上海市郊一幢水泥色的L型辦公樓，從外面看十分普通，里面卻著實(shí)不凡。隨手指向其中一扇門，背后可能就是上千度的晶體生長爐。在這里，一種名為鍺酸鉍（BGO）的晶體正靜靜成型。
閃爍晶體被廣泛用于醫(yī)學(xué)或工業(yè)探測(cè)領(lǐng)域，鍺酸鉍堪稱其中的佼佼者?，F(xiàn)在，它還成為空間暗物質(zhì)探測(cè)器的關(guān)鍵材料之一。2018年12月，已探測(cè)到數(shù)十億宇宙粒子的暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”宣布延長工作時(shí)間，繼續(xù)尋找暗物質(zhì)的蹤跡。一年前，科學(xué)家正是利用這顆衛(wèi)星收集到的數(shù)據(jù)，繪制出目前世界上最精確的電子宇宙射線能譜。
“悟空”有火眼金睛，鍺酸鉍晶體功不可沒。而這些單根60厘米長、總重達(dá)上千斤的晶體，只有在中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所（以下簡稱上硅所）那棟看似很普通的樓里才能做出來。
對(duì)材料研究而言，最嚴(yán)苛的考驗(yàn)?zāi)^于承擔(dān)航空航天任務(wù)。而在上硅所，“神舟”“天宮”“高分”“北斗”……只要是上天的，總有材料從這里出去。
面向國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國家重大戰(zhàn)略需求，歷來是上硅所的傳統(tǒng)。能扛起這一重任，得益于以嚴(yán)東生、殷之文、郭景坤、丁傳賢、江東亮為代表的幾代科學(xué)家的奮力開拓和不斷進(jìn)取。
2015年4月，上硅所成為首批中科院特色研究所試點(diǎn)建設(shè)單位之一。這意味著，新一代上硅所人，必須在無機(jī)非金屬材料的微觀世界里看得更深、走得更遠(yuǎn)。
大舞臺(tái)，展抱負(fù)
2017年，上硅所完成了一項(xiàng)大動(dòng)作——主園區(qū)從上海市區(qū)遷到了嘉定區(qū)。隨著課題組陸續(xù)搬進(jìn)新建成的大樓，所長宋力昕就開始操心新問題——在12公里外的太倉園區(qū)，科研用地蓋樓的速度已經(jīng)跟不上科研需求了。
什么樣的研究所會(huì)如此“費(fèi)地”？這與上硅所的定位有關(guān)。
從高性能陶瓷到人工晶體，從能源材料到生物材料，“上海硅酸鹽研究所”幾個(gè)字，幾乎包攬了無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域的所有重要方向。1959年獨(dú)立建所后，面對(duì)國家重大工程和尖端技術(shù)發(fā)展的需求，上硅所的科研方向進(jìn)行了重大結(jié)構(gòu)調(diào)整，把傳統(tǒng)無機(jī)材料研究調(diào)整為先進(jìn)無機(jī)材料科學(xué)與工程，開創(chuàng)了我國結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、人工晶體、特種無機(jī)涂層、特種玻璃等研究領(lǐng)域。改革開放后，又逐步形成了基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、工程化研究、產(chǎn)業(yè)化工作有機(jī)結(jié)合的科研體系。
面向國家重大需求，是使命也是挑戰(zhàn)。上硅所不僅要追蹤學(xué)科前沿，還要在工程化、產(chǎn)業(yè)化道路上盡可能走得更遠(yuǎn)。這對(duì)上硅所開拓發(fā)展空間提出了更急迫的要求。
以鍺酸鉍研制為例，若想將小試制備的晶體批量用于高能物理、醫(yī)學(xué)成像乃至國家重大工程等領(lǐng)域的大型設(shè)備上，必須建有完整的中試平臺(tái)。上世紀(jì)80年代，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者丁肇中曾向上硅所時(shí)任所長嚴(yán)東生提出，希望能為正在建設(shè)的歐洲正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)提供優(yōu)質(zhì)大尺寸的鍺酸鉍晶體，彼時(shí)的鍺酸鉍晶體就誕生于所屬開發(fā)實(shí)驗(yàn)基地（現(xiàn)為中試基地）。
