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从宏量制造到微纳创造——材料、物理、分测赋能新时代 精选

已有 4954 次阅读 2022-7-17 08:47 |系统分类:科研笔记

  摘要:要实现中国创造,到底怎么做,除了概念的创新创造之外,更多的要关注本质的创新创造,关注细节,材料人眼里容不下一粒沙子,材料中容不下一个气孔,只要我们关注的维度提升一个量级,工程的可靠性就可能数倍提升,就可能做到100%可靠,实现创新创造。

记得有一部电影,关于大工程,大桥、大厦、大路、大场、大港、大塔等等,甚至当年的大炼钢铁,看着听着说着都热血沸腾,投身其中,值得骄傲,确实代表了一种强大的能力。但是在能做大的同时,如何做到强,做成百年大工程,甚至千年大工程?或者换句话说,做一件良品容易,如何做到件件良品?做50%的可靠性容易,做到99%也不难,但是如何做到100%可靠?并且在100%可靠性的情况下还有低成本,否则没市场竞争力,照样被淘汰,这都是现实面临的问题,也是从富起来到强起来的过程中必须面对和解决的问题。

有句古话“千里之堤毁于蚁穴”,也有很多工厂的管理标语“细节决定成败”,说明细节很重要,包括听身边不知多少人说:某某大桥,刚完工一年,柱子生锈油漆脱落,钢筋外露;某某大路,刚修没几年,半边垮塌;某某大树,刚移过来没多久,被风吹倒了;某某大夏,风吹着在晃动?这里面有些是施工质量问题,但更大面积的牵扯到工程技术、细节和质量标准的问题。例如装修用水泥沙子,用铁锹拌了一遍就铺砖,必然会出现宏观的不均匀,半年后下雨开始积水;如果拌了三遍,则均匀性、牢固性显著提高。

中华民族有关注细节的传统,例如有很多民间艺人,在大米上刻字、作诗、作画,但能否做到两个大米的字、诗、画完全一样?估计手工时代无法完成,需要机械般的操作。

网上流传一篇35个卡脖子领域的清单”,不知真假,也无须关注真假,但大家看看,其中没几件大的事,基本都是微纳的事;或者关注的是部分,而不是整体;关注的是材质,而不是产品;这说明大的结构容易设计,容易实现,但是小的、微的精确设计及其准确控制和实际实现被卡住了。例如卡脖子的芯片,追求的就是纳米的线宽,14nm7nm4nm3nm2nm......

微纳的创造必然需要微纳的识别与诊断,从理论的概念都可以有,但是现实如何实现,例如代表微纳分析的先进测试仪器(XRDSEMTEM等)基本都来自进口;具有精确控制的数控机床也来自进口;具有高端性能的某些材料也来自进口,例如二硅化钼,我们就做不到全球第一;例如钢材成分和组织的精确调控能否做到全球领先,不知道,不赘述。

科学的发展出现了大量越来越微纳的单位,飞秒、夸克、纳克、皮米、微升,PPT,这些都是很微小的概念,甚至还有更小的维度,如何识别和操控,或者是我们的大工程是否从这些微小的概念进行了精细设计?也许有的不需要,也许有的真需要但是没关注到。

有些时候,我们从尺度上可以关注到上下几千年,甚至几亿、几十亿年,例如白垩纪开始于1.45亿年前,结束于6600万年前,历经7900万年,但是能否从千万年的跨度中分离出其中的某一年、某一天、某一秒发生了什么巨变?导致了什么结果?感觉都是难题。

曾经有人说,你看哪些搞工程的老师,整天在现场跑、拉项目、有钱,然而搞材料的老师,基本都整天趴在实验室做实验、写论文;不止一个人说,搞材料的就写了那么几篇论文,废纸一堆,有啥用?你看我设计的这个,超大型号、翻转结构......,其实设计的我们都能实现,感觉也基本都没被卡脖子(个人臆想,不对之处多拍砖),然而卡脖子的大多都和材料相关,和细节有关,和微纳有关,材料人关注的都是微纳世界,材料人的眼里容不下一粒沙里,材料的世界里容不下一个气孔(当然多孔材料除外),所以材料的问题解决了,设计就可以达到目标,按照材料人的思维模式就可以实现工程的100%可靠。再追根朔源,材料关注的内容都是基于物理的基本特性和化学的基本原理,而分析测试都基于物理的原理而发展,例如一个X射线及其拓展和应用先后产生了24位诺奖。

老百姓已经走过了温饱的年代,开始要吃细粮,甚至做饭用称来定量,我们已经走过了贪大求全的年代,我们要从粗放型发展转化为内涵式发展,从大转化为强,从大工程改变为做百年工程、甚至千年工程,那内涵是什么,怎么转化为强,必须关注内部的微纳结构。

中华民族是一个勤劳智慧勇敢的民族,我们设计了千千万万,如果我们能关注每一个细节,每一个微纳结构,保证其100%微纳均匀性,我们就可以再创造千千万万。微纳创新是否一定要到微米甚至纳米级别,不能简单的生搬硬套,微纳和宏量相比也是一个相对的概念,对于芯片来所,宏量就是几十纳米级别,而微纳就是几个纳米级别,就是说如果就目前关注的维度提高一个数量级,其可靠性估计会获得显著提高,甚至会成幂指数的关系提升。

微纳的创造需要物理、材料等基础学科的全方位支撑,需要现代分析与人工智能的全方位支撑,从原理上搞明白微纳设计,从施工上搞明白微纳特征,就可以做到100%可靠。所以要大力重视材料与物理等基础学科,生化环材不是四大天坑,是创新创造的根本,是百年乃至千年工程的基石,材料、物理和微纳测试必将赋能新时代,助力两个一百年,实现中国梦。

——灵感来自和同事讨论分析测试的宏量测试和微量测试。2022.07.16初稿,2022.07.17终稿。



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