從實踐中來 到實踐中去
——記華南理工大學機械與汽車工程學院教授李勇的“散熱”探索之路

范佳樂

進入21世紀后，信息化浪潮引發的科技革命，為人類生產與生活帶來了天翻地覆的變化。在國內外多重變化的推動下，中國經濟發展邁進了歷史的關鍵拐點。在這一進程中，發展以高端裝備制造為代表的戰略性新興產業作為重中之重，已成為各國競相追逐的賽場。無數科研人員為此吹起了沖鋒的號角，開拓創新，以期贏得智能未來，華南理工大學機械與汽車工程學院教授李勇就是其中一員。

以電子散熱領域為基點，從20世紀末實現機械自動化目標到如今智能制造的夢想，李勇見證并參與了中國制造業飛速發展壯大的20年。于他而言，最有成就感的地方莫過于將自己熱愛的事業融入祖國和民族建設當中。2019年國慶前夕，李勇收到了一份沉甸甸的榮譽——華南理工大學84人獲得了“中華人民共和國成立70周年”紀念章，李勇就是其中多名科技工作者中的一位。這是國家和時代對于奮斗者的饋贈，對李勇來說，更是一個莫大的鼓舞。面對新時代日新月異的挑戰，他也將不忘初心、牢記使命，繼續以滿腔熱忱向更加智能的方向邁進。

工程科研要結合產業實踐

僅僅將時間倒退到20多年前，那時的國人也不敢想象今天的生活盛景：高鐵隨處可達、手機萬物互聯……科技的飛速發展，大幅度提高了14億中國人的生活水平和質量，使中國人民的面貌發生了歷史性改變。

在李勇小時候的印象中，國外業已普及的自動化機械在國內還很難見到，身在農村，那時僅能見到農用手扶拖拉機，不過這已足夠引起他的興趣了。“盡管那些農業自動化機械現在看來都非常簡陋，但在當時還是覺得很了不起。就是這些能夠大幅度提高農業生產效率的設備，引起了我的極大好奇心，所以后來大學就選擇了機械制造專業。”李勇說道。

1993年，李勇順利考入哈爾濱理工大學機械制造工藝及裝備專業。4年求知若渴的歲月很快過去，急切渴望將學來的知識應用在實踐中的李勇，本科畢業之后就找到了一家企業工作，但很快他就發現了問題與不足。“一旦進入工作之后才發現自己真的應該繼續深造，解決實際問題的能力還是很欠缺，必須學習。”

就這樣，第一次工作不到兩年，李勇就在同學推薦與調研下考入了華南理工大學機械制造及其自動化專業，用他的話說，“因為這所學校兼顧學術氛圍與工程實踐能力”。從工作中再次回到學校的李勇，顯然比一般同學更加知道學習的方向和意義：一方面掌握更多專業知識，另一方面深入實踐，鍛煉解決實際問題的能力。幸運的是，李勇的碩士導師正好也是偏向應用型的研究，在導師的支持下，李勇如魚入海，在科研與產業實踐中自由翱翔。

地處廣州的華南理工大學，正好位于珠三角中心地區，四周遍布各行各業高新企業。尤其機械制造及其自動化專業的特殊性，讓其與企業的聯系更加緊密。在3年碩士生涯中，李勇有幸接觸到20多個企業合作項目，這段難得的經歷不僅讓他在學生中獨樹一幟，也為其后來的研究與工作生涯奠定了深厚基礎。

那3年，李勇參與過各行各業的機械制造及其自動化相關問題：有生活玩具類，制作機器馬問題；農業生產類，裝載機、挖掘機設備問題；還有醫藥類，藥膏模具生產問題；以及穿戴類，不同功能的鞋子、衣服制作等。就是在這樣一個個千奇百怪的項目實踐過程中，李勇漸漸學到了解決問題的方法與能力，并逐漸建立起工程科研的自信心。在他看來，這段經歷是一筆不可復制的寶貴財富。

“這段經歷對我來講非常重要，它讓我建立起自信心，當面對一個實際問題時，知道應該怎么去思考、用什么樣的方案來解決，之后再設計出相應的自動化設備替代人工，或者降低勞動強度。不管將來實踐中遇到什么樣的問題都不會再束手無策，非常寶貴。”李勇如是說道。

機械制造領域無疑是工程科技的典型代表，既需要專業知識的積累，又要與實際問題相結合。3年碩士生涯的沉淀，讓李勇從同學中迅速脫穎而出。2002年7月碩士畢業之后，他就留在了華南理工大學，從事教學與科研至今。10余年實踐中，針對微電子、光電子、電力電子等領域的熱控制需求，他對微結構和微系統的設計、制造、優化與應用技術進行了深入研究，涉及微熱管結構設計制造技術、微熱管自動化設備研發、微電子/光電子/電力電子熱管理系統設計分析、IDC機房熱控制與節能技術、半導體芯片制冷技術、汽車尾氣余熱回收利用及動力電池熱管理技術等多個方面。同時，針對未來柔性電子產業的熱管理需求，他還開展了柔性熱管、微型壓電風扇等關鍵產品及技術的探索。2010年，由于在教學與科研上的突出表現，他被遴選為廣東省高等學校“千百十工程”校級培養對象；2014年晉升為教授；2015年被批準為博士生導師……

