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最年轻院士卢柯的加速成长之路
发布日期:2017-03-20 来源:中国科学院大学新闻网
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2003年,38岁的卢柯当选中国科学院院士,是改革开放后当选年龄最小的院士,这个纪录至今仍未被打破。

在常人眼里,今年52岁的九三学社中央副主席卢柯一直在“惊悚地成长”——16岁上大学,30岁当博导,32岁担任国家重点实验室主任,36岁出任中科院金属研究所所长,38岁当选为中国科学院院士,40岁当选德国科学院院士,41岁成为美国《科学》杂志的首位中国评审编辑,48岁成为中国“万人计划”的首批杰出人才6位人选之一。卢柯的人生就像安了加速器,每一步都走得比同龄人更快更受瞩目。

缺什么就补什么

熟悉卢柯的人都知道,他除了锻炼身体没别的爱好,一心扑在工作上:几乎每个晚上都有工作,每周只休息半天,离开金属所不是回家就是去机场——参加国内外各种学术交流和会议,其他地方几乎不去。他把自己定位成职业科学家,“不做科研,还能做什么?”

他效率非常高,几乎是用半天的时间就能把一天的活儿干完。他一直在加速理解什么是科研,加速实践自己的科研想法。他的理由是:“越早经历,越早能修正自己的错误,死之前做有价值事情的时间就越多。”

为什么能这么快呢?卢柯认为客观上是自己运气好,主观上方法和努力很重要。学习有学习的方法,做科研有做科研的方法。跌跟头爬起来也有爬起来的方法。他的方法是“讲求效率,缺什么就学什么,不被动等待。”

16岁,卢柯考入南京理工大学金属材料及热处理专业,志愿是父母填报的,他根本不知道材料是什么。大四做毕业设计实验时,他能动手做了,才觉得有意思。“感兴趣了,毕业分配又不想回甘肃,那就考研吧。”可考研很费劲,他高考分数超甘肃录取线60多分,但全系120多人,他入学成绩倒数第二,高考英语也只有30多分。

那就从头学起,他玩命学英语,把专业最经典的英文原版教材——《位错引论》,花了一年时间翻译成中文看。一年后,他考研总成绩是系里考中科院的学生中最高的。

读研时上课少,卢柯很多知识都自学。做实验需要物理学知识,他就捧着《非晶态物理学》自学,把书都翻烂了。到德国读博士后,他发现自己的热力学知识不够,就找书从头开始看。学完后,他还用热力学方法对自己的研究做了一个系统计算,这个计算让他发了一篇论文。

现在,他的学生做实验碰到热力学知识来问卢柯,他都能迅速地给出解答。学生诧异:“老师你怎么对热力学这么熟悉?”他就说,“热力学是我自己学的,所以印象极其深刻。你缺什么,就要自己去补什么。”

卢柯课题组合影

实验做完了,理论上解释不通也要去学习。2011年,卢柯开创了梯度纳米结构材料研究领域。研究之前,他只知道自己有点思路上跟别人不一样,他期待这一点能带来什么变化。实验结果让他惊讶,他一度无法解释金属中原本不相容的“高强度和高塑性”为何能在纳米尺度下兼得。他向人请教转换思路,从力学性能本质出发去分析,最终才弄明白。

卢柯总结自学的经验:“自己先琢磨,琢磨不透就去找人问。你就说,这个是什么,我看不懂,你给我讲一下嘛。我去问,你觉得我笨又有什么,我就这样。”最近,他又开始自学界面方面的教课书了。

研究生毕业后,卢柯才确定了自己的兴趣——纳米材料。他想探究纳米尺度的材料能带来什么。他觉得确定的时间有点晚了。

2016年5月19日,在中国科学院大学玉泉路校区的科学前沿进展讲座上,他把自己的求学体会转送给在场的300多名国科大本科生:“去找兴趣,越早找到越好。国科大的科学前沿讲座涉及各个领域,是找兴趣的好机会。”

“这一轮精品讲座扫下来,你对什么感兴趣,你到底喜欢什么,应该会有点思路。至少你能了解到老师们的兴趣。有时候,改变你兴趣的,不是一个学科,而是一个人。你跟了一个导师,这辈子就可能‘捂’进去这个领域了,能‘捂’进去是好事儿。”

