從實(shí)踐中來(lái) 到實(shí)踐中去
——記華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院教授李勇的“散熱”探索之路

范佳樂(lè)

進(jìn)入21世紀(jì)后，信息化浪潮引發(fā)的科技革命，為人類生產(chǎn)與生活帶來(lái)了天翻地覆的變化。在國(guó)內(nèi)外多重變化的推動(dòng)下，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展邁進(jìn)了歷史的關(guān)鍵拐點(diǎn)。在這一進(jìn)程中，發(fā)展以高端裝備制造為代表的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)作為重中之重，已成為各國(guó)競(jìng)相追逐的賽場(chǎng)。無(wú)數(shù)科研人員為此吹起了沖鋒的號(hào)角，開(kāi)拓創(chuàng)新，以期贏得智能未來(lái)，華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院教授李勇就是其中一員。

以電子散熱領(lǐng)域?yàn)榛c(diǎn)，從20世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化目標(biāo)到如今智能制造的夢(mèng)想，李勇見(jiàn)證并參與了中國(guó)制造業(yè)飛速發(fā)展壯大的20年。于他而言，最有成就感的地方莫過(guò)于將自己熱愛(ài)的事業(yè)融入祖國(guó)和民族建設(shè)當(dāng)中。2019年國(guó)慶前夕，李勇收到了一份沉甸甸的榮譽(yù)——華南理工大學(xué)84人獲得了“中華人民共和國(guó)成立70周年”紀(jì)念章，李勇就是其中多名科技工作者中的一位。這是國(guó)家和時(shí)代對(duì)于奮斗者的饋贈(zèng)，對(duì)李勇來(lái)說(shuō)，更是一個(gè)莫大的鼓舞。面對(duì)新時(shí)代日新月異的挑戰(zhàn)，他也將不忘初心、牢記使命，繼續(xù)以滿腔熱忱向更加智能的方向邁進(jìn)。

工程科研要結(jié)合產(chǎn)業(yè)實(shí)踐

僅僅將時(shí)間倒退到20多年前，那時(shí)的國(guó)人也不敢想象今天的生活盛景：高鐵隨處可達(dá)、手機(jī)萬(wàn)物互聯(lián)……科技的飛速發(fā)展，大幅度提高了14億中國(guó)人的生活水平和質(zhì)量，使中國(guó)人民的面貌發(fā)生了歷史性改變。

在李勇小時(shí)候的印象中，國(guó)外業(yè)已普及的自動(dòng)化機(jī)械在國(guó)內(nèi)還很難見(jiàn)到，身在農(nóng)村，那時(shí)僅能見(jiàn)到農(nóng)用手扶拖拉機(jī)，不過(guò)這已足夠引起他的興趣了?！氨M管那些農(nóng)業(yè)自動(dòng)化機(jī)械現(xiàn)在看來(lái)都非常簡(jiǎn)陋，但在當(dāng)時(shí)還是覺(jué)得很了不起。就是這些能夠大幅度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的設(shè)備，引起了我的極大好奇心，所以后來(lái)大學(xué)就選擇了機(jī)械制造專業(yè)。”李勇說(shuō)道。

1993年，李勇順利考入哈爾濱理工大學(xué)機(jī)械制造工藝及裝備專業(yè)。4年求知若渴的歲月很快過(guò)去，急切渴望將學(xué)來(lái)的知識(shí)應(yīng)用在實(shí)踐中的李勇，本科畢業(yè)之后就找到了一家企業(yè)工作，但很快他就發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題與不足?！耙坏┻M(jìn)入工作之后才發(fā)現(xiàn)自己真的應(yīng)該繼續(xù)深造，解決實(shí)際問(wèn)題的能力還是很欠缺，必須學(xué)習(xí)?！?/p>

就這樣，第一次工作不到兩年，李勇就在同學(xué)推薦與調(diào)研下考入了華南理工大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)，用他的話說(shuō)，“因?yàn)檫@所學(xué)校兼顧學(xué)術(shù)氛圍與工程實(shí)踐能力”。從工作中再次回到學(xué)校的李勇，顯然比一般同學(xué)更加知道學(xué)習(xí)的方向和意義：一方面掌握更多專業(yè)知識(shí)，另一方面深入實(shí)踐，鍛煉解決實(shí)際問(wèn)題的能力。幸運(yùn)的是，李勇的碩士導(dǎo)師正好也是偏向應(yīng)用型的研究，在導(dǎo)師的支持下，李勇如魚(yú)入海，在科研與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐中自由翱翔。

