作者 | 任芳言
中國科學院上海矽酸鹽研究所嘉定園區大樓。 中科院上海矽酸鹽研究所供圖
上海市郊壹幢水泥色的L型辦公樓，從外面看十分普通，裏面卻著實不凡。隨手指向其中壹扇門，背後可能就是上千度的晶體生長爐。
在這裏，壹種名為鍺酸鉍（BGO）的晶體正靜靜成型。
閃爍晶體被廣泛用於醫學或工業探測領域，鍺酸鉍堪稱其中的佼佼者。現在，它還成為空間暗物質探測器的關鍵材料之壹。
2018年12月，已探測到數十億宇宙粒子的暗物質粒子探測衛星“悟空”宣布延長工作時間，繼續尋找暗物質的蹤跡。
壹年前，科學家正是利用這顆衛星收集到的數據，繪制出目前世界上最精確的電子宇宙射線能譜。
“悟空”有火眼金睛，鍺酸鉍晶體功不可沒。而這些單根60厘米長、總重達上千斤的晶體，只有在中國科學院上海矽酸鹽研究所（以下簡稱上矽所）那棟看似很普通的樓裏才能做出來。
對材料研究而言，最嚴苛的考驗莫過於承擔航空航天任務。而在上矽所，“神舟”“天宮”“高分”“北鬥”……只要是上天的，總有材料從這裏出去。
面向國民經濟主戰場、面向國家重大戰略需求，歷來是上矽所的傳統。能扛起這壹重任，得益於以嚴東生、殷之文、郭景坤、丁傳賢、江東亮為代表的幾代科學家的奮力開拓和不斷進取。
2015年4月，上矽所成為首批中科院特色研究所試點建設單位之壹。這意味著，新壹代上矽所人，必須在無機非金屬材料的微觀世界裏看得更深、走得更遠。
研究員董紹明進行試驗指導
大舞臺，展抱負
2017年，上矽所完成了壹項大動作——主園區從上海市區遷到了嘉定區。
隨著課題組陸續搬進新建成的大樓，所長宋力昕就開始操心新問題——在12公裏外的太倉園區，科研用地蓋樓的速度已經跟不上科研需求了。
什麽樣的研究所會如此“費地”？這與上矽所的定位有關。
從高性能陶瓷到人工晶體，從能源材料到生物材料，“上海矽酸鹽研究所”幾個字，幾乎包攬了無機非金屬材料領域的所有重要方向。
1959年獨立建所後，面對國家重大工程和尖端技術發展的需求，上矽所的科研方向進行了重大結構調整，把傳統無機材料研究調整為先進無機材料科學與工程，開創了我國結構陶瓷、功能陶瓷、人工晶體、特種無機塗層、特種玻璃等研究領域。
改革開放後，又逐步形成了基礎研究、應用研究、工程化研究、產業化工作有機 結合 的科研體系。
面向國家重大需求，是使命也是挑戰。上矽所不僅要追蹤學科前沿，還要在工程化、產業化道路上盡可能走得更遠。這對上矽所開拓發展空間提出了更急迫的要求。
以鍺酸鉍研制為例，若想將小試制備的晶體批量用於高能物理、醫學成像乃至國家重大工程等領域的大型設備上，必須建有完整的中試平臺。
上世紀80年代， 諾貝爾 物理學獎獲得者丁肇中曾向上矽所時任所長嚴東生提出，希望能為正在建設的歐洲正負電子對撞機提供優質大尺寸的鍺酸鉍晶體，彼時的鍺酸鉍晶體就誕生於所屬開發實驗基地（現為中試基地）。
對於光學部件、塗層等材料，雖然生產規模較小，但尺寸是衡量其技術水平的壹項重要標準。要生產出大尺寸構件，制備的儀器也要足夠大。
簡言之，地方夠寬敞，研究人員才能施展拳腳。
“市中心不能滿足研究需求，我們就往嘉定移。”宋力昕說。
從2001年獲得中科院批復起，上矽所嘉定園區從圖紙壹點點變成現實。2015年夏天，眼看嘉定園區落成在即，宋力昕“手握”從江蘇省蘇州太倉市 政府 爭取來的經費和200畝土地，走進了中科院院長辦公會的 會議 室。
嘉定園區雖有以人工晶體、功能陶瓷和結構陶瓷等為主要方向的中試基地，但其他領域仍以基礎和試驗研究為主。若要實現國家重大工程材料的小批量制備、新材料的產業化中試，還需要更大空間。