科研就是自己跟自己斗

“捂”进纳米材料领域后,卢柯一直专注于对材料“制备-结构-性能”关系的思考,并取得了一系列成就。2000年至今,卢柯课题组先后研究出“纳米孪晶结构”“梯度纳米结构”“纳米层片结构”等几种新型纳米结构,研究水平国际领先,为开发高综合性能纳米金属材料开辟了新途径。

不是没有过挫折和痛苦,卢柯的实验也曾好多次做不下去。他说,“做不下去时,就跳出来,放到更大的视野下去看看。”

1998年,卢柯在参加学术会议的路上偶遇一位国际大牛,他兴奋地说起自己在做的表面纳米化研究。大牛一瓢冷水泼下来,“你去看某某人的文章,有人早研究过了,nothing new。”

备受打击的卢柯并没有叫停实验。他读完文章后,仔细分析别人做了什么,还有什么东西可以做。他和学生花了很长时间做样品。从1997年—2005年,第一代样品做出来,卢柯觉得“完了,就到这儿为止了!”样品坑坑洼洼,粗糙度太大,根本看不见表面纳米层对力学性能的效果。

“要放弃吗?”

“要放弃,这是技术问题,但大目标不变。”

“万一错了呢?”

“有可能错,那你也得承受。科研有风险,这是一个斗智斗勇的过程。”

“跟谁斗?”

“跟自己斗!”

卢柯扔掉第一代样品,扔掉了之前的原理,换思路带领学生又做了五年,还是什么都没做出来。不过,这回他认定自己的思路是对的,不放弃。

2016年5月19日,卢柯在中国科学院大学科学前沿进展讲座现场。

一年后,“两头粗中间细,界面光洁,强度和塑性都很高”的梯度纳米结构样品就做出来了。2011年,这项成果被发表在《Science》,起初大家都不相信能实现,后来又都跟风做。2015年,美国材料学会秋季大会上,还开设了专门研讨 “梯度纳米结构材料”的分会。

同时期,卢柯课题组还开展其他多项研究。2003年,他们发现利用表面纳米化技术将铁表层的晶粒细化到纳米尺度,其氮化温度显著降低。表面纳米化技术成功应用到了宝钢集团冷轧厂的拉矫辊上,大幅提高了拉矫辊的使用周期。

像这样能在短时间内投入使用的材料和技术是少数,“99%的新材料都停在死谷里,等待着走出去。”材料研发过程的复杂性、长周期、大尺度跨越、低成本要求,卡死了很多新材料走向实际应用,也让卢柯和很多从业者感到不幸,“大部分人在死之前,是看不到他研究的材料能用上的。”

照猫画虎,画出的永远是猫

经常会有人质疑:中国的制造业不行,是因为材料不行。卢柯觉得很冤枉,“美国、日本制造业发达,不仅是材料好,是整个系统都好。我们材料可以做得很好,但其他环节中只要有一个出问题,就不行。”

新材料使用前要经过4个阶段:发现新材料—发现优异性能—材料研究与发展—材料应用。在最关键的“材料研究与发展”阶段,又要经历“材料—部件—系统”3个维度的转变。每个维度都有不同领域的人在做,很容易产生断层现象。

这种断层是不幸的源头之一。“做材料的只关心材料能不能做出来,具有什么组织结构,什么性能等;做部件的只关心技术能否实现,成本低不低,批量生产可不可靠等;到系统时,又只关心系统的设计、稳定性、制造、功能、成本等。”卢柯说。

卢柯能把控的是要求自己和学生:“既要有技巧把材料做好,又要看到部件和系统对材料的需求。既要创新,又要在漫长研发周期中,学会坚守。”

“坚守什么? 坚守对基础知识的探索,坚守精益求精。不求甚解,是我们落后的原因。”卢柯反复告诫自己的研究生。

“与其说我们和国外的差距是材料技术上的差距,不如说是差在我们对材料本身的理解上。你都不知道这种制备能得到什么样的结构,这样的结构能有什么样的性能,你怎么能控制材料?” 在5月19日的讲座上,卢柯与本科生分享自己科研体会:“我们经常做的是把国外的东西拿来解剖,然后照猫画虎地做。人家是按照自己的知识体系建立起来的,我们画出的永远是猫。虽然现在引进技术,能让我们快速地走到一个阶段,但是我们很难突破,我们完全是在学习别人。”

卢柯认为:“要想有所突破,你就要从根上做,最基础的开始做。”计算模拟能简化材料设计,但是材料科学的基本规律,还有很多未知的。他说,“千万不要因为模拟计算量增大,就减少基础研究的实验工作量”。

