2020年9月6日，2020未来科学大奖在北京揭晓， 中国科学院金属研究所研究员、辽宁省人民政府副省长卢柯摘得三项大奖之一的“物质科学奖”。奖金为100万美元奖金，使用方式不受限制。

将未来科学大奖颁发给他，是为了奖励他开创性的发现和利用纳米孪晶结构及梯度纳米结构以实现铜金属的高强度、高韧性和高导电性。

提高金属材料的强度一直是材料物理领域中最核心的科学问题之一。通常材料的强化均通过引入各种缺陷以阻碍位错运动来实现，但材料强度提高的同时会丧失塑性和导电性，这导致了材料领域著名的长期未能解诀的材料强度与塑性（或导电性）的倒置关系。如何克服这个矛盾，成为国际材料领域几十年以来一个重大科学难题。

卢柯及其研究团队发现了两种新型纳米结构可以提高铜金属材料的强度，而不损失其良好的塑性和导电性，在金属材料强化原理上取得了重大突破。

卢柯，男，1965年5月出生，河南汲县人，1990年4月参加工作，1993年加入九三学社，工学博士。中国科学院院士，中国科学院金属研究所研究员，沈阳材料科学国家研究中心主任。

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，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

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。

来源：中国科学院大学新闻网