松山湖材料实验室的新材料创新矩阵

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编者按

2019年，《粤港澳大湾区发展规划纲要》正式发布，为大湾区未来发展指明方向。作为粤港澳大湾区及广深港澳科技创新走廊重要节点区域，松山湖在过去18年广纳英才，已成为全球创业者的乐园。

为更好挖掘湾区创业故事，展现松山湖各领域创业者的精神特质和理想追求，2019年，松山湖管委会与南方日报东莞新闻部联合启动《松山湖创业故事第五集之寻找大湾区创业部落调研》，面向粤港澳大湾区寻找从松山湖功能区走出去的创业部落，研究其群体特征、未来趋势和发展需求。2019年11月起，南方+客户端开设《创业看松湖》专栏，将以系列报道的形式，刊发调研成果，敬请垂注！

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“谁掌握了材料，谁就掌握了未来。”在东莞松山湖材料实验室的展厅内，墙上的这句标语醒目而响亮，这也是中科院院士、实验室主任汪卫华一直以来所秉持的信念。

作为中科院物理所较为年轻的一批院士之一，汪卫华是国内材料研究领域的顶尖学者，并且参与过北京怀柔科学城等国内多个重大科研项目的建设。从1987年进入中科院固体物理研究所至今，他已经与材料研究打交道超过30年，他深知材料对于整个社会发展的重要意义。

2018年初，东莞松山湖材料实验室揭牌成立，2018年4月，松山湖材料实验室揭牌，目标定位为有国际影响力的新材料研发南方基地、未来国家物质科学研究的重要组成部分、粤港澳交叉开放的新窗口及具有国际品牌效应的粤港澳科研中心。

高定位背后是强大人才队伍的支撑。王恩哥院士担任理事长，国家最高科学技术奖得主赵忠贤院士担任实验室学术委员会主任，材料领域专家汪卫华院士担任实验室主任，此外还有陈东敏、赵金奎等一大批顶尖科学家纷纷加入，实验室多层次人才队伍迅速成型。

近年来，中国散裂中子源、南方先进光源研究测试平台相继落户松山湖科学城，为松山湖乃至东莞的创新发展装上了原始创新的新引擎。在此基础上，松山湖着力完善创新链条，在科研成果与产业应用之间构建起一系列中间平台，提升科技成果产业化落地，让创新不“踩空挡”，为全链条创新体系补上了关键一环。

作为广东省首批建设的省级实验室之一，松山湖材料实验室揭牌以来，致力于让科研成果与产业应用相对接，为产业发展助力，布局了公共技术平台和大科学装置、前沿研究板块、创新样板工厂、粤港澳交叉科学中心四大核心板块，打造“前沿基础研究→应用基础研究→产业技术研究→产业转化”的全链条创新模式。成立两年来，一大批海内外一流人才来了，一大批创新创业团队来了，他们手中的先进研究成果也来了。依托这一科创平台，东莞这座传统制造业城市，拿到了一张面向未来科技领域尖端竞争的入场券。

将材料研究最新理念引入实验室建设

“石器时代”“青铜时代”“铁器时代”“硅时代”……每一种新材料的发现和应用推广，都带来了生产力和生产方式的巨大变革，影响着社会的发展走向。

材料实验室规划效果演示

在科技高度发达的当下，材料的作用更是前所未有地凸显出来。从决胜空疆的新一代超音速隐形战机，到巡航九天的宇宙飞船；从被誉为“人造太阳”的核聚变实验装置，到不断突破算力上限的高性能半导体芯片……几乎在科技竞争的每一个赛场上，最后的角力往往都聚焦于“新材料”的研发突破。

作为一名材料研究领域的专家，汪卫华主攻的研究方向是非晶合金，俗称“液态金属”，这种材料具有很多优良性质，具有广阔应用前景。他介绍道，非晶合金作为软磁材料每年已经有超过1000亿元的市场，例如变压器中交流电方向通过变压器进行循环，当前电力领域的能耗几乎二分之一消耗在变压器上，如果采用软磁材料，就可以大大减少循环中的能量损耗，比硅钢等传统用材节能40%以上。

此外，非晶合金强度是钢的七八倍，更是远强于目前电子消费品常用的铝材料，并且一次压成，不需要再加工就可以获得非常平顺光滑的外观，还可以做到非常薄等。因此在消费领域的3C产业中，非晶合金应用很广泛，东莞台一盈拓、宜安科技等企业就在从事非晶材料研发应用，并具有较高技术水平。近些年，汪卫华团队也与这些东莞厂家合作，不断提升产品的良品率，并且开发一些新的工艺。

