采訪人：沈教授，您的研究團隊通過顯微結(jié)構(gòu)調(diào)控實現(xiàn)了聚合物復(fù)合材料的多性能協(xié)同優(yōu)化。請問，哪項性能調(diào)控最具挑戰(zhàn)性？這項技術(shù)突破將為新能源器件帶來哪些技術(shù)革新？

沈教授：在材料科學領(lǐng)域，性能參數(shù)的倒置耦合效應(yīng)是制約先進功能材料發(fā)展的關(guān)鍵科學難題。這種效應(yīng)廣泛存在于各類材料體系中：金屬材料的強度-塑性、陶瓷材料的硬度-韌性，電介質(zhì)材料介電常數(shù)-介電強度等。一種性能提升往往會導致另一種性能下降，而材料科學領(lǐng)域始終在尋求二者之間的平衡。

近20年來，我們課題組聚焦于聚合物復(fù)合電介質(zhì)材料這一重要體系，致力于破解介電性能的倒置耦合效應(yīng)這一基礎(chǔ)科學問題。若能突破現(xiàn)有材料體系的性能極限，實現(xiàn)兼具高介電常數(shù)與高耐壓強度的"雙高"特性，將推動儲能器件實現(xiàn)能量密度與運行可靠性的雙重飛躍，為“雙碳”戰(zhàn)略下的能源革命提供核心材料支撐?；谖锢韮δ茉淼碾娙萜髟谥悄茈妱悠嚨膭恿D(zhuǎn)換系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電的調(diào)峰儲能、脈沖電源及先進電磁裝備等戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。

研究團隊通過系統(tǒng)的實驗研究和理論分析，取得了一系列創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)：首先，從微觀機制入手，研究了聚合物復(fù)合電介質(zhì)電極化的起源機制，以及如何通過外場對其進行調(diào)控；其次，在宏觀性能層面，深入研究了無機-聚合物復(fù)合電介質(zhì)中的界面科學問題，包括界面結(jié)構(gòu)、荷電狀態(tài)及界面電極化在復(fù)合材料整體電極化中的關(guān)鍵作用。通過顯微結(jié)構(gòu)調(diào)控，我們開發(fā)了新的理論設(shè)計方法，成功破解了聚合物復(fù)合電介質(zhì)在極端多物理場耦合條件下的介電失效機制，即在高電場、高溫和高應(yīng)力荷載下的性能表現(xiàn)。這是我們在基礎(chǔ)研究過程中所面臨的最具挑戰(zhàn)性的性能調(diào)控，這項突破性進展標志著電力電子器件從傳統(tǒng)的"被動適配"向"主動調(diào)控"的范式轉(zhuǎn)變，具有重要的科學價值和應(yīng)用前景。

采訪人：沈教授，您課題組研發(fā)的先進電介質(zhì)材料在脈沖電源和固態(tài)儲能領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。從當前技術(shù)成熟度來看，哪項技術(shù)最有希望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化？從實驗室研發(fā)到大規(guī)模量產(chǎn)的技術(shù)轉(zhuǎn)化過程中，面臨哪些關(guān)鍵性挑戰(zhàn)？

沈教授：高溫高能量密度聚合物復(fù)合電介質(zhì)薄膜是目前最具產(chǎn)業(yè)化前景的技術(shù)方向。作為脈沖電源儲能電容器的核心介質(zhì)材料，我們已經(jīng)完成從基礎(chǔ)研究到中試放大的關(guān)鍵過渡。在過去五年中，我們在浙江桐鄉(xiāng)烏鎮(zhèn)實驗室建立了完整的中試生產(chǎn)線，自主設(shè)計并制造了12臺專用裝備，成功實現(xiàn)了高質(zhì)量、高一致性復(fù)合電介質(zhì)薄膜的規(guī)?；慨a(chǎn)。

目前的研究重點聚焦于兩個方面：一是持續(xù)優(yōu)化工藝參數(shù)以提升產(chǎn)品良率，二是與電容器生產(chǎn)商緊密合作，計劃在年內(nèi)啟動面向電動汽車動力系統(tǒng)、大科學裝置及先進電磁裝備等領(lǐng)域的工程驗證。

