從科學(xué)到產(chǎn)業(yè)

如果說2000年是超材料科學(xué)的元年，那么2012年則是超材料產(chǎn)業(yè)的元年。深圳光啟高等理工研究院將真正大規(guī)模推動產(chǎn)業(yè)化。

1999年10月，第一屆中國國際高新技術(shù)成果交易會在深圳召開，舉辦了十余年的深圳市荔枝節(jié)轉(zhuǎn)而成為國家級的高科技展會，盛況空前。

一名中學(xué)生好奇地走進了展會，他看到了一個新鮮的名詞——納米技術(shù)。雖然并不十分清楚納米為何物，但回家后他還是將見到的新奇事寫成了作文，并默默期盼自己的發(fā)明也能夠在高交會上展示。

彼時的他，大概也沒想到自己的夢想會在今日實現(xiàn)，并在數(shù)年后的今天回憶起那個遙遠(yuǎn)的日子。他就是深圳光啟高等理工研究院（以下簡稱“光啟研究院”）院長、美國杜克大學(xué)電子與計算機工程系博士劉若鵬。11月17日，光啟研究院的超材料研發(fā)中試產(chǎn)線正式落戶龍崗的簽約儀式在高交會舉行新聞發(fā)布會，與此同時，光啟研究院研發(fā)的新產(chǎn)品在高交會上贏得了關(guān)注和掌聲。

超材料?更環(huán)保

11月20日晚，在軟件大廈見到光啟研究院的核心團隊時，中試線的首批超材料產(chǎn)品剛剛從龍崗下線。劉若鵬告訴本刊記者，新鮮出爐的這款產(chǎn)品從中試線的組裝到產(chǎn)品的設(shè)計，完全是自主研發(fā)創(chuàng)新，從源頭上創(chuàng)新。它表面看來只是一塊長寬不到1米，厚度只有2毫米的普通薄膜平板，獨特之處就在于可以隨時隨地接受衛(wèi)星信號，與其他接受衛(wèi)星信號的產(chǎn)品相比更輕便。更奇妙的是，這個平面底下是各種大小不一的參數(shù)設(shè)計出來的上億個不同的人造微結(jié)構(gòu)，它們構(gòu)成了一個電子曲面。這種微結(jié)構(gòu)相當(dāng)于人造的分子和原子，可以提供材料的局部特性，由這些特性達(dá)到我們的需求，解決了現(xiàn)有存在的原子難拆分的問題。

劉若鵬解釋，這種新興的人造物質(zhì)，是逆向設(shè)計的材料（也就是超材料），根據(jù)人的需要去設(shè)計，直接讓材料達(dá)到需求。跟原來從現(xiàn)有的材料中選擇、加工，然后成型，有著本質(zhì)的區(qū)別。超材料最核心的理念是從需求到產(chǎn)品。

如何設(shè)計參數(shù)實現(xiàn)從需求到產(chǎn)品？這是問題的關(guān)鍵。光啟研究院副院長季春霖表示，材料的設(shè)計有上億個結(jié)構(gòu)。每個都要單獨計算，這是一項浩大的工程。光啟研究院與深圳超算中心合作，通過曙光搭建云計算平臺，第一個在全球?qū)崿F(xiàn)通過云計算實現(xiàn)設(shè)計超材料單元結(jié)構(gòu)。通過精密的計算，光啟薄膜平板因為超材料的耐腐蝕性，使用壽命設(shè)計是10年，而傳統(tǒng)信號接收設(shè)備是金屬表面，一般使用壽命只有3年。

超材料產(chǎn)品的問世被譽為21世紀(jì)的材料革命，社會各界將它比喻為上世紀(jì)的半導(dǎo)體。數(shù)十年過后，半導(dǎo)體產(chǎn)品的革命還在繼續(xù)，但其帶來的環(huán)境污染問題塵囂甚上。季春霖告訴本刊記者，半導(dǎo)體技術(shù)的產(chǎn)生有六十年的歷史，的確污染問題很嚴(yán)重，超材料是從2000年產(chǎn)生，目前只有十年的歷史。但是，與半導(dǎo)體不同的是，超材料能夠?qū)崿F(xiàn)電子變異性能，有一些基因譜在這種元素存在的時候才能夠有的，但是我們可以通過微結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，這本身就具有一定的革命性。介質(zhì)濾波器中的陶瓷介質(zhì)，傳統(tǒng)的陶瓷介質(zhì)需要用稀土，但我們可以用超材料替換，通過設(shè)計，用更為低碳、綠色、更為富余和便宜的材料去實現(xiàn)需求。

開啟產(chǎn)業(yè)元年

2010年當(dāng)光啟研究院掛牌成立時，我們看到了一個星光璀璨、令人欣羨的團隊，環(huán)繞在他們身邊的是各種期盼與光環(huán)，然而在短短一年之后，這支由年輕海歸們擔(dān)當(dāng)主力的研發(fā)隊伍已經(jīng)拿出了實實在在的研究成果：現(xiàn)階段發(fā)明專利提交量已達(dá)到每周25件，全年發(fā)明專利提交數(shù)量超過1000件。