地處廣州的華南理工大學(xué)，正好位于珠三角中心地區(qū)，四周遍布各行各業(yè)高新企業(yè)。尤其機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)的特殊性，讓其與企業(yè)的聯(lián)系更加緊密。在3年碩士生涯中，李勇有幸接觸到20多個(gè)企業(yè)合作項(xiàng)目，這段難得的經(jīng)歷不僅讓他在學(xué)生中獨(dú)樹(shù)一幟，也為其后來(lái)的研究與工作生涯奠定了深厚基礎(chǔ)。

那3年，李勇參與過(guò)各行各業(yè)的機(jī)械制造及其自動(dòng)化相關(guān)問(wèn)題：有生活玩具類，制作機(jī)器馬問(wèn)題；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類，裝載機(jī)、挖掘機(jī)設(shè)備問(wèn)題；還有醫(yī)藥類，藥膏模具生產(chǎn)問(wèn)題；以及穿戴類，不同功能的鞋子、衣服制作等。就是在這樣一個(gè)個(gè)千奇百怪的項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，李勇漸漸學(xué)到了解決問(wèn)題的方法與能力，并逐漸建立起工程科研的自信心。在他看來(lái)，這段經(jīng)歷是一筆不可復(fù)制的寶貴財(cái)富。

“這段經(jīng)歷對(duì)我來(lái)講非常重要，它讓我建立起自信心，當(dāng)面對(duì)一個(gè)實(shí)際問(wèn)題時(shí)，知道應(yīng)該怎么去思考、用什么樣的方案來(lái)解決，之后再設(shè)計(jì)出相應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備替代人工，或者降低勞動(dòng)強(qiáng)度。不管將來(lái)實(shí)踐中遇到什么樣的問(wèn)題都不會(huì)再束手無(wú)策，非常寶貴?！崩钣氯缡钦f(shuō)道。

機(jī)械制造領(lǐng)域無(wú)疑是工程科技的典型代表，既需要專業(yè)知識(shí)的積累，又要與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合。3年碩士生涯的沉淀，讓李勇從同學(xué)中迅速脫穎而出。2002年7月碩士畢業(yè)之后，他就留在了華南理工大學(xué)，從事教學(xué)與科研至今。10余年實(shí)踐中，針對(duì)微電子、光電子、電力電子等領(lǐng)域的熱控制需求，他對(duì)微結(jié)構(gòu)和微系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、優(yōu)化與應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了深入研究，涉及微熱管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造技術(shù)、微熱管自動(dòng)化設(shè)備研發(fā)、微電子/光電子/電力電子熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析、IDC機(jī)房熱控制與節(jié)能技術(shù)、半導(dǎo)體芯片制冷技術(shù)、汽車(chē)尾氣余熱回收利用及動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)等多個(gè)方面。同時(shí)，針對(duì)未來(lái)柔性電子產(chǎn)業(yè)的熱管理需求，他還開(kāi)展了柔性熱管、微型壓電風(fēng)扇等關(guān)鍵產(chǎn)品及技術(shù)的探索。2010年，由于在教學(xué)與科研上的突出表現(xiàn)，他被遴選為廣東省高等學(xué)?！扒О偈こ獭毙＜?jí)培養(yǎng)對(duì)象；2014年晉升為教授；2015年被批準(zhǔn)為博士生導(dǎo)師……

對(duì)于李勇而言，無(wú)論是簡(jiǎn)單的玩具制作，還是未來(lái)的可穿戴式設(shè)備研發(fā)，并無(wú)高低難易不同。通過(guò)科技改善人們的生產(chǎn)與生活，降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提升生活品質(zhì)，就是他們最大的目標(biāo)。

