（來源：科學中國人（ID：scichi）←關注它）

因制備出世界上最薄的材料石墨烯，2010年的諾貝爾物理學獎頒發給了在英國的兩位物理學家。這種僅有一個碳原子厚的材料，引發了一場電子材料革命，可能會極大地促進汽車、飛機和航天工業的發展，同時，人類還利用石墨烯研發了一系列具有特殊性質的新能源材料。

材料是社會進步的物質基礎與先導，是人類賴以生存和發展、征服自然的物質基礎。人類的歷史，不經意間被劃分成了舊石器、新石器、鐵器時代，并進入了以硅基半導體為基礎的信息時代。如今，現代新材料的發展，更是為人類文明的進步提供了無限遐想。

因被神奇的材料世界所吸引，上海交通大學特聘教授、“長江學者”劉河洲曾經躊躇之后決定轉換專業，投身材料學海洋，并立志與之相伴一生。

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本科學的是化學工程，研究生學的還是化學反應工程，劉河洲的第一份工作卻到了上海交通大學材料科學與工程學院復合材料研究所。這個地方一開始對他來說，是陌生的。

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劉河洲

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“我那時比較年輕，大概25歲，就覺得材料學是一個很令人神往的領域，所以很向往。當時從書中我也看到，復合材料的概念已經形成，在軍民兩塊都有非常重要的應用。”在采訪中，劉河洲向記者坦露心聲。

小時候的他是出了名的學霸，幾乎沒考過第二名。從湖南農村不知名的菜花小學、石橋中學、邵陽縣一中走出來，他一路“過五關斬六將”，以優異的分數考入無數學子夢寐以求的清華大學。受初中化學老師的影響，劉河洲對化學很感興趣，他想都沒想就填報了化學工程學專業。這一讀就是8年，直到他工作后遇到后來的博士生導師吳人潔先生，前行的方向就此發生了改變。

“材料的主體分成三大類：分別是金屬類材料、陶瓷類材料和高分子類材料。”他這樣解釋自己轉專業的原因，“我為什么會選擇高分子基材料作為后來的研究方向呢？因為高分子主要是靠合成而來的，與化學、化工有著千絲萬縷的聯系，可謂結合得比較緊密，所以我就自然而然地選擇了高分子復合材料這個方向。同時，導師吳人潔先生是我國復合材料領域的開拓人之一，我受導師的啟發和影響也比較大。”

吳人潔先生曾經在中國科學院北京化學研究所工作多年，主要研究碳材料和復合材料，為我國第一顆東方紅衛星研制成功過碳碳復合材料。20世紀80年代，已經做到研究所副所長的吳人潔為了照顧年邁的父母回到上海，來到上海交通大學（簡稱“上海交大”）材料系工作。“他在中國科學院化學研究所做碳纖維及復合材料研究，到上海后需要結合金屬材料研究，于是和上海交大的張國定教授等同事們開拓了金屬基復合材料這個新領域。我的專業背景和吳先生比較相似，他是從中國科學院化學研究所的碳材料研究轉為上海交大的復合材料研究，我的專業從原來的化學工程轉成了復合材料。所以，我立志拜吳先生為師，做他的博士生。”劉河洲告訴記者。可以說，吳人潔先生不僅將劉河洲領進大門，領略了材料學的波瀾壯闊，而且以自己的為學和為人影響著他。“我的導師吳人潔先生是個很有智慧的人，他學識淵博、為人謙和，80多歲依然思維活躍，分析學術和技術問題總能切中要害。特別讓我佩服的是，那么大年紀寫書依然下筆如有神。先生對學生嚴格中有包容，我對他懷抱永遠的敬仰。”回憶起恩師，劉河洲滿含崇敬之情。