光啟研究院一次次提出戰(zhàn)略目標(biāo)，卻又一次又一次超倍數(shù)完成。

超材料技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用正在以前所未有的速度向前推進，而光啟研究院正在以它的激情、理性與知識創(chuàng)造特有的“光啟速度”占領(lǐng)新材料技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化的制高點。

劉若鵬對2000年至2020年超材料發(fā)展的概述中這樣提到，2007年以前，超材料領(lǐng)域研究主要集中在物理學(xué)家與工程系教授在學(xué)術(shù)上討論“什么是超材料？什么是人造物質(zhì)？能不能在實驗室里造？”2007年-2008年，超材料有關(guān)鍵性的技術(shù)突破，但超材料復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)的設(shè)計能力相對較差，10個微結(jié)構(gòu)都需要頂尖的科研院所花一個月的時間才能設(shè)計出來。從2008年到2011年，超材料與很多學(xué)科的交叉，產(chǎn)生了超大規(guī)模的設(shè)計、制備以及開始形成直接面向應(yīng)用的超大規(guī)模產(chǎn)品生產(chǎn)。

2011年，光啟研究院完成了1000件底層的超材料知識產(chǎn)權(quán)的覆蓋；2011年，超材料研發(fā)中試線落成，此前，超材料在科學(xué)研究的實驗場所有，只能有每天7平米的產(chǎn)出，中試線則意味著超材料的中規(guī)模量產(chǎn)，屬于全球首條；2011年，深圳超材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，聯(lián)盟指向很明確，超材料的技術(shù)要帶來產(chǎn)業(yè)革命；2011年，國家發(fā)改委20億的超材料產(chǎn)業(yè)基金成立，從產(chǎn)業(yè)角度推動科學(xué)實驗室技術(shù)應(yīng)用；2012年，光啟研究院研發(fā)的具最先進技術(shù)水準(zhǔn)的衛(wèi)星通訊產(chǎn)品及移動互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品開始大量面世，其中包括為2012全運會研發(fā)的車載衛(wèi)星接收裝置樣板工程。

劉若鵬指出：“以上的五大標(biāo)志性事件意味著：如果說2000年是超材料科學(xué)的元年，2007年-2008年是技術(shù)的元年，那么2012年則是超材料產(chǎn)業(yè)的元年。超材料經(jīng)過了十年科學(xué)研究的基礎(chǔ)探索，現(xiàn)在向超材料技術(shù)的推廣，再下一步是工程化的產(chǎn)品。超材料產(chǎn)業(yè)一旦啟動，保守預(yù)計將是千億級的規(guī)模，2020年將形成超材料產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的局面。”

創(chuàng)新?規(guī)則制定者

創(chuàng)新就是要讓未知與陌生的東西讓大家熟悉，劉若鵬說，廣義上的創(chuàng)新能力美德等國確實非常發(fā)達(dá)。超材料的科學(xué)研究全球各國都在進行，類似半導(dǎo)體之前的固態(tài)物理學(xué)研究。但是，超材料工程化的技術(shù)研究引領(lǐng)新興產(chǎn)業(yè)，帶來工業(yè)革命的技術(shù)非常特殊。可以說，光啟研究院才真正做到了大規(guī)模推動工程化。從這個角度來說，光啟研究院具有領(lǐng)先性的優(yōu)勢。

正是基于這樣的背景，光啟研究院的團隊規(guī)模也在急劇擴大，從2010年初的幾個人發(fā)展到超過300人。來自哈佛、麻省理工、牛津、劍橋、耶魯、杜克、勞倫斯伯克利國家實驗室的不同國家、不同膚色的研究人員匯聚在光啟研究院，是加入更前沿的技術(shù)研發(fā)體系。

事實上，早在回國之前，劉若鵬率領(lǐng)的團隊便已經(jīng)在新型材料、傳感與網(wǎng)絡(luò)、建模與計算等科研領(lǐng)域取得了核心尖端技術(shù)。光啟研究院要做的是經(jīng)歷和完成從科學(xué)的突破發(fā)現(xiàn)到大規(guī)模的應(yīng)用的過程。

劉若鵬告訴本刊記者：“我們現(xiàn)在開始啟動超材料產(chǎn)業(yè)化，超材料產(chǎn)業(yè)是什么，它的邊界在哪里，產(chǎn)值有多大，它將對人類產(chǎn)生多大的影響，我們正在經(jīng)歷這個工業(yè)化的過程，而在此過程中，產(chǎn)業(yè)規(guī)則的從無到有，都需要源頭創(chuàng)新者來制定。”而光啟的1000件專利，實際上已經(jīng)在為產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展圈定產(chǎn)品專利池，描畫標(biāo)準(zhǔn)雛形。