度甚至比碳化硅更高,原来的问题迎刃而解。

含铍碳化硅纤维的面世并未给黄小忠带来多久的喜悦,他与团队随后遇到了更加棘手的问题,复合材料内部电磁单元是制约隐身复合材料性能提高的瓶颈。复合材料内部结构复杂,无数单元依靠计算机设计,每个单元用什么材料,材料摆放的位置、形貌都要一一讲究。如果复合靠人工,“发动七万中南师生一起去做材料‘编码’,当然也能够做成,但是显然没有现实意义”;用模具来复制,“较高的工艺难度也难以保证理想结果,甚至根本没有结果”。

无独有偶,黄小忠在阅报中无意看到3D打印机的报道,内心一阵狂喜:“3D打印,不正是自己需要的么?”3D打印,可以运用一些金属、塑料或者其他材料,通过逐层打印的方式,让物体迅速成型。但是,“不同学科之间的交叉,需要克服单一学科不曾碰到的新问题、新困难”。材料、设计、3D打印三者必须有机衔接、不可或缺。在实验中常常会遇到这种情况:研发出了新材料,但在设计3D打印时却不能满足打印要求。靠的是对这些问题的全面平衡,黄小忠团队终于设计并制造出可用的平板构件材料。近日,黄小忠的创新故事被《人民日报》进行了报道,引来了中航工业621所等单位寻求合作意向。

“这种学科交叉性给我带来了很多新的思路。假如我没有学过冶金,也许也就没有含铍碳化硅纤维的出现;如果我执拗于用常规方法去做,也不可能有‘隐形材料与3D打印的邂逅’”,黄小忠说。

黄小忠的另一个成果吸波碳纤维,是吸波材料加上碳纤维,也是“A+B”创新方式的结晶。当时,黄小忠还在国防科技大学学习。他刚提出思路时,许多人都劝他放弃:“不可能,这样的结合等于徒劳无益。”黄小忠没有退缩放弃,下决心将研究开展下去。导师也给他打气:“实在不行,这个科研就作为你的博士论文吧”。如今,吸波碳纤维早已用于我国多个关键武器型号。

“创新需要兼收并蓄”

“创新,是一种兼收并蓄。”黄小忠说,为了让自己能够从多角度思考问题,平日的爱好就是喜欢阅读各类的书籍,比如物理、化学、哲学、历史等各类期刊,还抽空浏览各种科技新闻报道。几十年培养的习惯,让他看问题总能跳出固定的框框,捕捉到智慧的灵感。

“我还希望多跟学文科的人交流,他们的思维往往比较开阔,联想到的面比较广。我认为,科研就是如此,有时候需要天马行空地思考问题。”在黄小忠看来,自己的学生学习知识,最好也是博采众长。学理科的可以看看人文类书籍、听听人文类讲座;学文科的可以思考理工科问题。理工科要求的严谨、逻辑,文科倡导的灵泛、奔放,最好能够相得益彰。

黄小忠不仅在科研中运用了交融的创新模式,甚至将思维碰撞的理念体现在他的团队组织上,4名团队成员分别来自物理、电子通信、冶金等领域。“在我们的团队里,经常为一个问题争得耳红脖子粗,但是大家都喜欢这种可以自由讨论的氛围。哪位成员的观点得到了大家的认同,就先去尝试他的做法,被证实行不通再掉转回去,大家一起想办法。我个人认为,不同学科的学者掀起‘头脑风暴’,让每名成员都各抒己见、充分争论十分有益,这样有助于尽快寻找到解决问题的捷径。”

谈到对创新的体会,黄小忠很有感慨。

“创新从小的方面来说,促进科技进步;从大的方面来讲,可促进国家富强、民族兴旺。”他谈到在国防科技大学航天与材料工程学院求学和工作时,王振国、陈启智两位前辈的事迹。一位在高超飞行器有贡献,一位在织女号探空火箭上有建树。“他们是在外国严密封锁技术的情况下另起炉灶,这一点很了不起,值得后来者学习。”

“创新一定不能跟风随大流,在科研界,如果别人领先了一二年,你再去追逐,很可能永远都甩在了别人背后,永远只能是个落后者。”举一个小例子说,以前涂层吸波材料往往使用的都是金属,而黄小忠“特立独行”,研究出氧化物晶须吸收材料,以氧化物代替了金属,生产成本更低、环境性能更好。黄小忠也将自己的科研理念传递给了自己的学生,他经常对自己带的硕士生、博士生说,“要坚持独创、不盲目跟风”。


图说中南

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