深耕一線譜新篇｜“非典型”科學家錢小石：科研工作者是和老天爺較勁的人
【編者按】
國慶連着中秋，在這個超長假期，總有人選擇不休假。之於他們，放假不等於休假，他們的假日，經常是忙碌而非休息。
因爲他們，是行走在科研前沿的人。選擇“攀登”，爭分奪秒就是常態；潛心“深耕”，只要實驗還在進行，實驗室“不打烊”、人更不能離崗……
文匯報今起推出“深耕一線譜新篇”系列報道，記錄滬上高校這些奮戰在科研一線的青年科學家的身影和他們非同尋常的假日生活。
對上海交通大學機械與動力工程學院教授錢小石來說，這個超長假期和往常的週末並沒什麼區別，他和團隊成員們仍然駐守在學校的實驗室。
利用電卡效應制冷，錢小石團隊在基礎原理、材料製備方面都已實現突破，該團隊也因此在2024年全國顛覆性技術創新大賽中斬獲卓越獎。令人期待的是，他的成果將使人們日常的製冷模式發生顛覆性變化。
錢小石可說是一位“非典型”科學家，2018年他入職上海交大時，只有產業界的創業經歷，並沒有亮眼的論文成果。入職學校前三年，他沒發表過任何一篇研究論文，直到第四年，他的研究獲得突破性進展，成果直接登上國際頂刊《自然》。隨後，他陸續在《自然》《科學》等頂刊上發表了5篇論文。
“對我來說，重要的從來都不是論文發表，而是我的成果能夠真正影響到產業，我培養的學生也能真正跨界，既能做跨學科研究，也能開公司創業。”錢小石說。
追着“真問題”走：放棄申請教職加入創業公司
在錢小石的辦公桌上，有一張暗色的、薄薄的“塑料紙片”，這就是可以利用電卡效應來實現製冷的一種薄膜設備。這種製冷設備，小到可集成在芯片上，大到可裝備在牆壁、窗戶玻璃夾層中實現製冷。在相同製冷功率的情況下，其重量是傳統空調的八十分之一，且無需壓縮機。
這一神奇功效，正是源於科學家利用凝聚態物理學領域的電卡效應制備的材料，簡單來說就是利用固體材料通電後壓縮相變吸收熱量實現製冷效果。值得一提的是，高分子中的電卡效應，是2008年由華人科學家章啓明發現的。
製冷技術堪稱人類歷史上的重大發明之一，但傳統制冷是利用氟利昂氣液相變帶來吸熱放熱效應。統計數據顯示，全球目前約10%的電力用於製冷，間接產生近一千兆噸二氧化碳。2019年，建築供暖的二氧化碳排放量達到4.3千兆噸。歐洲已明確，2035年將禁止PFAS（注：氟材料，氟利昂是其中一種）的生產使用。另一方面，氟利昂製冷用到的壓縮機需要高壓容器，很難小型化。
“電卡效應剛被發現時，學術界和產業界都很興奮，但要推動這一科研發現真正在產業界落地，有很多問題需要解決。”錢小石於2010年成爲章啓明的博士，其後他一直跟隨導師，嘗試解決電卡效應在現實使用中遇到的問題。也正是這段經歷，讓錢小石對科研有了不一樣的認識：“每當我們的研究取得階段性進展，我的導師極少跟我們討論論文要投哪裏。”但每當新發現誕生後，大家都會琢磨，如何開展下一步的攻關、推進後端的應用。
受導師影響，錢小石在博士畢業後並沒有申請大學教職，而是在導師的支持下、圍繞自己的博士課題加入了一家創業公司。“大約2016年，我們圍繞電卡材料和製冷系統的產業化，做了不少前沿的工作。我們沒有發表過一篇論文，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。”
“沉默”三年後爆發：連續發表數篇頂刊論文
從產業界回到學術圈時，錢小石的學術簡歷並不亮眼，也達不到很多高校的招聘要求。他坦言，“雖然我本人不在意是否發論文，但不得不說，若能帶着一些‘光環’回國，相比我當時回國的狀態，還是有很大的差別。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，學校爲他匹配了科研啓動經費，“一共400萬元，和美國的一些名校差不多，且我心理上也做好了非升即走的準備”。
錢小石（右一）和學生在一起，學生展示的是電卡陶瓷，這是登上《自然》雜誌的成果。
此後，他全身心地投入到完善電卡效應落地的研究中。“沉默”三年，到2021年他的研究有了突破，將電卡製冷循環壽命從百餘次提升至超過百萬次，很快，論文發表在《自然》上。這也是他回國後主導發表的第一篇研究論文。
“說實話，發表論文很重要，但它不該是追求的第一目標。我認真思考過這個問題，我的精力有限，在針對領域內一兩個重大難點開展工作之外，可能沒有時間去寫很多論文。不過，即便達不到學校的要求、面臨非升即走的話，我也可以再離職創業。”錢小石坦言，之所以自己的心態不錯，正是因爲產業界的經歷使他知道，人生並非只有一種選擇。不過，在推動電卡效應進入實際應用中時，他堅定地認爲，有大量基礎研究是繞不開的，比如圍繞良率、材料壽命等工程要素開展的基礎研究工作。這些規律的發現，往往需要積累3-5年。
也正是在解決這些實際問題的過程中，錢小石團隊發現了一些有趣的物理、化學效應，隨後連續在《自然》《科學》雜誌上發表了幾篇論文。“當我們專注於解決工程問題，試圖找到背後的科學規律時，哪怕只是管中窺豹，這時候總結規律而寫成的論文，也就是水到渠成的結果了。”
培養能“跨界”的學生：幹得了科研，開得了公司
雖然錢小石的成果科研應用在各個不同領域，離產業化僅一步之遙，但他表示，目前並沒有親自去推動成果轉化的打算，因爲“我是大學教師，相對於科研，我最重要的工作是培養人，我要花大量的時間投入教學、指導學生。”錢小石更希望的是，他能培養出真正有能力跨界的學生。
錢小石（左一）和學生一起展示高分子電卡薄膜，這也是登上《自然》的成果之一。
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”，錢小石在研究電卡效應時，不僅要解決物理問題，還要解決化學問題、材料問題、工程問題，還要和潛在投資人交流。“現實中，沒有哪個問題是隻對應着某個學科，且新型技術的研發沒有前人的成果可借鑑，不得不逼自己跨界創新。希望我培養的學生和我一樣，打破學科邊界的束縛，在各個行業裏都能夠摸爬滾打，這樣他們做什麼事都不會怵，幹得了科研，開得了公司”。
在錢小石看來，培養跨界創新能力之所以重要，是因爲，這也是國家未來發展之亟需。“現在我們要解決的‘卡脖子’問題，它們當然很難，但因爲知道有人做出來過，所以還是‘心裏有底’的。當有一天，沒有人可以對我們‘卡脖子’的時候，我們是不是知道自己該往哪裏走？這將對人的眼界、勇氣、堅韌、耐心都帶來很大考驗，這也許是我們的下一代人會面對的局面。”也正因此，錢小石常對學生們說，“科研工作者是和老天爺較勁的人。老天爺把很多科學規律都藏了起來，而我們就是要找到這些科學規律、找到未來發展方向的人。”