推動(dòng)微熱管制造及應(yīng)用進(jìn)程

2000年前后，是個(gè)人電腦開(kāi)始進(jìn)入飛速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，由其高效運(yùn)行產(chǎn)生的散熱問(wèn)題也正式進(jìn)入了研究人員的視野。為了找到合適的元件降低機(jī)器熱量，人們冥思苦想，最終注意到此前被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工等高端領(lǐng)域的熱管技術(shù)。

“熱管其實(shí)就是一種利用了相變?cè)砀咝?dǎo)熱的傳熱元件，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在CPU以及GPU散熱上。我的博士課題主要方向就是熱管技術(shù)及其設(shè)備制造?！崩钣陆榻B。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，集成電路向著高密度、大功率方向發(fā)展，使得芯片熱流密度提高，散熱空間減小。特別在電子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，散熱問(wèn)題嚴(yán)重制約著CPU主頻的提高。因此，導(dǎo)熱能力遠(yuǎn)超其他材料的微熱管技術(shù)迅速占據(jù)人們的視線并成為主流。2005年開(kāi)始，李勇的研究主要集中在微熱管領(lǐng)域，并在微熱管制造工藝、微熱管制造裝備、微熱管應(yīng)用等方向取得一系列研究成果。

微熱管具有極高導(dǎo)熱率（熱傳輸性能比鋁/銅高二個(gè)數(shù)量級(jí)以上）、體積小、重量輕、且有良好的等溫性、無(wú)需額外電力驅(qū)動(dòng)，各個(gè)部分均可以強(qiáng)化傳熱等特點(diǎn)；在大功率LED照明、大功率電力電子、余熱回收、可再生能源高效利用、化工微反應(yīng)器溫度平衡控制等領(lǐng)域已有大量應(yīng)用；而且在節(jié)能減排、阻止全球變暖等方面具有一定的不可替代性，目前已成為國(guó)際上節(jié)能及熱控制領(lǐng)域的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)之一。但令人不能完全滿意的是：在研究思路和研究程序上，諸多微熱管理論研究者均在“上游”，即研究微熱管時(shí)沒(méi)能從一開(kāi)始就和“下游”——熱管制造及熱管應(yīng)用者聯(lián)合攻關(guān)，缺乏從熱管應(yīng)用需求反推微熱管性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的“逆向”過(guò)程；而事實(shí)上，在一定的工質(zhì)灌注量及真空度情況下，微熱管的性能主要由微熱管的結(jié)構(gòu)所決定，所以微熱管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造一直是微熱管技術(shù)的核心與關(guān)鍵之所在。

由于此前的工作與科研經(jīng)歷，李勇的研究始終與實(shí)踐相結(jié)合，所做的項(xiàng)目均來(lái)源于實(shí)際需求，博士期間踏入的微熱管領(lǐng)域即源于企業(yè)的委托合作。自此之后，他所申請(qǐng)的項(xiàng)目也基本與微熱管相關(guān)，主持的第一個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目就是“熱管的原材料銅管制造工藝研究”，并因此開(kāi)發(fā)了大高寬比軸向內(nèi)溝槽銅管充液旋壓拉拔技術(shù)及裝備，提出采用固定芯頭鋼球高速旋壓拉拔法成形大高寬比軸向內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)，對(duì)齒槽成形理論及工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究；并研制出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微熱管成套加工裝備。

“我覺(jué)得令我一直感到比較自豪的地方就在于我所做的項(xiàng)目都是源于實(shí)際的需求，之后又得到了國(guó)家支持，并最終實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。對(duì)于工科研究人員來(lái)說(shuō)，這就是成就感的來(lái)源。”李勇如是說(shuō)道。

2008年，中國(guó)第一條時(shí)速超過(guò)300公里的高速鐵路——京津城際鐵路建成通車(chē)。此后，浩浩蕩蕩的中國(guó)高鐵拉開(kāi)大幕。令李勇感到萬(wàn)分自豪的是，在這舉世矚目的成就背后，也有他們的一份貢獻(xiàn)。

