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清华大学“微/纳米尺度力学与智能材料的力学”创新群体主要依托于工程力学系。自2001年以来，群体成员在微/纳米尺度力学、智能材料和结构力学、超高速断裂研究三个方向取得了具有较大国际影响的创新性成果。群体成员包括：杨卫、郑泉水、方岱宁、黄克智、余寿文、庄茁、冯西桥、张雄、谢惠民、方菲等。 |
把纳米与力学结合起来
作为力学的重要前沿研究方向之一，因应新材料技术、微电子和微制造技术发展的需要，力学界在上世纪80～90年代对微尺度下的力学行为进行了大量研究。进入2000年，纳米技术已经成为科技界和公众关注的一个焦点，但国内外力学界对力学能否有效介入纳米科技还存在广泛疑虑。这个创新群体却认为，在纳米技术走向工程应用的历程中，力学将有机会作出重要贡献，并作出了进军纳米力学的决策。三年后，群体的研究得到广泛认同。
这个团队到底试图做什么呢？据创新群体成员、中科院院士杨卫介绍，团队主要在两个领域进行研究。一是在微纳米尺度力学方面，创新群体的工作取得了系统性的进展，并获得国际承认。2002年他们就提出了“多壁碳纳米管作为十亿机械振荡器”的构想和理论预测，这些研究开辟了原子级光滑表面之间相对运动时的能量耗散机理、系统能量在不同模态之间转换等重要研究新领域；万千生物都有奇妙特性，破解生物体构造的这些奥秘对研究新型的“仿生材料”和“仿生机器”等有着重大的科学意义，而从微纳尺度和力学角度对生物体进行研究也许是破解奥秘的一种有效通途。比如荷叶表面的微纳结构是导致该表面具有自清洁特性的关键机制。第二个方面是智能材料与结构的力学。这里所说的智能材料不是指像人类那样的“智慧材料”，而是“能够实现可控运动的材料”，群体在这方面也取得了不少成果。
造福社会从自由研究开始
如何用通俗易懂的词语描述这个群体的研究呢？
创新群体成员郑泉水教授说：“一是试图发现新材料，比如‘超级材料’。未来的飞船可能不是用火箭发射上去的，而是用太空电梯运上去的，但已有材料的强度远远不够，假如某种材料被拉长到36000公里，光是自重就足以让它们断裂。因此，寻找超级材料，就需要从最基础的层面，从微纳米的力学特性方面，用多种方案展开试验。二是试图为未来的工程提供‘概念性的创想’，比如我们知道现在飞机是什么样子，所以能够实现规模化生产，但是下一代的飞机是什么样子？它们的制造如何实现？它们的结构是什么？”郑泉水的屋子里养着不少植物，他说：“我一直在想植物的许多有意思的问题，比如为什么它们最高只能长到120米左右？比如植物细胞的细胞膜与细胞壁之间的通道非常狭窄，只有几个纳米，但是它们间的物质交换速度和数量却非常惊人，这种交换是如何完成的？这都需要进行探索，因为生物的表现往往能够给人很大的启示。”
让创新的氛围更好一些
群体成员、中科院院士黄克智教授十分重视群体的优秀学术和创新文化建设，鼓励学生大胆进入前沿研究领域。前沿科学问题大都没有确切结论，学生们开始往往很不习惯，遇到困难就说“老师，这个问题好像不对，做不下去，好像不是你猜的那样”等等。这时老师就告诉学生，真正好的研究生不只是来判断老师猜想的对与错，而是参照老师指引的方向和目标，在探寻、摸索和弯弯绕绕之中寻求科学的真理，创造出更好的方法。
在郑泉水的办公室门上贴着一小段话：“我希望上午是我能专心备课和从事研究的时间，不被打扰。非紧急公务、访问等，不在上午进行。推销等商务人员，不能敲门而入。敬请理解和支持。”他说：“贴上这段话之后，效果不错，大家都很尊重我的要求。”
郑泉水对科研领域里“重仪器不重创新”的现象迷惑不解。他说：“我们一些单位好不容易拿出点钱买了一些仪器，然后，一年只让用上那么一两次，以保证仪器设备的‘完好率’。可仪器是为研究配备的，一台仪器如果其‘研究贡献率’不高，那么再先进、再完好也没有意义。何况，某种仪器一旦能够批量生产，往往在支持创新方面就已经落后了。因此，好的环境应当是允许使用人员拆装仪器，在大量动手、吃透仪器精神的基础上，重新设计仪器，设计实验方法。我们现在做实验的规范也不太好，研究人员都不太亲自动手，而是让实验员来操作，可实验的意义就在于不确定性，如果我们的实验只用来进行‘确定性的验证’，那么顶多属于二次验证，离创新还差一步。因此，最好的方法是让所有的研究人员自己做实验、观察实验、修改实验，在这样不确定性的研究中，得到有效成就的可能性就会大一些。”
创新群体成员冯西桥(左一)、方岱宁(左二)、黄克智(右二)、庄茁(右一)等人在慕田峪长城。资料图片
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