對(duì)于光學(xué)部件、涂層等材料，雖然生產(chǎn)規(guī)模較小，但尺寸是衡量其技術(shù)水平的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。要生產(chǎn)出大尺寸構(gòu)件，制備的儀器也要足夠大。簡言之，地方夠?qū)挸ǎ芯咳藛T才能施展拳腳。
“市中心不能滿足研究需求，我們就往嘉定移?！彼瘟﹃空f。從2001年獲得中科院批復(fù)起，上硅所嘉定園區(qū)從圖紙一點(diǎn)點(diǎn)變成現(xiàn)實(shí)。2015年夏天，眼看嘉定園區(qū)落成在即，宋力昕“手握”從江蘇省蘇州太倉市政府爭(zhēng)取來的經(jīng)費(fèi)和200畝土地，走進(jìn)了中科院院長辦公會(huì)的會(huì)議室。
嘉定園區(qū)雖有以人工晶體、功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷等為主要方向的中試基地，但其他領(lǐng)域仍以基礎(chǔ)和試驗(yàn)研究為主。若要實(shí)現(xiàn)國家重大工程材料的小批量制備、新材料的產(chǎn)業(yè)化中試，還需要更大空間。
聽罷宋力昕的匯報(bào)，中科院院長白春禮問了3個(gè)關(guān)鍵問題：錢夠不夠？要不要編制？有沒有拆遷？“地方給支持、不涉及拆遷……”面對(duì)院領(lǐng)導(dǎo)的疑問，宋力昕迅速作答，這些答案在他心中已醞釀許久。
2015年11月，江蘇太倉，上硅所新園區(qū)開工儀式在此舉行。轉(zhuǎn)眼到了2019年，上硅所蘇州研究院已有碳化硅陶瓷和陶瓷基復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室入駐。如今新園區(qū)一旦有樓落成，就有等候多時(shí)的課題組進(jìn)駐其中。
建設(shè)太倉園區(qū)是上硅所開拓發(fā)展空間、建設(shè)開放型綜合科技創(chuàng)新平臺(tái)的重要舉措。屆時(shí)，國際上首條100安時(shí)以上大容量鈉鎳電池批量化制備平臺(tái)將在太倉建設(shè)，重點(diǎn)解決“卡脖子”問題的先進(jìn)陶瓷基礎(chǔ)設(shè)施群將在此安營扎寨，以先進(jìn)材料為核心的器件升級(jí)瓶頸問題也有望在新園區(qū)得以解決。
宋力昕在嘉定園區(qū)的辦公室裝修簡樸，但墻上僅有的幾張照片，其一就是太倉園區(qū)建成后的效果圖。講完太倉園區(qū)的過往和未來，他摘掉眼鏡，回頭看了看效果圖，眼中透著自豪與期待。
大課題，顯擔(dān)當(dāng)
“平臺(tái)好、裝備足、團(tuán)隊(duì)強(qiáng)”，人力資源處處長賀天厚對(duì)上硅所的特色如是評(píng)價(jià)。上硅所有幾個(gè)規(guī)模超過50人的大課題組。這些課題組是一支支科研能力突出的“特戰(zhàn)隊(duì)”，每每承擔(dān)國家重大任務(wù)，總是沖鋒在前、迎難而上，戰(zhàn)必勝、攻必克。嘉定、長寧和太倉園區(qū)就像是為科研人員搭建的舞臺(tái)，當(dāng)胸懷抱負(fù)的他們來到這里，上硅所的旗幟總能一次次舒展高揚(yáng)。
上硅所結(jié)構(gòu)陶瓷與復(fù)合材料工程研究中心研究員黃政仁，學(xué)生時(shí)期跟隨中國工程院院士、著名材料學(xué)家江東亮研究碳化硅材料體系。成為課題組組長后，他又把這種材料體系用在了衛(wèi)星的“眼睛”——空間光學(xué)部件上。
黃政仁將碳化硅材料的致密性“發(fā)揮到極致”：做出的空間光學(xué)部件平滑明亮，成像質(zhì)量和剛性極佳。
2016年以來，上硅所研制出的100多個(gè)碳化硅光學(xué)部件，相繼安裝在“墨子號(hào)”、天宮二號(hào)、高分五號(hào)等衛(wèi)星、空間實(shí)驗(yàn)室上。
衡量光學(xué)部件的優(yōu)劣，尺寸是重要標(biāo)準(zhǔn)之一。想做出足夠大的光學(xué)部件，不僅要有過硬的制備技術(shù)，還要協(xié)調(diào)好外部合作方的各種資源，例如找到可靠的液壓設(shè)備、合適的拋光工藝，整個(gè)過程十分磨人。
在這種時(shí)刻，方能體現(xiàn)作為國家級(jí)研究所的擔(dān)當(dāng)。用上硅所人的話說，“大家是一個(gè)戰(zhàn)壕出來的戰(zhàn)友，不是利益相關(guān)的甲方乙方，這種關(guān)系不是靠金錢來衡量的?！?/p>