對于李勇而言，無論是簡單的玩具制作，還是未來的可穿戴式設備研發，并無高低難易不同。通過科技改善人們的生產與生活，降低勞動強度、提升生活品質，就是他們最大的目標。

推動微熱管制造及應用進程

2000年前后，是個人電腦開始進入飛速發展的關鍵時期，由其高效運行產生的散熱問題也正式進入了研究人員的視野。為了找到合適的元件降低機器熱量，人們冥思苦想，最終注意到此前被廣泛應用在宇航、軍工等高端領域的熱管技術。

“熱管其實就是一種利用了相變原理高效導熱的傳熱元件，現在廣泛應用在CPU以及GPU散熱上。我的博士課題主要方向就是熱管技術及其設備制造。”李勇介紹。

進入21世紀以后，集成電路向著高密度、大功率方向發展，使得芯片熱流密度提高，散熱空間減小。特別在電子計算機領域，散熱問題嚴重制約著CPU主頻的提高。因此，導熱能力遠超其他材料的微熱管技術迅速占據人們的視線并成為主流。2005年開始，李勇的研究主要集中在微熱管領域，并在微熱管制造工藝、微熱管制造裝備、微熱管應用等方向取得一系列研究成果。

微熱管具有極高導熱率（熱傳輸性能比鋁/銅高二個數量級以上）、體積小、重量輕、且有良好的等溫性、無需額外電力驅動，各個部分均可以強化傳熱等特點；在大功率LED照明、大功率電力電子、余熱回收、可再生能源高效利用、化工微反應器溫度平衡控制等領域已有大量應用；而且在節能減排、阻止全球變暖等方面具有一定的不可替代性，目前已成為國際上節能及熱控制領域的研究和應用熱點之一。但令人不能完全滿意的是：在研究思路和研究程序上，諸多微熱管理論研究者均在“上游”，即研究微熱管時沒能從一開始就和“下游”——熱管制造及熱管應用者聯合攻關，缺乏從熱管應用需求反推微熱管性能和結構設計制造的“逆向”過程；而事實上，在一定的工質灌注量及真空度情況下，微熱管的性能主要由微熱管的結構所決定，所以微熱管結構設計與制造一直是微熱管技術的核心與關鍵之所在。

由于此前的工作與科研經歷，李勇的研究始終與實踐相結合，所做的項目均來源于實際需求，博士期間踏入的微熱管領域即源于企業的委托合作。自此之后，他所申請的項目也基本與微熱管相關，主持的第一個國家自然科學基金項目就是“熱管的原材料銅管制造工藝研究”，并因此開發了大高寬比軸向內溝槽銅管充液旋壓拉拔技術及裝備，提出采用固定芯頭鋼球高速旋壓拉拔法成形大高寬比軸向內溝槽結構，對齒槽成形理論及工藝進行了系統的研究；并研制出自主知識產權的微熱管成套加工裝備。

“我覺得令我一直感到比較自豪的地方就在于我所做的項目都是源于實際的需求，之后又得到了國家支持，并最終實現了應用。對于工科研究人員來說，這就是成就感的來源。”李勇如是說道。

2008年，中國第一條時速超過300公里的高速鐵路——京津城際鐵路建成通車。此后，浩浩蕩蕩的中國高鐵拉開大幕。令李勇感到萬分自豪的是，在這舉世矚目的成就背后，也有他們的一份貢獻。

2010年，接到高鐵裝備IGBT（絕緣柵雙極型晶體管，實現能源變換與傳輸的核心器件）發熱嚴重，而傳統水冷散熱器體積大、重量大等問題需求后，李勇迅速帶領團隊與合作企業展開了研究，率先開發出中、日高鐵核心IGBT芯片散熱用大直徑內溝槽熱管制造工藝及成套裝備，實現了熱管+空氣對流換熱技術在高鐵IGBT芯片上的應用。

與廣東新創意科技有限公司等合作，李勇及團隊研發了日本新干線高鐵IGBT散熱用φ12.7mm內溝槽熱管制造技術：助力合作企業成為日本新干線高鐵熱管供應商；研制了中國高鐵IGBT散熱用φ16mm內溝槽熱管制造技術及成套生產設備：協助中國中車時代散熱、時代金屬建立了φ16mm熱管生產車間。2016年，以熱管設計制造等技術作為重要研究成果，李勇與團隊及合作企業共同完成的項目“復雜表面熱功能結構形貌特征設計與可控制造關鍵技術”獲得了國家科技進步獎二等獎。