2010年，接到高鐵裝備IGBT（絕緣柵雙極型晶體管，實(shí)現(xiàn)能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷┌l(fā)熱嚴(yán)重，而傳統(tǒng)水冷散熱器體積大、重量大等問(wèn)題需求后，李勇迅速帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與合作企業(yè)展開(kāi)了研究，率先開(kāi)發(fā)出中、日高鐵核心IGBT芯片散熱用大直徑內(nèi)溝槽熱管制造工藝及成套裝備，實(shí)現(xiàn)了熱管+空氣對(duì)流換熱技術(shù)在高鐵IGBT芯片上的應(yīng)用。

與廣東新創(chuàng)意科技有限公司等合作，李勇及團(tuán)隊(duì)研發(fā)了日本新干線高鐵IGBT散熱用φ12.7mm內(nèi)溝槽熱管制造技術(shù)：助力合作企業(yè)成為日本新干線高鐵熱管供應(yīng)商；研制了中國(guó)高鐵IGBT散熱用φ16mm內(nèi)溝槽熱管制造技術(shù)及成套生產(chǎn)設(shè)備：協(xié)助中國(guó)中車(chē)時(shí)代散熱、時(shí)代金屬建立了φ16mm熱管生產(chǎn)車(chē)間。2016年，以熱管設(shè)計(jì)制造等技術(shù)作為重要研究成果，李勇與團(tuán)隊(duì)及合作企業(yè)共同完成的項(xiàng)目“復(fù)雜表面熱功能結(jié)構(gòu)形貌特征設(shè)計(jì)與可控制造關(guān)鍵技術(shù)”獲得了國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

時(shí)至今日，這些技術(shù)與裝備已在國(guó)內(nèi)外高鐵中廣泛應(yīng)用，有效促進(jìn)了高鐵散熱機(jī)制的研究與應(yīng)用進(jìn)程，并取得了極大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)于李勇而言，技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值就是對(duì)他最大的激勵(lì)。

微熱管的應(yīng)用范圍非常廣泛，在面向智能手機(jī)和平板的熱管（超薄熱管）領(lǐng)域，李勇同樣成果顯著。2014—2016年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)率先采用新型螺旋交錯(cuò)編織絲網(wǎng)為超薄熱管吸液芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并優(yōu)化了管內(nèi)超薄汽-液通道尺寸配置，發(fā)明了無(wú)芯棒水平重力燒結(jié)、冷熱壓復(fù)合相變壓扁成型等超薄熱管批量化制造工藝，并研制了成套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)自動(dòng)化裝備，幫助合作企業(yè)率先在國(guó)內(nèi)自主實(shí)現(xiàn)了0.35mm～0.40mm厚度超薄熱管的量產(chǎn)。相關(guān)產(chǎn)品已應(yīng)用于三星/華為等品牌旗艦智能手機(jī)、Facebook等智能VR等設(shè)備中。同時(shí)，他還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與合作企業(yè)進(jìn)一步優(yōu)化超薄熱管制造技術(shù)、提升裝備自動(dòng)化程度、提高制造良品率，降低產(chǎn)品成本，實(shí)現(xiàn)超薄熱管更廣闊應(yīng)用。

因?yàn)闊釔?ài)，所以堅(jiān)持

如果要列出這些年來(lái)李勇涉足的領(lǐng)域具體有哪些，恐怕連他本人也記不太清。從碩士至今20余年，大大小小參與的項(xiàng)目足有百余項(xiàng)。上到航天、下到航海，只要有機(jī)械設(shè)備需要的地方就有他的研究成果的存在。

在照明領(lǐng)域，他成功研制出基于微熱管的太陽(yáng)花LED室內(nèi)照明筒燈、協(xié)助合作企業(yè)完成汽車(chē)LED前大燈基于微熱管的散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成了模擬和實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了微熱管在LED領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

在節(jié)能領(lǐng)域，他與合作單位一起，為中國(guó)移動(dòng)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了水冷型熱管散熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器“精準(zhǔn)冷卻”，并在中國(guó)移動(dòng)南方基地獲得商用。2016年，在以7位院士為主的專家委員會(huì)的鑒定會(huì)上，這一成果被鑒定為“技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先”。

“我的興趣愛(ài)好其實(shí)不是特別多，如果我能看到自己做的一個(gè)東西，從圖紙開(kāi)始慢慢變成一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品，然后被別人拿去應(yīng)用，那我就覺(jué)得非常高興了?！崩钣抡f(shuō)，“做不同的東西會(huì)給你帶來(lái)不同的喜悅，然后這種感覺(jué)會(huì)激勵(lì)著你一直堅(jiān)持下去?！?/p>