隨著科學技術的不斷融合，如今的跨界人才“一將難求”。這從另外一個角度也反映出一個事實，跨界人才的確在研究中有自己獨有的優勢。對此，劉河洲深有感觸，“納米材料的合成主要是化學專業做的事情，搞材料的人如果沒有化學基礎很難深入做材料的合成。而復合材料更是融合材料化學制備、多相材料界面物理與化學，還牽涉到復雜環境中的材料理化性能和功能的演變，所以我原來學的化學反應工程讓我在做材料研究時受益良多。”他也提到自己清華大學的幾個同學，原本學物理化學或化學工程，后來在材料科學領域也做得很有起色，在他看來，大家都是有同一個夢想，為材料研究添磚加瓦。“畢竟我國的材料研究還有好多短板，與國際先進水平差距還很大”。

隨著學科領域的發展，很多研究的深入都倚仗學科的交叉融合。劉河洲談到：“大學畢業前，以為按照我學的專業，以后要去搞化學工程，可以為國家的一些大化工建設出力。如果我沒有讀研究生，我可能就分到家鄉湖南長嶺煉油廠、岳陽化工廠這些國家企業，那很可能是另一番不錯的人生景觀。但后來因為求學，機緣變化加上自己的思考，慢慢找到了自己特別感興趣的方向。現在我對材料學研究充滿熱情，既期望在基礎科研領域做一些國際前沿創新研究，更期待在國家重大需求領域、特別是國防新材料領域有所作為。”

清華大學畢業30年后再見班主任

“蒙山高，沂水長，軍民心向共產黨。心向共產黨，紅心迎朝陽。迎朝陽，爐中火，放紅光，我為親人熬雞湯。續一把蒙山柴，爐火更旺，添一瓢沂河水，情深誼長。愿親人，早日養好傷”伴著紅色舞臺劇《沂蒙頌》的唱腔，一個小紅軍緩緩走上舞臺，白色的小襯衣，腰間扎著皮帶，別著一把黑色手槍。這是小學時代，劉河洲在縣城舞臺上代表菜花小學表演的一個小紅軍的角色，至今回想起來，他也會覺得很過癮。“道具木手槍是自己用墨水涂黑的，回家后才心疼地發現手槍把白色襯衣染黑了。”他開心地講述著當時的場景，“在我們縣城里演完后，我更加覺得當解放軍戰士好有味、好光榮。”

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劉河洲是在湖南邵陽農村長大的，當地民風淳樸。湖南是革命圣地，父輩們對革命先驅都如數家珍，所以從小在他心底就珍藏著一份軍旅情結，對軍隊、軍人、軍事很著迷。“從小我們玩得最多的游戲就是打仗。我還記得在讀大學時，一個老鄉在空軍指揮學院讀書，我特別喜歡穿他的軍裝，他就送了我一套不帶徽章的軍裝，我還興高采烈穿到長城上去拍過照。”對軍旅的這種情懷，已經從小滲入他的骨髓之中。劉河洲笑稱，要不是因為成績過于優異被老師嚴詞要求報考清華大學，自己一定選擇近在長沙的國防科技大學。

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雖然與軍事院校擦肩而過，但是后來在復合材料的研究中，劉河洲的精力更多地放在軍事應用中。雖沒有直接走進軍營，但卻有機會用自己的智慧為我軍裝備提升做出貢獻，這也算是圓了劉河洲最初的軍旅之夢。近年來，他更是緊密結合我軍“撒手锏”裝備對特殊功能復合材料的需求，開展了一系列減振降噪吸波等功能型復合材料制備科學研究，探索在極端服役環境條件下功能復合材料的性能變化規律，為新材料的設計研制提供基礎依據，并著力該領域的科研團隊建設與人才培養，為支撐相關國防關鍵材料在新技術裝備的應用殫精竭慮、砥礪前行。