從實驗室研發(fā)到工業(yè)化量產(chǎn)的過程充滿挑戰(zhàn)。過去三十年間，脈沖電源領(lǐng)域始終面臨核心材料瓶頸，傳統(tǒng)材料體系難以滿足新一代電子裝置對電介質(zhì)材料日益提升的性能要求。薄膜電容器的獨特結(jié)構(gòu)要求新材料必須能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量、高一致性的批量生產(chǎn)，這與傳統(tǒng)材料研發(fā)的迭代邏輯相反，導致眾多研究團隊在產(chǎn)業(yè)化進程中受阻?；谶@一認識，我們課題組提前進行了戰(zhàn)略布局，在十年前就啟動了產(chǎn)業(yè)化準備工作，并有幸獲得了地方政府的大力支持。經(jīng)過持續(xù)的技術(shù)攻關(guān)，最終實現(xiàn)了高溫高能量密度聚合物復(fù)合電介質(zhì)薄膜的規(guī)?；慨a(chǎn)。這一歷程充分體現(xiàn)了從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的全鏈條創(chuàng)新所面臨的復(fù)雜挑戰(zhàn)，其中的艱辛令我們感觸頗深。

采訪人：沈教授，您課題組在柔性智能材料領(lǐng)域的研究成果在感知-驅(qū)動一體化方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢?；诋斍凹夹g(shù)成熟度，您認為未來三年內(nèi)最具商業(yè)化潛力的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？

沈教授：我們課題組長期致力于功能復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)調(diào)控研究。近五年來，我們探索了柔性智能材料這一前沿研究方向。通過系統(tǒng)研究無機-有機復(fù)合材料體系，我們發(fā)現(xiàn)界面特性和無機填料在聚合物中的分散狀態(tài)，是決定材料性能的關(guān)鍵因素。約五年前，我們受多孔陶瓷制備技術(shù)啟發(fā)，成功設(shè)計并制備出 333 型柔性壓電復(fù)合材料。通過構(gòu)建三維連通網(wǎng)絡(luò)，并創(chuàng)新性地引入電學梯度過渡層，有效攻克了彈性模量與介電常數(shù)不匹配的技術(shù)難題，實現(xiàn)了材料柔性與高壓電性的協(xié)同優(yōu)化。三年前，我們成功研制出彈性模量<100 MPa，壓電系數(shù)d33 >150 pC/N的高性能柔性壓電材料?；谶@一創(chuàng)新成果，我們有幸承擔了相關(guān)國防科研項目，并重點探索了該材料在水下攻防領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。該材料具有低水聲阻抗和優(yōu)異加工性能，有望未來兩年內(nèi)在無人潛航器等裝備中完成應(yīng)用驗證。

此外，針對該材料輕質(zhì)、柔性和高靈敏度的特性，我們已啟動在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究，重點開發(fā)用于大型航天器的振動傳感及振動抑制系統(tǒng)，力爭在短期內(nèi)實現(xiàn)具有示范意義的空間技術(shù)應(yīng)用。

采訪人：沈教授，您在多個前沿領(lǐng)域取得了突破性進展?；仡櫮膶W術(shù)生涯，最初是什么契機促使您選擇并深耕聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域？作為清華大學博士生導師，您最希望培養(yǎng)學生具備哪些核心素養(yǎng)？

沈教授：我要特別感謝我的恩師南策文院士。本科階段申請進入實驗室時，正是南院士引領(lǐng)我進入聚合物復(fù)合材料這一充滿前景的研究領(lǐng)域。當時的我尚處于科研的起步階段，只有一個簡單的信念：導師指的路一定是對的，我只需全力以赴。從那之后，二十多年的時間里，我始終專注這一領(lǐng)域。隨著研究的深入，我越發(fā)感受到這個領(lǐng)域的魅力。從最初單一的電學性能研究，逐步拓展到力-電耦合、熱-電耦合等多個研究方向。為了保持學術(shù)前沿性，我不斷學習新知識，從材料計算模擬到當前正在探索的人工智能大模型在材料研究中的應(yīng)用。這段學術(shù)歷程讓我深刻認識到專注深耕一個領(lǐng)域的重要性，這也是我希望傳承給學生的科研態(tài)度。

