國慶與中秋相逢的悠長假期里,當多數人沉浸于休閑時光時,有這樣一群人,他們的假日與忙碌緊密相連。對他們而言,放假并非意味著休息,而是持續在科研道路上攀登與深耕。文匯報推出的“深耕一線譜新篇”系列報道,便將鏡頭對準了滬上高校中那些奮戰在科研一線的青年科學家,記錄下他們與眾不同的假日生活。
上海交通大學機械與動力工程學院的錢小石教授,便是其中一位。在這個超長假期里,他和團隊成員們如往常周末一般,堅守在學校實驗室。錢小石團隊致力于利用電卡效應制冷,在基礎原理與材料制備方面取得了重大突破,也因此榮獲2024年全國顛覆性技術創新大賽卓越獎。這項成果有望給人們日常的制冷模式帶來顛覆性變革。
錢小石堪稱“非典型”科學家。2018年入職上海交大時,他沒有耀眼的論文成果傍身,僅有產業界的創業經歷。入職后的前三年,他未發表一篇研究論文。直到第四年,研究取得突破性進展,成果直接登上國際頂級期刊《自然》,此后又在《自然》《科學》等頂刊陸續發表5篇論文。
“對我來說,論文發表并非關鍵,重要的是成果能真正影響產業,培養的學生也能具備跨界能力,既能開展跨學科研究,又能創業開公司。”錢小石這樣說道。
在錢小石的辦公桌上,擺放著一張暗色薄薄的“塑料紙片”,這是一種利用電卡效應實現制冷的薄膜設備。這種設備大小靈活,小可集成在芯片上,大能裝備在墻壁、窗戶玻璃夾層中實現制冷。相同制冷功率下,其重量僅為傳統空調的八十分之一,且無需壓縮機。其神奇之處在于利用凝聚態物理學領域的電卡效應制備材料,即固體材料通電后壓縮相變吸收熱量實現制冷。
制冷技術是人類歷史上的重大發明之一,但傳統制冷依賴氟利昂氣液相變帶來的吸熱放熱效應。數據顯示,全球約10%的電力用于制冷,間接產生近一千兆噸二氧化碳。2019年,建筑供暖的二氧化碳排放量達4.3千兆噸。歐洲已明確,2035年將禁止PFAS(氟材料,氟利昂是其中一種)的生產使用。氟利昂制冷所需的壓縮機需要高壓容器,難以實現小型化。
“電卡效應剛被發現時,學術界和產業界都十分興奮,但要讓這一科研發現真正在產業界落地,面臨諸多問題。”錢小石于2010年成為章啟明博士的學生,此后一直跟隨導師,致力于解決電卡效應在現實使用中遇到的問題。這段經歷讓他對科研有了獨特認識:“每當研究取得階段性進展,導師很少與我們討論論文投往何處,而是琢磨如何開展下一步攻關,推進后端應用。”
受導師影響,博士畢業后錢小石沒有申請大學教職,而是在導師支持下,圍繞自己的博士課題加入了一家創業公司。“大約2016年,我們在電卡材料和制冷系統產業化方面做了不少前沿工作。雖未發表一篇論文,但在專業領域內,我們的研究比歐美學術界領先了五六年,學術界直到2023年才達到我們當時的水平。”
從產業界回到學術圈時,錢小石的學術簡歷并不突出,也達不到許多高校的招聘要求。他坦言:“雖然我不在意是否發論文,但帶著‘光環’回國,與當時的狀態相比,差別很大。幸運的是,上海交大給了我足夠的發展空間。”
2018年,錢小石入職上海交通大學機械與動力工程學院長聘教軌副教授,學校為他匹配了400萬元科研啟動經費,“與美國一些名校差不多,我也做好了非升即走的準備”。
此后,他全身心投入到完善電卡效應落地的研究中。經過三年“沉默”,2021年研究取得突破,將電卡制冷循環壽命從百余次提升至超過百萬次,論文很快發表在《自然》上,這也是他回國后主導發表的第一篇研究論文。
“發表論文固然重要,但不應是首要追求目標。我精力有限,在針對領域內一兩個重大難點開展工作外,可能沒時間寫很多論文。即便達不到學校要求、面臨非升即走,我也可以再離職創業。”錢小石坦言,產業界的經歷讓他明白,人生有多種選擇。不過,在推動電卡效應實際應用過程中,他堅信有大量基礎研究必不可少,如圍繞良率、材料壽命等工程要素開展的基礎研究,這些規律的發現往往需要3 - 5年的積累。
在解決實際問題的過程中,錢小石團隊發現了一些有趣的物理、化學效應,隨后連續在《自然》《科學》雜志上發表了幾篇論文。“當我們專注于解決工程問題,探尋背后的科學規律時,哪怕只是管中窺豹,總結規律寫成的論文也是水到渠成的結果。”
錢小石的成果在各個領域都有科研應用前景,離產業化僅一步之遙,但他目前并無親自推動成果轉化的打算。“我是大學教師,相對于科研,培養人才是我最重要的工作,我要花大量時間投入教學、指導學生。”他更希望培養出真正有能力跨界的學生。
在錢小石看來,不論是產業界還是學術界,真正的創新很大程度上需要“跨界”。他在研究電卡效應時,不僅要解決物理問題,還要解決化學、材料、工程問題,還要與潛在投資人交流。“現實中,沒有哪個問題只對應某個學科,新型技術研發沒有前人成果可借鑒,必須逼自己跨界創新。希望我培養的學生能打破學科邊界束縛,在各個行業摸爬滾打,干得了科研,開得了公司。”
錢小石認為,培養跨界創新能力是國家未來發展之亟需。“現在我們要解決的‘卡脖子’問題雖難,但因知道有人做出來過,所以‘心里有底’。當有一天,無人能對我們‘卡脖子’時,我們是否知道自己該往哪里走?這將對人的眼界、勇氣、堅韌、耐心帶來很大考驗,這也許是下一代人會面臨的局面。”因此,他常對學生說:“科研工作者是和老天爺較勁的人。老天爺把很多科學規律藏了起來,而我們要找到這些科學規律、找到未來發展方向。”