2017年度國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)上硅所榜上有名，緣于結(jié)構(gòu)陶瓷與復(fù)合材料工程研究中心為我國在軌運(yùn)行的空間高分辨相機(jī)做了一個(gè)更輕的骨架。輕量化復(fù)合陶瓷材料制成的骨架確?？臻g相機(jī)在振動(dòng)頻繁、溫差較大的惡劣環(huán)境下，仍能將系統(tǒng)波動(dòng)控制在幾微米內(nèi)。
研究員王震是該項(xiàng)目的參與者。在他看來，只有對(duì)方法工藝、材料性能和結(jié)構(gòu)了然于胸，才能對(duì)未來需求加以準(zhǔn)確判斷。
在中試生產(chǎn)一線副研究員陳俊鋒的眼中，上硅所歷年來取得的各項(xiàng)科研成果，無論是晶體生長多坩堝下降法，還是空間光學(xué)部件材料選擇新思路、熱控涂層制備新工藝，無一不建立在長期的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開發(fā)和工程化實(shí)踐之上。
“材料的用途是發(fā)散的，只有在前期的基礎(chǔ)研究中把它的性能摸清楚，才知道將來怎么用?！鄙瞎杷胤N無機(jī)涂層中心研究員于云說。
一種晶體從制備出來到規(guī)模化量產(chǎn)應(yīng)用，一般都需要幾年甚至數(shù)十年時(shí)間。無論是鍺酸鉍晶體還是碳化硅晶體，都遵循這一規(guī)律。上硅所人工晶體研究中心副主任劉學(xué)超說：“這就像沒有出口的高速公路，需要不停地往前走?！?/p>
前人栽樹，后人乘涼。上硅所要想不斷發(fā)展，除了繼承傳統(tǒng)，仍須持續(xù)創(chuàng)新、砥礪前行，特別是探索如何把基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用結(jié)合得更加緊密。
大團(tuán)隊(duì)，拼實(shí)力
在上硅所透明陶瓷研究中心主任王士維看來，要想更好發(fā)揮基礎(chǔ)研究的作用，以需求為牽引、找準(zhǔn)用力方向是關(guān)鍵。本著這樣的思路，上硅所近年來加強(qiáng)了學(xué)科重組和調(diào)整步伐，透明陶瓷中心和無機(jī)材料基因科學(xué)創(chuàng)新中心應(yīng)運(yùn)而生。
透明陶瓷研究中心組建之前，王士維已在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域深耕多年。2000年前后，隨著高壓鈉燈、激光陶瓷的興起，透明陶瓷逐漸成為業(yè)內(nèi)熱門研究方向。這之后，上硅所在透明陶瓷領(lǐng)域取得了一系列成果，但研究力量相對(duì)分散的問題也開始顯現(xiàn)。
“如果不形成一個(gè)大團(tuán)隊(duì)，我們?cè)趺慈ジ鷩H一流團(tuán)隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)？”基于這樣的想法，在所領(lǐng)導(dǎo)班子的支持下，上硅所內(nèi)研究透明陶瓷的人們聚到了一起。2016年1月，透明陶瓷研究中心正式成立。中心課題組將注意力集中在更為細(xì)分的研究方向上?！坝袡C(jī)會(huì)多做更多創(chuàng)新性的嘗試，更有利于透明陶瓷學(xué)科的發(fā)展?！蓖跏烤S說。
隨著中科院院級(jí)和研究所層面的支持經(jīng)費(fèi)迅速到位，加之原本就有的研究積累，這支年輕的科研“特戰(zhàn)隊(duì)”很快就取得了成果。
2017年9月，王士維所在的課題組研制出基于兩種不同材料的圓弧狀透明陶瓷。其中，采用單晶生長方法制備的釔鋁石榴石透明陶瓷直徑達(dá)到235毫米，是國際上公開報(bào)道的最大尺寸。利用膠態(tài)成型和冷等靜壓工藝制備出的氧化釔透明陶瓷，光學(xué)透過性能優(yōu)異，在國家重大工程及國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有廣泛用途。
無疑，透明陶瓷研究中心是以需求帶動(dòng)學(xué)科發(fā)展的典型案例，而無機(jī)材料基因科學(xué)創(chuàng)新中心也是如此。它的成立，對(duì)材料開發(fā)而言更是如虎添翼。通過模型化計(jì)算復(fù)原出材料反應(yīng)的微觀過程，就好比經(jīng)驗(yàn)豐富的育種家解開了作物的基因密碼，使材料研發(fā)成本和周期大大縮減。
2011年，還在美國南伊利諾伊大學(xué)任教的劉建軍通過中科院“百人計(jì)劃”回國，成為上硅所計(jì)算材料學(xué)研究的中流砥柱。2013年初，上硅所集成計(jì)算材料研究中心正式成立，江東亮任主任。以此為前身，上硅所無機(jī)材料基因科學(xué)創(chuàng)新中心于2015年1月成立。