在621所多功能廳，顏院士“報效祖國，是知識分子的良心和責任”的箴言令我深受觸動，這簡單的話語道出了我們科研工作者的初心。盡管我已45歲，但我內(nèi)心始終提醒自己保持愛國的赤子之心。

作為高校教師，我希望培養(yǎng)學生以下三方面核心素養(yǎng)：

第一，要永葆赤子之心。這份對祖國的熱愛，是我們克服科研困難、激發(fā)創(chuàng)新潛能、勇攀科學高峰的內(nèi)在動力。我們課題組在國防關(guān)鍵材料領(lǐng)域的突破性進展，正是源于這種使命擔當。

第二，要永葆好奇之心。堅持不懈的探索和追問“為什么”是持久創(chuàng)新的關(guān)鍵，唯有熱愛能敵歲月漫長。我平時喜歡涉獵天文、地理、古人類學、醫(yī)學等多個領(lǐng)域的知識，也愛讀《道德經(jīng)》、《莊子》這樣的經(jīng)典。這種求知欲促使我們課題組在一次失敗的實驗中意外發(fā)現(xiàn)了新現(xiàn)象并在《Science》發(fā)表了重要成果。近期，我們又發(fā)現(xiàn)了一種新的聚合物復(fù)合電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控方法，可能會帶來新的突破。

第三，要永葆擁抱新事物的勇氣。我常對學生們說，每十年應(yīng)當拓展一個新的研究領(lǐng)域。去年開始，我們課題組就積極學習人工智能技術(shù)，并用于新材料研發(fā)。在科技迅猛發(fā)展的今天，勇敢的擁抱新事物才能實現(xiàn)持續(xù)創(chuàng)新。長期局限于單一研究領(lǐng)域反而可能制約發(fā)展，雖然有人視之為堅持和追求完美，但如果一個研究方向歷經(jīng)十年仍停留在“具有潛在應(yīng)用價值，但存在諸多技術(shù)瓶頸”的階段，其實際應(yīng)用價值難免令人存疑。我們要做的，是在堅持中求變，在傳承中創(chuàng)新。

采訪人：沈教授，作為中國復(fù)合材料學會的資深專家，基于您在該領(lǐng)域的深厚學術(shù)積淀，您認為學會在促進聚合物復(fù)合材料與人工智能、新能源等新興領(lǐng)域的跨學科融合方面，應(yīng)當發(fā)揮怎樣的引領(lǐng)作用？

沈教授：中國復(fù)合材料學會名稱中的“復(fù)合”二字本身就體現(xiàn)了交叉融合和跨學科創(chuàng)新的核心理念。隨著科技發(fā)展，我們越發(fā)認識到：很多關(guān)鍵技術(shù)難題無法通過單一材料體系解決，必須依賴復(fù)合材料的多功能耦合特性。這一認知啟示我們，學科劃分應(yīng)當服務(wù)于實際需求，學科邊界不是不可逾越的紅線。

從戰(zhàn)略層面來看，未來的科研組織應(yīng)當突破傳統(tǒng)學科壁壘，將研究活動深度融入國家重大戰(zhàn)略需求之中。具體而言，可以圍繞新能源系統(tǒng)、半導體技術(shù)、高超聲速飛行器等重大工程目標，構(gòu)建跨學科研究團隊。當科研人員以解決具體工程問題為導向時，學科界限自然會趨于模糊。這要求我們保持開放包容的學術(shù)態(tài)度，主動尋求與其他領(lǐng)域的對接點。

復(fù)合材料學科的戰(zhàn)略重要性日益凸顯，學會應(yīng)當充分發(fā)揮其獨特的橋梁作用，推動形成更加開放、融合的科研創(chuàng)新體系。作為學會分管學術(shù)交流的副秘書長，我建議多舉辦需求導向的專題研討會，聚焦具體工程領(lǐng)域，邀請不同學科、甚至產(chǎn)業(yè)界的專家學者共同參與。這種跨界交流往往能激發(fā)創(chuàng)新思維，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)研究模式下難以觸及的新問題，并找到突破性的解決方案。