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這些研究中，包括耐特殊服役環境的功能復合材料，涉及大型空中運載裝備與空間結構特種功能復合材料、超高速飛行器熱密封材料、水下裝備減振降噪復合材料等。在科研實踐中，他始終沒有忘記少年時代的夢想與情懷，始終瞄準關系國家安全和戰略利益的重大裝備對特殊功能復合材料的需求，把為重大工程型號提供關鍵材料和技術支撐作為自己的使命和追求。

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正因為他專注于功能復合材料的基礎與應用研究，并在國防領域關鍵材料研制與應用方面做出獨特貢獻，被評為國防科技領域的“教育部長江學者獎勵計劃”特聘教授。回憶起“長江學者”的遴選，劉河洲談道：“我以前也沒想過要去評長江學者，后來一個偶然的機會，別人說，你做這么多的國防領域的工作，去參評吧。我就想去試一下，結果還評上了。”后來他才知道，國防領域的長江學者評選競爭異常激烈，每年全國只遴選出五六個人。對此，他看得很淡，“評上并不是說明你真的比人家厲害，只能說這是對自己工作的一個總結，說明自己在這個領域里做了一些有意義的事情。”

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參加學術會議時留影

材料的不斷發展與進步一直是人類社會前進的重要基礎之一。從人類的發展史看，當社會發展向材料提出更新更高的要求時，可以促進新材料的發展；而一種重要的新材料的發現與應用，能使人類支配自然的能力向前跨一大步。正是因為這種原因，人類的歷史曾以使用的主要材料來加以劃分，如石器時代、青銅器時代、鐵器(鋼鐵)時代等。一個國家的材料的品種、數量和質量，已成為衡量該國科學技術、國民經濟水平和國防力量的重要標志。

在與復合材料長達20年耳鬢廝磨般的熏陶下，劉河洲期待盡量對記者將書本上的概念闡述得淺顯易懂：“復合材料就是把不同相的材料組合在一起，通過界面結合使不同材料產生復合集成效應，從而讓其性能達到最優。”他舉例說，“像塑料、橡膠這類的高分子材料，優點是韌性好、成型方便，缺點是強度不夠。為了增加這類材料的強度，一個有效的做法就是加入纖維，特別是當加入足夠多的超高強度的連續碳纖維時，就成了比鋼材還強的復合材料，可以用來做成大飛機的翅膀。可以想象一下，材料復合產生了多么大的效應，復合材料在不同場合可以發揮很大的作用，這也就是復合材料的神奇之處。”

在他看來，新型復合材料的神奇之處不僅僅是更高的力學性能，還可能帶來更多的功能特性來滿足新時代的需求。他舉了一個能量轉換功能復合材料的例子，“比如壓電材料大家都用過，一次性打火機就有采用壓電材料的，小朋友的發光鞋里面也裝了壓電材料。如果把壓電材料加到高分子材料里做成復合材料，在外來壓力的作用時，壓電陶瓷會產生電，機械能變成了電能，電能通過電阻又會變成熱能散掉，這就實現了機械能到熱能的能量轉換和耗散的功能。”他繼續說道，“通過特殊的設計和加工，這種功能復合材料可以用于垂直起降航空發動機風扇的減振，還可能用于潛艇的聲隱身。”他提到的這種能量耗散型功能復合材料，可以將外來的能量盡量吸收、耗散掉，讓外來探測波能量“湮沒于無形”。水下航行器、潛艇主要是靠聲吶來探測，聲音探測到物體，返回去成像后就能知道物體的位置和尺寸。如果利用材料結構將聲波吸收一部分，返回信號就會減弱，使得探測距離必須縮短，從而減少了被遠程探測到的幾率；同時，安裝在潛艇上的發動機等設備噪聲會通過船體在水里傳播，會被對手聲吶探測到。減振降噪功能材料能吸收振動與噪聲，使對手探測難度大大增加，從而同樣可以達到隱身的效果。他解釋說：“這是一個陶瓷功能材料與高分子材料復合的一個有趣且有重大潛在應用的例子。做這些有趣又有用的研究，初想起來往往心花怒放，過程常常困難重重，有些還是讓人非常頭疼的難關。但是想到這種研究的價值，總是能夠讓人增強力量，增加迎難而上的信念。”