在李勇看來(lái)，興趣是專心科研的基礎(chǔ)，因?yàn)闊釔?ài)，所以才能堅(jiān)持。20余年學(xué)習(xí)與工作的經(jīng)歷，讓他深知興趣對(duì)于一個(gè)科研人員的重要性。因此，在成為一名高校教師后，他也同樣投入了大量心血，精心設(shè)置課程教材，致力于培養(yǎng)學(xué)生的積極性。

“我希望在教學(xué)中能影響更多年輕的學(xué)生，通過(guò)制造多方位的機(jī)會(huì)讓他們深入實(shí)踐，可能慢慢就會(huì)感興趣，然后去從事這份工作?！崩钣抡f(shuō)道。

在本科教學(xué)過(guò)程中，他重視學(xué)生的全面發(fā)展，特別是思維方法和解決問(wèn)題的能力，注重理論研究與應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，由他主講的本科課程深受學(xué)生好評(píng)。2010年，李勇主持的教學(xué)成果獲得廣東省教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；此外，他還先后5次獲得華南理工大學(xué)教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)，指導(dǎo)研究生獲得廣東省/全國(guó)挑戰(zhàn)杯賽特等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)，并多次指導(dǎo)本科生參加全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排實(shí)踐競(jìng)賽及國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。

在碩、博士培養(yǎng)方面，他也同樣積累了一套獨(dú)有的人才培養(yǎng)方式。結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)以及專業(yè)的特殊性，他將碩士與博士培養(yǎng)明顯區(qū)別開(kāi)來(lái)。針對(duì)缺乏項(xiàng)目實(shí)踐能力的碩士生，他著重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并引導(dǎo)他們將知識(shí)與實(shí)踐密切結(jié)合；在指導(dǎo)博士生時(shí)，他又注重鍛煉學(xué)生開(kāi)拓創(chuàng)新的能力，希望他們更多地打開(kāi)思維，開(kāi)辟更好的方向。

俗語(yǔ)常云：“師父領(lǐng)進(jìn)門(mén)，修行在個(gè)人。”其實(shí)，這一引領(lǐng)的作用至關(guān)重要。“如果博士期間沒(méi)有在導(dǎo)師的引導(dǎo)下接觸熱管，我想我也不太可能知道這一領(lǐng)域，更不會(huì)有后來(lái)的這些研究成果。因此，我也希望能給學(xué)生創(chuàng)造更多的機(jī)會(huì)去了解，繼而喜歡我們的專業(yè)。如果有更多的人從事制造業(yè)的話，我相信我們國(guó)家整體技術(shù)水平會(huì)得到極大的提升，人們的生活也會(huì)得到更加有效的改善?！崩钣抡f(shuō)道。

在當(dāng)前中國(guó)經(jīng)濟(jì)邁入高質(zhì)量發(fā)展階段的關(guān)鍵時(shí)期，推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)已然成為至關(guān)重要的突破口。在這一過(guò)程中，新一代以互聯(lián)網(wǎng)、人工智能為代表的科技提供了強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)，推進(jìn)制造業(yè)和服務(wù)業(yè)的融合、制造業(yè)和信息化的融合，已成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的大趨勢(shì)。

2018年5月與2019年4月，在廣東省自然科學(xué)基金“面向柔性電子產(chǎn)品的超薄柔性均熱板設(shè)計(jì)與制造機(jī)理研究”與廣州市科技創(chuàng)新委員會(huì)“面向柔性顯示的柔性均熱板制造方法與傳熱性能研究”項(xiàng)目支持下，李勇對(duì)未來(lái)可穿戴設(shè)備的柔性熱管這一新興領(lǐng)域發(fā)起了沖鋒，希望通過(guò)科技創(chuàng)新，能夠產(chǎn)生更貼近人類體感的產(chǎn)品，從而為人們帶來(lái)全新的生活體驗(yàn)。雖然這一時(shí)間還未可知，但也在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)。對(duì)此，李勇充滿了信心與期待。