回归清华机缘与责任

BACK///oppotunity and responsibility

我当年是在清华读的材料科学。1996年去英国，1997年进剑桥大学，二十多年来一直在做工程应用的研究，有很多跨学科的经历，涉及制造业、生物材料、海洋工程、交通设备。这期间也跟很多企业有过合作，包括英国钢铁、阿尔斯通、美孚、蓬帕迪等等，也担任过欧盟区域发展项目的首席科学家。这让我在技术转化方面积累了很多知识。

与此同时，我跟祖国的联系从来没有断过。中国是工程应用科学最大的市场，但也面临一些卡脖子的技术瓶颈，特别是近年来。作为一个清华人，我感到责无旁贷，希望出一份力。正好在2018年夏天，我在牛津大学碰到徐迎庆主任，得知清华大学在组建未来实验室，以推动交叉学科的发展和技术产业化。我认为这是一个科研体制创新的重要尝试，也是我最终回归的契机。

我对这个国家和清华有很深的感情，我最美好的青春年华有八年在清华度过，这里的一草一木都留在我的脑海里。对祖国和母校的感情，使我无论在什么地方都不敢懈怠，它就像风筝的线一直拉着我，回来是早晚的事。

兴趣驱动选择与积累

INTEREST///choices and accumulation

选择材料学可以说是个偶然，我第一志愿选的就是清华大学化学化工系，无机材料专业是老师分配的，但没想到一辈子都没离开这个领域，越学越发现发展的空间很大。

出国是为了学习，94年博士毕业以后在公司里呆了一段时间，觉得还是喜欢科研，喜欢做自由的探索。于是去了剑桥大学，在工程系工作了将近八年。有幸得到Mike Ashby与John Williams等院士，以及诸多教授的教诲和指导，体会到什么是科研、什么是严谨、什么是创新。

对生物材料的兴趣是2003年开始，那时参与了剑桥-麻省理工一个微型机电系统的项目，就是所谓的MEMS。其中一个重要的应用是生物医疗，我发现材料与生物的相互作用非常奇妙，它跟材料的表面物理化学性质密切相关。2005年担任终身教职起，决定追寻自己的兴趣，一头扎进生物材料领域。先是研究具有生物活性的骨科陶瓷，特别是无机-有机混杂的复合材料的设计、制备、生物相容性。后来加入英国普利茅斯大学，有幸与那里的英国半岛医学院合作研究骨科合金材料的表面抗微生物改性，应用了纳米技术和纳米复合材料，试图改善钛合金植入体早期的抗感染性能。

再到2019年选择回归清华，原因之一就是对交叉学科的兴趣，希望能够拓展自己在生物环保材料以及轻量化复合材料领域的探索。

一路走来所有的选择，归根到底是兴趣的驱动，和对新知识的渴望。希望把兴趣推动式研究传承下去的，给学生一个大目标后让他们自主且自由地探索，在寻找中找到自己的路。这种创新的学习路上肯定会有碰壁，但长远看会让研究者走得更远。

材料科学 大有可为

MATERIALS///enormous potentials

我在清华大学从本科到博士八年，学的一直是材料科学。材料科学本身就是一门交叉学科，涉及物理、化学、数学、工程学、生物学等等。它的核心是发展新材料、新工艺，研究成分-工艺-结构-性能之间的关联关系。最终的目的是应用，就是做成产品。那就必须与其他学科结合，比如机械工程、交通设备、土木建筑、生物医疗器械等等。它的发展得益于其他学科不断提出的新的要求。

任何一个好的产品都是一个系统工程，人工关节也好，芯片也好，发动机也好，材料是基础的基础。宏观上讲，我认为未来材料科学会向更小的尺度深入。比如纳米技术，其将对生物医疗、环保、电子等领域产生深远的影响。另一方面，单一的功能越来越难于满足产品的需求，因此材料研究会进一步向多功能复合材料方向发展，把多种功能聚集一体。例如我们正在探讨的体内腔道手术机器人，其材料既要做到可感知周围微弱变化，又能进行微毫之间的切割，这需要在材料本身功能性和结构设计上进行多角度探索。