談到復合材料的應用，一定離不開航空領域，因為材料技術是航空武器裝備發展的基礎。“一代材料，一代飛機”，復合材料的比強度、比模量（同樣重量材料的強度和剛度）優勢，為軍機的更新換代提供了重要支撐。他提到，現在航空領域對“復合材料”的定義和評價是最積極的，復合材料在航空領域的影響也是最突出的。在商業民用飛機領域，國外飛機制造商正在開展一場復合材料應用競爭。“因為復合材料的密度約是鋁的1/2，減重就意味著更低的油耗。而油耗控制是商業航空一個永恒的主題。如果撇開其他商業競爭，波音和空客在復合材料用量上的競爭一定是最激烈的。空客A380使用22%比例的復合材料來取代鋁，波音787夢想飛機復合材料的比例馬上提高到結構總重的50%，而空客A350飛機復合材料用量則創新高達到52%。據說波音新飛機目前在沖擊60%以上復合材料用量。” 從這個意義上看，復合材料在產業界、學術界的影響力可見一斑。他預言，將來的新能源和智能化汽車，也將朝更多使用輕量化復合材料的方向發展。

科學興起和研究的目的，都是為了解決問題；面對實際問題的科學，發展得尤其迅速。他特別提到用于軍工的新材料，由于牽涉到很多涉密技術，劉河洲發表在各類雜志上的文章并不是很多。他說：“照我這個年齡來說，文章數量不算多，但我關注的并不是文章的數量,而是希望能多做一點有實際價值的研究。”這是他對自己的要求，也是在團隊建設和人才培養方面的追求。對人才的培養考核上，他不贊成只看論文的科研考評體系。他提到，他所在的上海交通大學提出，科研工作者要“頂天立地”，“頂天”是指基礎研究要做到學科的國際前沿上，爭取進入國際研究領域的尖端；“立地”是研究要面向國家需求、產業需求、百姓需求。他主張兩方面都要抓，尤其是“立地”的工作一定得做好，因為立地是保障。他希望未來創新人才，不僅有能力在國際刊物上發表高影響因子的論文，更重要的是把基礎工作做扎實，深入實際問題，解決實際需求，不要為了研究而研究。對于自己培養的研究生，他提出無論是在“頂天”還是“立地”方面，都要積跬步以至千里，“一定要超過老師，也一定會超過前輩”。

21世紀是以新材料為重要基礎的知識經濟時代，對于我國來說，既是一場挑戰，又是一次機遇，誰掌握了最先進的材料，誰就能在高技術及其產業的發展上占有主動權。他提到，目前國家間激烈的貿易競爭與摩擦其實是以科技競爭力為主要后盾，無論是在信息產業和航空產業國際擠壓中，還是在智能制造領域的國家博弈里，先進而可靠的材料技術都是不可或缺的競爭力。“無論在傳統航空發動機材料，或是在新能源材料，特別是先進制造和人工智能新材料領域，我們國家還有很多的難關需要突破，而材料的發展又是一項很耗費人力、物力和時間的事情，因此還需要一代材料人的努力。”

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送別畢業生

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劉河洲，上海交通大學特聘教授、博士生導師，教育部長江學者特聘教授（國防科技領域）。研究領域主要包括應用于國家重要領域的特種高分子材料及其結構與功能一體化復合材料，應用于能源及環境領域納米催化與光電材料以及生物可降解復合材料。

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曾主持國家大飛機材料專項、總裝專項工程基礎理論研究、國家自然科學基金、國家原“863”高技術計劃、某領域材料配套研制及上海市基礎研究重大項目等多項課題，取得了國內外同行關注的研究成果。在國際知名期刊上發表SCI收錄論文100余篇，他引超過1000次，申請和獲授權國家發明專利30項。