实验基地厂房内正在进行设备安装

目前，快速发展中的材料实验室已经成为汪卫华工作的重心之一，他也越来越多往返于北京和东莞之间。作为材料研究领域的学者，汪卫华将自己在材料研究中的很多经验和想法带到了东莞。

“材料实验室建设筹建之初，我们就提出建专门平台，把世界上材料研究最新理念引进来。”汪卫华形容，过去材料研究的方法就像是炒菜，把各种不同的食物原料放进去不断尝试调配出哪种“口味”，不断“试错”，所以也叫试错法。炒菜淡了就加盐，颜色不好就加酱油，慢慢尝试，周期很长，所以一个新材料从实验室发现到应用一般要20年。

汪卫华院士

今后材料实验室运行过程中，有望引用材料研究领域最新的理念，比如材料基因组理念、人工智能理念等，比较先进手段，集中大量资源，就像当年做人类基因组研究一样进行研究。先用大型计算、人工智能来缩小研究范围，再通过高通量实验加快研究进程。

此外，材料实验室建设选址旁边已经建有中国散裂中子源，未来还可能建起南方先进光源，材料实验室将来还要建一个极端材料环境设施。“三个大科学装置聚合，使得实验室将来可以达到世界上最高的压力、最低的温度、最强的场、最大的变形，这种非常极端环境有利于做出更多的新材料。”

材料实验室成为新名片

松山湖材料实验室的建立，也使得东莞与另一位知名学者建立了交集——中科院院士王恩哥。

中科院院士王恩哥

2017年，60岁的王恩哥退休了，不再担任中科院副院长。当时，他收到了几个邀请，其中一个来自广东，东莞市政府想在松山湖建一个材料实验室。王恩哥犹豫了，“因为我不知道我还有没有这个力气。”但最终，他还是选择了东莞。

60岁前都是被挑选，60岁以后才有机会选择。挑这个担子，王恩哥说是自己退休后的自主选择。他说，打造具有新体制机制的材料实验室，探索打通从科研到产业化“最后一公里路”的规律，是他人生中最后一个目标。松山湖材料实验室成立后，王恩哥出任实验室理事长一职，从此人们在东莞本地新闻报道中越来越多见到他的身影。2019年5月，在东莞举行的“粤港澳大湾区东莞发展新机遇”论坛上，王恩哥出席会议并向公众阐述了实验室建设的整体框架。

“松山湖材料实验室共分四大板块：第一个是前沿科学研究板块，主要是中国科学院物理研究所的研发优势在东莞进行的研究方向与领域的扩展。第二个是公共技术平台板块，如材料结构的表征、材料性质的检测、材料标准的制定等。第三个是创新样板工厂板块，含有高科技的产品在样板工厂实现‘中试’，再推出市场和东莞甚至粤港澳大湾区的企业相结合。第四个是粤港澳交叉科学中心板块，类似于国外的科学交流中心，目前，交流中心的运转顺利，欧洲、日本的一些科学协会和企业都愿意和松山湖材料实验室来合办粤港澳交叉科学中心。”

着眼于粤港澳大湾区建设，王恩哥对于东莞的发展前景有着更高视角的观察和解读。在他看来，大湾区目前已经具备了建设国际科技

创新中心的基础，但是相对于北京、上海，甚至合肥，粤港澳大湾区在基础研究、实验室及大科学装置布局、大学等方面还存在短板。

“但令人欣喜的是，在基础研究和原始创新方面，东莞已经有所思考并先走了一步。”他指出，建在东莞的散裂中子源是中国第一台、世界第四台散裂中子源装置，是国际前沿的高科技、多学科应用的大型科学装置，为粤港澳大湾区国际科技创新中心建设打下了坚实的基础。

“我相信，松山湖材料实验室将会成为广东和东莞的一张名片。”他满怀信心地说道。

面向海内外广泛招揽尖端创新人才

人才是科学研究的主体，没有人才，创新就无从谈起。如何充分利用国内外资源，为松山湖材料实验室招揽一批具有国际竞争力的人才队伍，是王恩哥和汪卫华格外注重的问题。

值得庆幸的是，材料实验室前期投资50亿元，远期投入有望达上百亿元，以如此巨大的投资规模建设一个材料实验室，在世界范围内都较为罕见，对很多研究团队和一流人才产生了巨大吸引力。王恩哥带队参加在美国召开的上千人参加的国家物理学大会时，就以材料实验室的名义积极向全世界的材料学家进行推介，并在美国硅谷分别请