聽罷宋力昕的匯報，中科院院長白春禮問了3個關鍵問題：錢夠不夠？要不要編制？有沒有拆遷？
“地方給支持、不涉及拆遷……”面對院領導的疑問，宋力昕迅速作答，這些答案在他心中已醞釀許久。
2015年11月，江蘇太倉，上矽所新園區開工儀式在此舉行。
轉眼到了2019年，上矽所蘇州研究院已有碳化矽陶瓷和陶瓷基復合材料實驗室入駐。如今新園區壹旦有樓落成，就有等候多時的課題組進駐其中。
建設太倉園區是上矽所開拓發展空間、建設開放型綜合 科技 創新平臺的重要舉措。
屆時，國際上首條100安時以上大容量鈉鎳電池批量化制備平臺將在太倉建設，重點解決“卡脖子”問題的先進陶瓷基礎設施群將在此安營紮寨，以先進材料為核心的器件升級瓶頸問題也有望在新園區得以解決。
宋力昕在嘉定園區的辦公室裝修簡樸，但墻上僅有的幾張照片，其壹就是太倉園區建成後的效果圖。講完太倉園區的過往和未來，他摘掉眼鏡，回頭看了看效果圖，眼中透著自豪與期待。
中試生產壹線成員討論600毫米鍺酸鉍晶體制備
大課題，顯擔當
“平臺好、裝備足、團隊強”，人力資源處處長賀天厚對上矽所的特色如是評價。
上矽所有幾個規模超過50人的大課題組。這些課題組是壹支支科研能力突出的“特戰隊”，每每承擔國家重大任務，總是沖鋒在前、迎難而上，戰必勝、攻必克。
嘉定、長寧和太倉園區就像是為科研人員搭建的舞臺，當胸懷抱負的他們來到這裏，上矽所的旗幟總能壹次次舒展高揚。
上矽所結構陶瓷與復合材料工程研究中心研究員黃政仁，學生時期跟隨中國工程院院士、著名材料學家江東亮研究碳化矽材料體系。
成為課題組組長後，他又把這種材料體系用在了衛星的“眼睛”——空間光學部件上。
黃政仁將碳化矽材料的致密性“發揮到極致”：做出的空間光學部件平滑明亮，成像質量和剛性極佳。
2016年以來，上矽所研制出的100多個碳化矽光學部件，相繼安裝在“墨子號”、天宮二號、高分五號等衛星、空間實驗室上。
衡量光學部件的優劣，尺寸是重要標準之壹。想做出足夠大的光學部件，不僅要有過硬的制備技術，還要協調好外部合作方的各種資源，例如找到可靠的液壓設備、合適的拋光工藝，整個過程十分磨人。
在這種時刻，方能體現作為國家級研究所的擔當。用上矽所人的話說，“大家是壹個戰壕出來的戰友，不是利益相關的甲方乙方，這種關系不是靠金錢來衡量的。”
2017年度國家技術發明獎上矽所榜上有名，緣於結構陶瓷與復合材料工程研究中心為我國在軌運行的空間高分辨相機做了壹個更輕的骨架。輕量化復合陶瓷材料制成的骨架確保空間相機在振動頻繁、溫差較大的惡劣環境下，仍能將系統波動控制在幾微米內。
研究員王震是該項目的參與者。在他看來，只有對方法工藝、材料性能和結構了然於胸，才能對未來需求加以準確判斷。
在中試生產壹線副研究員陳俊鋒的眼中，上矽所歷年來取得的各項科研成果，無論是晶體生長多坩堝下降法，還是空間光學部件材料選擇新思路、熱控塗層制備新工藝，無壹不建立在長期的基礎研究、應用開發和工程化實踐之上。
“材料的用途是發散的，只有在前期的基礎研究中把它的性能摸清楚，才知道將來怎麽用。”上矽所特種無機塗層中心研究員於雲說。
壹種晶體從制備出來到規模化量產應用，壹般都需要幾年甚至數十年時間。無論是鍺酸鉍晶體還是碳化矽晶體，都遵循這壹規律。上矽所人工晶體研究中心副 主任 劉學超說：“這就像沒有出口的高速公路，需要不停地往前走。”
前人栽樹，後人乘涼。上矽所要想不斷發展，除了繼承傳統，仍須持續創新、砥礪前行，特別是 探索 如何把基礎研究和工程應用 結合 得更加緊密。
研究員溫兆銀指導研究生分析實驗數據
大團隊，拼實力