人们常常提及材料的基因工程，借助现代的技术，我们可以看到材料内部纳米结构、甚至分子、原子间的相互作用，对最终产品的性能有深远的影响。我们可以在不同尺度上进行基因设计，获得所需的特殊功能，当然工艺上有些能够实现，有些还不行。随着新的工艺技术的发展会逐步变成可能，比如纳米技术，可以通过对石墨烯表面的功能化设计，做成超薄、高效的电子皮肤或者嗅觉传感器；生物材料界面的调控会使得人体组织的修复和替代材料越来越安全；环保材料，比如具有光敏的抗微生物、自清洁材料的发展，利用取之不尽的太阳能来与有害的物质做斗争，会逐步解决空气、水和土壤的污染问题，使人类的生存环境得到修复、改善。总而言之，材料学这个领域还大有可为。

居安思危 疫情中的思考

THINKING///under theepidemic

2020年一月份，我去英国探亲，结果疫情在全世界范围内爆发，亲身体会疫情对人们生命健康和生活的影响。从二月份开始出行就人心惶惶，四月份起就完全居家隔离。这个可以说是人类二战以来最严重的一次考验，使我更深刻认识到科学家的责任，和平年代也要居安思危。

2020年访问剑桥大学工程系，同昔日导师Michael Sutcliffe（右）会面，他是力学材料设计系主任，剑桥大学生物工程研究中心主任。

之前提过2003年起我接触到了生物材料。其后十多年时间，我一直在跟生物医学专家合作研究生物材料与微生物之间的相互作用，研究过纳米材料，比如纳米银、氧化锌纳米线、二氧化钛纳米涂层对链球菌等微生物的作用。后来对光催化电激发、表面活性氧的抗微生物性有一定了解，这启发我如何应用这些机理实现广谱的抗微生物材料。利用隔离这段时间，我调研了很多新型纳米材料，如石墨烯、富勒烯等纳米材料的抗微生物性能。目前正在开展如何将这些材料固定到公共交通、公共场所设施表面，实现较长期有效的抗病毒功能，这样就可以达到比酒精、巴氏消毒液等常规制剂更好的效果。这个应该是作为一个学者所应该有的社会责任感在推动。

清华大学未来实验室-未来材料设计研究中心下一步会与医院开展合作，把这些骨科陶瓷、人工关节、高效抗微生物纳米材料推广应用，造福人类。

清华大学未来实验室- 未来材料设计研究中心

FMD///research center for future materials design,future laboratory

为了进一步深入材料相关交叉科学研究，在北京市、清华大学和未来实验室、企业的支持下，我成立了清华大学未来实验室-未来材料研究中心。中心致力于建成一个跨越学科壁垒，发展与生物医疗、环保科技、新能源、人工智能等领域的交叉研究，推动新型材料及新工艺的应用。

具体有这几个研究方向：

l 在生物医疗领域，我们正在开展骨科陶瓷、人工关节、抗菌抗病毒纳米材料的研究；

l 在环保材料领域，我们正在研制具有抗微生物的过滤陶瓷，以及高效的光催化污水还原材料；

l 在新能源材料领域，我们针对燃料电池的电极材料，通过表面和界面设计，有望提高能源转换效率和使用寿命；

l 在机器人制造领域，我们通过轻量化复合材料的应用和三维打印技术，优化结构设计，有望实现感-联-知的一体化，大幅减轻重量，从而降低驱动器的成本，扩大在建筑、护理、餐饮、智慧农业等领域的推广。

这些课题涉及材料学、生物学、化学、工程学、人工智能，通过不同学科的交叉，博采众长，不断创新。培育一批世界级的科技成果，培养一批理论与实践相结合的年轻人，把更多的技术变成产品，转化为生产力，为我国经济技术升级做出贡献。