在這里，無論是研究晶體、陶瓷還是新能源，只要有需求，任何課題組都可以跟中心開展項(xiàng)目合作，所里為此每年投入150萬元予以支持。
當(dāng)材料基因組學(xué)遇上具體的應(yīng)用需求，能碰撞出多少火花？劉建軍課題組與溫兆銀課題組的合作便是一個(gè)典型案例。
溫兆銀1987年進(jìn)入上硅所工作，在固態(tài)離子學(xué)和化學(xué)電源領(lǐng)域深耕多年。經(jīng)驗(yàn)豐富的他曾在研究鋰空氣電池化學(xué)反應(yīng)過程中過電位高的問題時(shí)遇到過瓶頸。找到合適的催化劑是降低過高電位的關(guān)鍵。若用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段，則需要相當(dāng)長的試錯(cuò)時(shí)間?！安牧匣蚪M學(xué)通過材料設(shè)計(jì)、模擬，縮短了這一過程?！眲⒔ㄜ姳硎?。
通過計(jì)算模擬，劉建軍課題組可以為電子的動(dòng)態(tài)反應(yīng)過程“畫像”，只要與實(shí)驗(yàn)表征結(jié)果相吻合，就有望摸清其內(nèi)在機(jī)制。事實(shí)上，這是領(lǐng)域內(nèi)科學(xué)家都希望攻克的難題，誰先取得突破，誰就能在下一代動(dòng)力電源技術(shù)應(yīng)用中拔得頭籌。
原本登天般困難的問題終于有了突破口。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)合作5年有余，先后篩選出氧化鈷、碳化鈦等催化劑，并探明其中幾種高催化活性催化劑的反應(yīng)機(jī)制，將鋰空氣電池的機(jī)制研究推向新高度。
大格局，創(chuàng)未來
如果說科學(xué)創(chuàng)新中心是上硅所為科研人員搭建的一個(gè)協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)，那么真金白銀的成果轉(zhuǎn)化獎(jiǎng)勵(lì)，則是對(duì)課題組辛勤付出最充分的肯定。
2019年，溫兆銀團(tuán)隊(duì)的鈉鎳安全電池技術(shù)以5500萬元現(xiàn)金和500萬元作價(jià)入股實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。目前，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高集成度、自動(dòng)化、批量化生產(chǎn)線已在上海嘉定建成并進(jìn)入全面調(diào)試階段。
按上硅所的成果轉(zhuǎn)化管理辦法，個(gè)人在技術(shù)轉(zhuǎn)讓與許可所獲收益中的獎(jiǎng)勵(lì)比重最高可達(dá)52.5%。極富力度的政策激發(fā)了科研人員的創(chuàng)新潛力和成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用的積極性。溫兆銀團(tuán)隊(duì)的成果轉(zhuǎn)化案例，也讓上硅所領(lǐng)導(dǎo)班子期望的“冒出更多獲獎(jiǎng)大戶”成為現(xiàn)實(shí)。
不過溫兆銀深知，科研人員做成果轉(zhuǎn)化，就像在懸崖上走鋼索，其中的風(fēng)險(xiǎn)與付出，局外人常常無法體會(huì)。
2005年，溫兆銀接到上海電力公司的電話。當(dāng)時(shí)日本已實(shí)現(xiàn)大容量儲(chǔ)能鈉硫電池產(chǎn)業(yè)化，中國企業(yè)也想與國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)尋求合作，而這恰恰是溫兆銀本來的研究方向。但當(dāng)時(shí)中國的技術(shù)與日本相比差距很大。
“我覺得我們應(yīng)該拼一下?！狈畔码娫?，溫兆銀開始了十余年如一日的“修行”。在他的課題組，誕生出國內(nèi)外最大容量的單體鈉硫電池以及我國第一條2兆瓦鈉硫電池中試線，實(shí)現(xiàn)了上海市世博會(huì)100千瓦/800千瓦時(shí)鈉硫電池儲(chǔ)能站的并網(wǎng)運(yùn)行，使我國成為繼日本之后第二個(gè)掌握大容量儲(chǔ)能鈉硫電池成套技術(shù)的國家。
時(shí)任中科院副院長施爾畏曾評(píng)價(jià)，要從傳統(tǒng)科研模式中解放出來，像支持自己的課題組一樣支持科研人員在公司工作，抓好這件事，使之成為研究所與企業(yè)合作的典范。