在上矽所透明陶瓷研究中心 主任 王士維看來，要想更好發揮基礎研究的作用，以需求為牽引、找準 用力 方向是關鍵。
本著這樣的思路，上矽所近年來加強了學科重組和調整步伐，透明陶瓷中心和無機材料基因科學創新中心應運而生。
透明陶瓷研究中心組建之前，王士維已在結構陶瓷領域深耕多年。2000年前後，隨著高壓鈉燈、激光陶瓷的興起，透明陶瓷逐漸成為業內熱門研究方向。
這之後，上矽所在透明陶瓷領域取得了壹系列成果，但研究力量相對分散的問題也開始顯現。
“如果不形成壹個大團隊，我們怎麽去跟國際壹流團隊競爭？”基於這樣的想法，在所領導班子的支持下，上矽所內研究透明陶瓷的人們聚到了壹起。
2016年1月，透明陶瓷研究中心正式成立。中心課題組將註意力集中在更為細分的研究方向上。“有機會多做更多創新性的嘗試，更有利於透明陶瓷學科的發展。”王士維說。
隨著中科院院級和研究所層面的支持經費迅速到位，加之原本就有的研究積累，這支年輕的科研“特戰隊”很快就取得了成果。
2017年9月，王士維所在的課題組研制出基於兩種不同材料的圓弧狀透明陶瓷。
其中，采用單晶生長方法制備的釔鋁石榴石透明陶瓷直徑達到235毫米，是國際上公開報道的最大尺寸。利用膠態成型和冷等靜壓工藝制備出的氧化釔透明陶瓷，光學透過性能優異，在國家重大工程及國民經濟領域都有廣泛用途。
無疑，透明陶瓷研究中心是以需求帶動學科發展的典型案例，而無機材料基因科學創新中心也是如此。
它的成立，對材料開發而言更是如虎添翼。通過模型化計算復原出材料反應的微觀過程，就好比經驗豐富的育種家解開了作物的基因密碼，使材料研發成本和周期 大大 縮減。
2011年，還在美國南伊利諾伊大學任教的劉建軍通過中科院“百人計劃”回國，成為上矽所計算材料學研究的中流砥柱。
2013 年初，上矽所集成計算材料研究中心正式成立，江東亮任 主任 。以此為前身，上矽所無機材料基因科學創新中心於2015年1月成立。
在這裏，無論是研究晶體、陶瓷還是新能源，只要有需求，任何課題組都可以跟中心開展項目合作，所裏為此每年投入150萬元予以支持。
當材料基因組學遇上具體的應用需求，能碰撞出多少火花？劉建軍課題組與溫兆銀課題組的合作便是壹個典型案例。
溫兆銀1987年進入上矽所工作，在固態離子學和化學電源領域深耕多年。經驗豐富的他曾在研究鋰空氣電池化學反應過程中過電位高的問題時遇到過瓶頸。
找到合適的催化劑是降低過高電位的關鍵。若用傳統實驗手段，則需要相當長的試錯時間。“材料基因組學通過材料設計、模擬，縮短了這壹過程。”劉建軍表示。
通過計算模擬，劉建軍課題組可以為電子的動態反應過程“畫像”，只要與實驗表征結果相吻合，就有望摸清其內在機制。
事實上，這是領域內科學家都希望攻克的難題，誰先取得突破，誰就能在下壹代動力電源技術應用中拔得頭籌。
原本登天般困難的問題終於有了突破口。
兩個團隊合作5年有余，先後篩選出氧化鈷、碳化鈦等催化劑，並探明其中幾種高催化活性催化劑的反應機制，將鋰空氣電池的機制研究推向新高度。
上矽所特種無機塗層中心熱控組實驗室工作場景
大格局，創未來
如果說科學創新中心是上矽所為科研人員搭建的壹個協同創新平臺，那麽真金白銀的成果轉化獎勵，則是對課題組辛勤付出最充分的肯定。
2019年，溫兆銀團隊的鈉鎳安全電池技術以5500萬元現金和500萬元作價入股實現轉移轉化。
目前，擁有完全自主知識產權的高集成度、自動化、批量化生產線已在上海嘉定建成並進入全面調試階段。
按上矽所的成果轉化管理辦法，個人在技術轉讓與許可所獲收益中的獎勵比重最高可達52.5%。極富力度的政策激發了科研人員的創新潛力和成果轉化應用的積極性。