多位顶尖的材料科学家为广东建设材料实验室建言献策，收集到很多好意见。

“国际同行对于我们建设材料实验室都持非常积极的态度，希望我们能将这里打造成为一个开放合作的平台，吸引全世界更多顶尖人才到实验室工作。”汪卫华说道。

赵金奎教授就是实验室引进的高层次人才之一，自从1986年进入中科院物理所中子组攻读硕士以来，已从事中子散射工作三十多年。早期，他在德国GKSS研究中心工作，并获得汉堡大学博士学位。这期间，他主要从事动态核极化样品的极化中子散射工作，并发现了动态核极化样品中的极化质子团的散射现象。之后，他加入了美国散裂中子源，并在那里领导建立了宽动量域小角散射谱仪。

赵金奎教授

目前，赵金奎是中科院物理所杰出研究员、凝聚态物理国家研究中心首席科学家，同时也是材料实验室首席科学家之一，主要依托材料实验室平台开展一些中子相关的研究。在此过程中，他也发挥自己的优势，为实验室发展广泛募集海内外优秀人才。

“国内的中子研究起步较晚，基础相对薄弱，因此我们面向全球寻找资深专家学者，引进到松山湖。”他表示，经过一段时间努力，目前实验室的骨干人才框架已经初步搭建起来。

技术成果向市场应用转化加速跑

作为一个从事材料领域研究数十年的学者，汪卫华一直密切关注国内外材料研究应用的最新状况。据其观察，目前国内的材料研究在所有物理、化学等学科当中，不论基础研究还是国际化程度等都发展较好，但是与国外同行横向对比还存在很大差距，“曾有一份研究数据指出，目前我国发展所需的关键材料中仅有约20%能够做到自给，30%完全受制于国外，剩下50%是虽然可以自制但质量较差”。

研究人员查看记录实验数据

虽然国内有些实验室在个别基础研究方面比较突出，但是做到“全链条”还很难，尤其是市场对接转化方面比较薄弱，所以在广东打造的材料实验室实现“全链条”打通，成为汪卫华所关注的又一个重点。

广东汇成真空科技股份有限公司是位于东莞大朗镇的一家高新技术企业，专门从事真空应用设备类的研发、生产和销售。在产品所使用的新材料上，汇成真空科技董事长罗志明表示，企业研发对设备的依赖度特别高，然而新材料检测设备的购买成本、设备使用的人力成本都十分高，“买得起养不起，还需要招聘专人来使用”。

过去，汇成真空科技与周边高校有过合作，近来，他们把目光投向了材料实验室，“无论是设备，还是使用设备的人，他们都有，而且设备更齐全、人员更专业”。

坐落于松山湖，让实验室可以从更多角度与城市互动。近期，材料实验室与松山湖望野博物馆（筹）进行了多次交流，围绕文物研究方面展开合作，探讨利用现代的技术手段对一些考古研究中的推测进行验证，共同拓展更多研究领域，带来更多有益成果。

在松山湖管委会牵头下，松山湖材料实验室与多家企业及单位形成有效对接，实现创新互动。目前，松山湖已在探索借助散裂中子源和松山湖材料实验室等平台，利用高科技检测与修复手段，开展文物鉴定、维修、保存等技术研究，建立文物检测与修复研究中心，带动“文化+科技”相关产业在园区发展，多元化创新科技成果的产业化路径。

探索科研体制创新走出一条新路

推动科研成果顺利产业化，是松山湖材料实验室最重要的使命和愿景之一。其中，创新样板工厂发挥着关键作用，成为实验室推动产业技术研究与产业转化重要环节。

科研成果在样板工厂内进行小、中试孵化，并适机与社会资本结合，持续培育出一批有发展潜力的新材料高科技企业……通过创新探索，创新样板工厂走出一条科技成果转化的可行路径。同时，通过密切关注材料产业链上下游企业的研发难题，实现产业需求对科研的反向拉动。

先进陶瓷与复合材料研究院的成立，便是材料实验室创新样板工厂创新成果转化机制取得实效的重要成果。

2019年,地处东莞东南临深片区中心的塘厦镇主动与松山湖材料实验室对接，提出打造科技成果产业化中试孵化园区，形成百亿级新材料产业集群。

2020年5月22日，东莞先进陶瓷与复合材料研究院在塘厦镇正式揭牌，创新样板工厂中的3个团队：付超研究员带领的多孔陶瓷及其复合材料团队、曹永革研究员带领的光功能透明陶瓷及其产业化团队，以及刘开辉研究员带领的轻元素先进材料与器件团队入驻。