時至今日，這些技術與裝備已在國內外高鐵中廣泛應用，有效促進了高鐵散熱機制的研究與應用進程，并取得了極大經濟效益和社會效益。對于李勇而言，技術的應用價值就是對他最大的激勵。

微熱管的應用范圍非常廣泛，在面向智能手機和平板的熱管（超薄熱管）領域，李勇同樣成果顯著。2014—2016年，他帶領團隊率先采用新型螺旋交錯編織絲網為超薄熱管吸液芯結構設計并優化了管內超薄汽-液通道尺寸配置，發明了無芯棒水平重力燒結、冷熱壓復合相變壓扁成型等超薄熱管批量化制造工藝，并研制了成套具有完全自主知識產權自動化裝備，幫助合作企業率先在國內自主實現了0.35mm～0.40mm厚度超薄熱管的量產。相關產品已應用于三星/華為等品牌旗艦智能手機、Facebook等智能VR等設備中。同時，他還帶領團隊與合作企業進一步優化超薄熱管制造技術、提升裝備自動化程度、提高制造良品率，降低產品成本，實現超薄熱管更廣闊應用。

因為熱愛，所以堅持

如果要列出這些年來李勇涉足的領域具體有哪些，恐怕連他本人也記不太清。從碩士至今20余年，大大小小參與的項目足有百余項。上到航天、下到航海，只要有機械設備需要的地方就有他的研究成果的存在。

在照明領域，他成功研制出基于微熱管的太陽花LED室內照明筒燈、協助合作企業完成汽車LED前大燈基于微熱管的散熱系統設計，完成了模擬和實驗研究，實現了微熱管在LED領域的廣泛應用。

在節能領域，他與合作單位一起，為中國移動數據中心設計開發了水冷型熱管散熱系統，實現了服務器“精準冷卻”，并在中國移動南方基地獲得商用。2016年，在以7位院士為主的專家委員會的鑒定會上，這一成果被鑒定為“技術國際領先”。

“我的興趣愛好其實不是特別多，如果我能看到自己做的一個東西，從圖紙開始慢慢變成一個實際產品，然后被別人拿去應用，那我就覺得非常高興了。”李勇說，“做不同的東西會給你帶來不同的喜悅，然后這種感覺會激勵著你一直堅持下去。”

在李勇看來，興趣是專心科研的基礎，因為熱愛，所以才能堅持。20余年學習與工作的經歷，讓他深知興趣對于一個科研人員的重要性。因此，在成為一名高校教師后，他也同樣投入了大量心血，精心設置課程教材，致力于培養學生的積極性。

“我希望在教學中能影響更多年輕的學生，通過制造多方位的機會讓他們深入實踐，可能慢慢就會感興趣，然后去從事這份工作。”李勇說道。

在本科教學過程中，他重視學生的全面發展，特別是思維方法和解決問題的能力，注重理論研究與應用技術相結合，由他主講的本科課程深受學生好評。2010年，李勇主持的教學成果獲得廣東省教學成果獎一等獎；此外，他還先后5次獲得華南理工大學教學優秀獎，指導研究生獲得廣東省/全國挑戰杯賽特等獎等獎項，并多次指導本科生參加全國大學生節能減排實踐競賽及國家大學生創新性實驗計劃。

在碩、博士培養方面，他也同樣積累了一套獨有的人才培養方式。結合自身經驗以及專業的特殊性，他將碩士與博士培養明顯區別開來。針對缺乏項目實踐能力的碩士生，他著重培養學生解決實際問題的能力，并引導他們將知識與實踐密切結合；在指導博士生時，他又注重鍛煉學生開拓創新的能力，希望他們更多地打開思維，開辟更好的方向。

俗語常云：“師父領進門，修行在個人。”其實，這一引領的作用至關重要。“如果博士期間沒有在導師的引導下接觸熱管，我想我也不太可能知道這一領域，更不會有后來的這些研究成果。因此，我也希望能給學生創造更多的機會去了解，繼而喜歡我們的專業。如果有更多的人從事制造業的話，我相信我們國家整體技術水平會得到極大的提升，人們的生活也會得到更加有效的改善。”李勇說道。

在當前中國經濟邁入高質量發展階段的關鍵時期，推動制造業轉型升級已然成為至關重要的突破口。在這一過程中，新一代以互聯網、人工智能為代表的科技提供了強大的技術基礎，推進制造業和服務業的融合、制造業和信息化的融合，已成為制造業轉型升級的大趨勢。

2018年5月與2019年4月，在廣東省自然科學基金“面向柔性電子產品的超薄柔性均熱板設計與制造機理研究”與廣州市科技創新委員會“面向柔性顯示的柔性均熱板制造方法與傳熱性能研究”項目支持下，李勇對未來可穿戴設備的柔性熱管這一新興領域發起了沖鋒，希望通過科技創新，能夠產生更貼近人類體感的產品，從而為人們帶來全新的生活體驗。雖然這一時間還未可知，但也在可預見的未來。對此，李勇充滿了信心與期待。