溫兆銀團隊的成果轉化案例，也讓上矽所領導班子期望的“冒出更多獲獎大戶”成為現實。
不過溫兆銀深知，科研人員做成果轉化，就像在懸崖上走鋼索，其中的風險與付出，局外人常常無法體會。
2005年，溫兆銀接到上海電力公司的電話。當時日本已實現大容量儲能鈉硫電池產業化，中國企業也想與國內研究機構尋求合作，而這恰恰是溫兆銀本來的研究方向。但當時中國的技術與日本相比差距很大。
“我覺得我們應該拼壹下。”放下電話，溫兆銀開始了十余年如壹日的“修行”。
在他的課題組，誕生出國內外最大容量的單體鈉硫電池以及我國第壹條2兆瓦鈉硫電池中試線，實現了上海市世博會100千瓦/800千瓦時鈉硫電池儲能站的並網運行，使我國成為繼日本之後第二個掌握大容量儲能鈉硫電池成套技術的國家。
時任中科院副院長施爾畏曾評價，要從傳統科研模式中解放出來，像支持自己的課題組壹樣支持科研人員在公司工作，抓好這件事，使之成為研究所與企業合作的典範。
讓鈉硫電池真正進入市場，溫兆銀的“修行”還在繼續。
常在上矽所新建大樓穿梭的他，所到之處是壹條又壹條“縮小版”生產線。無論是電極材料的組裝、電池性能檢測還是產業化設備要件的生產，都能在這裏實現。
“只要有好的科研設想，很快就能通過工程化放大平臺進行驗證，這是上矽所的優勢。”研究員劉宇表示。
2008年，經溫兆銀引薦，劉宇通過中科院“百人計劃”回國。如今他正帶領課題組努力實現新型水系儲能電池技術的研制與工程化。
在產業化路上不是沒吃過苦頭。但好的實驗技術壹旦出現，劉宇依舊首先選擇盡快進行成果轉化，進入企業孵化模式。
“到企業參與成果轉化真的有可能失敗，但作為年輕人，更應該敢做、敢拼。”劉宇課題組成員張娜和賀健，如今都與所裏簽訂了離崗 創業 協議。
在他們看來，只有經歷過實戰，才能對市場有更深刻的認知。為了鼓勵科研人員放手 創業 ，上矽所給了這幫年輕人停薪留職待遇，3年後他們可以再選擇留所或去企業。
賀健坦言，原本老師就曾提醒過 創業 壓力之重，然而真正做時，“壓力還要更大”。
賀健曾因在產品交貨前夕發現缺陷而失眠，因為“生產線跟科學實驗不壹樣，即便發現錯誤，停下生產線做修正也需要時間”。為了保證產品質量，訂單不得不延期。
也正是因為這種精神，劉宇帶領的 創業 團隊獲得了不少合作者的信任。這種看似“吃力不討好”的事，上矽所堅持在做的不止這壹件。
在上矽所，還有這樣壹個課題組：他們研究的是陶瓷材料，將陶瓷材料紡成絲，由於超輕、極耐高溫，可作為高性能隔熱材料和增強材料。
但由於這項技術涉及的學科眾多、難度過高，國內相關研究壹直沒有起色。在上矽所專門成立課題組前，最初的核心設備是副研究員康莊在實驗室的壹個角落裏搭起來的。
所領導班子得知康莊做出了產品雛形，很快便決定單獨設組支持。不僅在太倉園區留好實驗室和生產線，還請來所裏研究陶瓷的老前輩傳授經驗。為了讓其安心攻關，上矽所承諾3年不考核課題組成員。
“研究所存在的價值就是為國家發展起到支撐作用，必須考慮國家需求。國家重大的材料問題能否解決，是評判壹個壹流研究所的標準。”在宋力昕看來，上矽所作為老牌研究所，定位和發展壹定要遵循獨立的價值觀。
對企業，研究者要長久生存，就要給企業帶來好處；對研究者，要讓他們的工作真正對 社會 產生貢獻，有發自內心的成就感。
對上矽所人而言，這裏有寬闊的施展舞臺，但這舞臺不是用來追熱點、跟潮流，而是為了更加心無旁騖地把壹件事做好。
當“傳統價值觀”碰上“改革新機遇”，用科研人員的話說，就像數十年 歷史 的鍺酸鉍晶體遇到了現代新技法，“性能會有根本改善”。
《中國科學報》 (2019-07-19 第4版 紀實)