“我们松山湖材料实验室不会做苹果一代机换成二代机的事情，我们要做的是颠覆性的工作。松山湖材料实验室与塘厦镇等多方的联合，将为实验室在探索科技成果产业化的路上又迈出了关键、坚实的一步，同时也将为国家‘硬科技’发展贡献创新力量。”

王恩哥举例道，曹永革教授的团队，其多年潜心透明陶瓷研究，不仅解决了传统LED无法进入超高功率特种照明市场替代传统千瓦级汞灯的技术障碍，还在超高折射透明陶瓷领域开发出了新型的透明陶瓷，可将手机高清摄像头减薄至1/2、8K超高清摄像头镜头组减薄至1/5，是国内外唯一掌握无色、透明率达到理论值、高良率制备的团队。

先进陶瓷与复合材料研究院以多孔陶瓷材料、复合材料、透明陶瓷材料、单晶薄膜材料为突破口，致力于先进陶瓷与复合材料领域关键核心技术的突破和科技成果的转移转化，打造具有国际影响力的产业化基地。

曹永革和付超的团队是材料实验室引入的第一批创新样板工厂团队，两人坦言，当初从科研院所离岗来到材料实验室，前后着实做了一番心理建设。

从一个科研工作者变成一个创业者，身份转换的过程非常痛苦。科研工作者只需要懂得技术，创业者除了技术之外，还需要掌握管理、市场、金融知识，得成为全才。“我们说‘教授下海’，其实大家也都做好了心理准备，那就是前期肯定是被淹的，但最后我们一定要生存下来。”曹永革说道。

事实证明，这条路他们没有选错。目前，研究院已经在4个领域取得国际领先水平，有6个已成熟、可产业化的项目，旗下有8家产业化公司成立，有27项已申报的国家专利，并与各行业的34家龙头企业签署了合作协议，与100余家客户达成了应用约定。

“我们的东西到市场上去，基本上没有同水平产品能跟我们竞争。”研究院院长付超表示，多年的科研深耕，是团队的优势所在，大湾区创业沃土所带来的奋发与创新精神、东莞的各项政策扶持，让他们将这种优势发挥得淋漓尽致。

除了先进陶瓷与复合材料研究院的三个团队，材料实验室的其他创新样板工厂团队也正在取得全方位进展，呈现出繁星点点的新格局。

锂离子电池、半导体、先进陶瓷、骨水泥、仿生冷冻……在松山湖材料实验室创新样板工厂内，两批18支创新团队的研究课题与当下最前沿、最热门的领域紧密结合，具有广阔应用前景。

两年多来，这些“身怀绝技”的创新团队，为松山湖带来了一系列重要的创新成果，擦亮了松山湖的创新名片，同时，松山湖与材料实验室也为这些团队发展提供了优越的发展平台与空间。立足松山湖，放眼全世界，一支材料创新领域的“奇兵”正在这里孕育而生。

“我们将来在实验室五年甚至十年的建设过程中，通过跟当地企业、政府交流互动，也会不断产生更多新的想法，包括如何办好实验室、如何与产业化结合等。”

随着实验室建设逐步推进，汪卫华对未来的前景有着更多思考。在他看来，材料实验室建设有另外一个重要目的或使命，就是进行体制创新探索。虽然短期内材料实验室打造要参考英国卢瑟福、美国橡树岭等实验室，但汪卫华希望，将来实验室能走出一条自己的路，能够创造新的产业模式，包括在打通“全链条”、材料发展、科学文化等方面做出特色，让其他人来“借鉴模仿”。

在目前推进的北京怀柔科学城建设中，中科院物理所也是参与主力之一，第一批最先进驻的材料基因组平台、清洁能源材料平台与综合极端条件实验装置等3个平台，总投资30多亿元，并有相关土地配套。

但汪卫华同时认为，在北京开展一些模式上的改变尝试不如广东灵活便利。广东省拥有全国经济第一位的基础，并且靠近香港创新资源，发展优势突出，“希望将来在广东探索的一些新的模式可以对其他地区产生倒逼，形成可借鉴的经验”。

【策划】黄少宏

【统筹】陈启亮

【采写】南方日报记者 陈启亮

【摄影】孙俊杰

【摄像】陈启亮 黄浩博

【剪辑】李玲