他强调,“坚守似乎不是创新,但是它是把你的创新变得有价值,非常重要的一个步骤”。

“大概齐”文化太误人

卢柯经常拿网球来举例问学生:“知道业余选手的我和网球天王费德勒的差别在哪儿吗?”“我是‘大概齐’玩一玩就行,自己打好一个球就很高兴,后面打得稀里哗啦也无所谓。老费的每一个动作、每个环节都是严格训练出来的,他必须按照职业要求来打,无论身体多疲惫,动作都要精准。”

在他看来,职业科学家和职业选手一样——都要精准。科学研究最怕的就是“大概齐”,粗糙结果的发表会让很多人,尤其是你自己走弯路。

但是,中国的“大概齐”文化太强大了。“我们生活中都是这种文化,就像炒菜,这少点、那多点都没事儿。很多人都不懂得区分,以至于蔓延到工作和学习上。”而西方人的文化是“定量”文化,大量的测量工具都是西方人发现的,他们测量就为了定量。

卢柯观察到,一般人参加国际会议,做完poster(展板),材料就直接扔掉了。“可德国人不是,你花这么大精力做的poster,得拿回去挂在实验室。”

他在德国读博士后期间,有一回自己用画框把poster镶了起来,拿了锤子和钉子准备去挂,被导师看见了,导师立刻让他下来。第二天导师请来了技工,上下测量,选了视线最好的地方。第三天卢柯准备去挂poster,导师又不让,“这里光线有点暗,看起来会很压抑,等技术员再来这儿安装2个灯。”就这样,卢柯前后一共被折回来6次,才看着技工把poster完美地挂在墙上。

“是很费劲。但看起来非常好看,而且一挂就是好多年,我每次去都去能看到它。”卢柯认为,这是一种精神。

后来,卢柯曾多次到德国、美国、法国等地访学,访学时他最关注的是科学家们的思维方式。他学习德国人的严谨,一步步按照规则来;也学习美国人的思维跳跃,弄清楚原理后大踏步前进。这些学习,对他的影响是综合的。所以,同事说他“离开金属所不是回家就是去机场”,也可以换成另一句话:“他不是在工作,就是在学习。”

卢柯最不能容忍的是实验数据模糊或错误。有学生来汇报说实验材料的统计平均精密值是多少多少,卢柯会直接打断:“说最大的、最小的,大概值、大约数没有用。”也有学生写的论文,被卢柯发现有个数据没有考虑到温度的影响,结果不精确。卢柯就让他调整温度重新做,果然结果变化了,学生原本要发表的论文也被要求重新写。

但是,行为上的严谨和思想上的宽松并不矛盾。只要卢柯在沈阳,他只留出上午两个小时和下午一个半小时给自己,剩下的时间都留给学生。“讨论他们的实验结果,讨论他们还想做什么。实在没事儿,就闲聊天,大家很享受。”

职业科学家要一辈子与青年同行斗

纳米材料的未来会怎么样?卢柯认为,“可以研究的事儿非常多,前景非常广阔”。未来,可能现在的材料都不存在了,新的材料会取代它们。“纳米材料会重塑我们的世界。”

卢柯猜测自己应该能活到80岁。“那时候,我希望能弄明白纳米材料科学的基本框架,吃透纳米材料科学的基本原理。脑子里还要存很多的科研经历和故事,和年轻人聊天时,能聊点好玩的、对他们有价值的信息。”

去年,卢柯去拜访了自己80多岁的德国导师。见面前,老先生刚做了一场手术,看起来精神不济,卢柯调侃说,“跟我讲讲你这一年都做了什么”,老先生的眼神立马就亮了。

老先生退休后,自费参加国际学术会,去年他去了布拉格,今年还计划要到日本,只为做一个poster。其实也就是自己一个人在书房里勾勾画画计算推导的一些想法,或许根本就没人能看明白。

为什么还要让他去呢?他太太说:“得让他去,他只有到那里才会神采飞扬。”

人老了,孤独是最可怕的。卢柯想象自己退休以后,肯定不会一个人窝在沙发里,对着天花板发呆。他反问自己:职业科学家除了做科研,还能做什么呢?“做得动时,就去实验室;做不动时,就到青年人中去,青年人是我的同行。”

想象着导师跟年轻人聊天时神采飞扬的模样,卢柯说,“我以后肯定也会这样。”正如,此刻,聊天中的他神采飞扬。