讓鈉硫電池真正進(jìn)入市場(chǎng)，溫兆銀的“修行”還在繼續(xù)。常在上硅所新建大樓穿梭的他，所到之處是一條又一條“縮小版”生產(chǎn)線。無論是電極材料的組裝、電池性能檢測(cè)還是產(chǎn)業(yè)化設(shè)備要件的生產(chǎn)，都能在這里實(shí)現(xiàn)。
“只要有好的科研設(shè)想，很快就能通過工程化放大平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，這是上硅所的優(yōu)勢(shì)?！毖芯繂T劉宇表示。2008年，經(jīng)溫兆銀引薦，劉宇通過中科院“百人計(jì)劃”回國。如今他正帶領(lǐng)課題組努力實(shí)現(xiàn)新型水系儲(chǔ)能電池技術(shù)的研制與工程化。
在產(chǎn)業(yè)化路上不是沒吃過苦頭。但好的實(shí)驗(yàn)技術(shù)一旦出現(xiàn)，劉宇依舊首先選擇盡快進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化，進(jìn)入企業(yè)孵化模式。
“到企業(yè)參與成果轉(zhuǎn)化真的有可能失敗，但作為年輕人，更應(yīng)該敢做、敢拼?！眲⒂钫n題組成員張娜和賀健，如今都與所里簽訂了離崗創(chuàng)業(yè)協(xié)議。在他們看來，只有經(jīng)歷過實(shí)戰(zhàn)，才能對(duì)市場(chǎng)有更深刻的認(rèn)知。為了鼓勵(lì)科研人員放手創(chuàng)業(yè)，上硅所給了這幫年輕人停薪留職待遇，3年后他們可以再選擇留所或去企業(yè)。
賀健坦言，原本老師就曾提醒過創(chuàng)業(yè)壓力之重，然而真正做時(shí)，“壓力還要更大”。賀健曾因在產(chǎn)品交貨前夕發(fā)現(xiàn)缺陷而失眠，因?yàn)椤吧a(chǎn)線跟科學(xué)實(shí)驗(yàn)不一樣，即便發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，停下生產(chǎn)線做修正也需要時(shí)間”。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，訂單不得不延期。
也正是因?yàn)檫@種精神，劉宇帶領(lǐng)的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)獲得了不少合作者的信任。這種看似“吃力不討好”的事，上硅所堅(jiān)持在做的不止這一件。
在上硅所，還有這樣一個(gè)課題組：他們研究的是陶瓷材料，將陶瓷材料紡成絲，由于超輕、極耐高溫，可作為高性能隔熱材料和增強(qiáng)材料。
但由于這項(xiàng)技術(shù)涉及的學(xué)科眾多、難度過高，國內(nèi)相關(guān)研究一直沒有起色。在上硅所專門成立課題組前，最初的核心設(shè)備是副研究員康莊在實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)角落里搭起來的。所領(lǐng)導(dǎo)班子得知康莊做出了產(chǎn)品雛形，很快便決定單獨(dú)設(shè)組支持。不僅在太倉園區(qū)留好實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)線，還請(qǐng)來所里研究陶瓷的老前輩傳授經(jīng)驗(yàn)。為了讓其安心攻關(guān)，上硅所承諾3年不考核課題組成員。
“研究所存在的價(jià)值就是為國家發(fā)展起到支撐作用，必須考慮國家需求。國家重大的材料問題能否解決，是評(píng)判一個(gè)一流研究所的標(biāo)準(zhǔn)。”在宋力昕看來，上硅所作為老牌研究所，定位和發(fā)展一定要遵循獨(dú)立的價(jià)值觀。對(duì)企業(yè)，研究者要長久生存，就要給企業(yè)帶來好處；對(duì)研究者，要讓他們的工作真正對(duì)社會(huì)產(chǎn)生貢獻(xiàn)，有發(fā)自內(nèi)心的成就感。
對(duì)上硅所人而言，這里有寬闊的施展舞臺(tái)，但這舞臺(tái)不是用來追熱點(diǎn)、跟潮流，而是為了更加心無旁騖地把一件事做好。當(dāng)“傳統(tǒng)價(jià)值觀”碰上“改革新機(jī)遇”，用科研人員的話說，就像數(shù)十年歷史的鍺酸鉍晶體遇到了現(xiàn)代新技法，“性能會(huì)有根本改善”。
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