周濟(jì)院士：推動(dòng)學(xué)科交叉融合，建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)

推介單位：北京交叉科學(xué)學(xué)會(huì) 受訪專家：周濟(jì) 采編：倪妮

周濟(jì) 清華大學(xué)材料學(xué)院教授，中國(guó)工程院院士，北京交叉科學(xué)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。長(zhǎng)期從事功能材料及相關(guān)交叉科學(xué)研究，提出了通過超材料與自然材料融合構(gòu)筑新型功能材料的思想，解決了無源電子元器件片式化和集成的若干關(guān)鍵技術(shù)難題。先后榮獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。

“交叉科學(xué)是未來科學(xué)發(fā)展的重要方向，是新科學(xué)突破的主要策源地，也在新的技術(shù)變革和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。而推動(dòng)交叉科學(xué)的發(fā)展是我們的職責(zé)所在?！?/p>

——周濟(jì)

北京交叉科學(xué)學(xué)會(huì)于2021年12月9日正式成立，其是諸多領(lǐng)域顛覆性技術(shù)的重要源頭，有助于促進(jìn)跨學(xué)科交叉融合、推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用交流合作、引領(lǐng)科技發(fā)展方向、推動(dòng)國(guó)際科創(chuàng)中心建設(shè)、建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)。在新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，交叉科學(xué)承擔(dān)著越來越重要的歷史使命。科協(xié)頻道、《科研成果與傳播》雜志就北京交叉科學(xué)學(xué)會(huì)的建設(shè)及交叉科學(xué)的相關(guān)發(fā)展，深入采訪了清華大學(xué)教授、中國(guó)工程院院士，北京交叉科學(xué)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)周濟(jì)。

走在前面的北京交叉科學(xué)學(xué)會(huì)

北京交叉科學(xué)學(xué)會(huì)是國(guó)內(nèi)首個(gè)正式的交叉科學(xué)學(xué)會(huì)，其成立走在了前面。在周濟(jì)看來，交叉科學(xué)學(xué)會(huì)率先成立于北京，有其必然性?！氨本┑貐^(qū)目前已躋身于全球最活躍的創(chuàng)新區(qū)域的行列，科研資源雄厚，學(xué)科專業(yè)齊全，高校和科研機(jī)構(gòu)眾多并在空間上也比較集中，這為開展交叉科學(xué)研究提供了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)?！贝送猓本┙徊婵茖W(xué)學(xué)會(huì)的率先成立離不開北京市科協(xié)的積極支持和推動(dòng)。

學(xué)會(huì)的建立也得到了多方支持和學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界的廣泛響應(yīng)?！拔覀冎皇窃谳^小的范圍宣布了學(xué)會(huì)創(chuàng)建和成立的消息，就收到了大量的入會(huì)申請(qǐng)和成立分會(huì)的建議，目前學(xué)會(huì)會(huì)員約500人?！边z憾的是，由于疫情，計(jì)劃之中一些活動(dòng)只能縮小規(guī)?；蛉∠瑫?huì)員的發(fā)展和分會(huì)的建立等也因此受到了一定程度的影響。

學(xué)會(huì)成立后，開展了多次線下、線上的研討活動(dòng)，還和多方專家、高校、科研院所、企業(yè)等開展了交流。最近，學(xué)會(huì)與中科院所屬的高端裝備企業(yè)開展合作，就高端裝備中所涉及的交叉科學(xué)問題進(jìn)行了深入研討。此外，學(xué)會(huì)還充分利用微信群、公眾號(hào)等開展學(xué)術(shù)交流。在學(xué)會(huì)的微信群里，曾有一位醫(yī)學(xué)專家希望能通過檢測(cè)氣體對(duì)早期癌癥患者進(jìn)行診斷，而群里剛好有研究傳感器的專家，兩位專家便通過學(xué)會(huì)平臺(tái)建立了聯(lián)系。周濟(jì)說：“雖然這兩位專家我都不認(rèn)識(shí)，但他們的對(duì)話給我留下了很深的印象。后來他們單獨(dú)交流，雖不知道最終結(jié)果如何，但我想我們的學(xué)會(huì)如果能促成這樣有重大意義的合作，也是功德無量的事情?！?/p>

兼容并包，突破單一學(xué)科壁壘

在周濟(jì)看來，北京交叉科學(xué)學(xué)會(huì)是一個(gè)很特殊的學(xué)會(huì)，具有多學(xué)科、跨學(xué)科的優(yōu)勢(shì)。其在學(xué)術(shù)問題上兼容并包，致力于推動(dòng)不同學(xué)科的交叉，突破單一學(xué)科發(fā)展的壁壘。

目前，很多交叉學(xué)科都建立了一些專業(yè)學(xué)會(huì)或在一些學(xué)會(huì)下面建立了分會(huì)，這些交叉學(xué)科往往是一些相對(duì)成熟的交叉學(xué)科。除了這些成熟的交叉學(xué)科，“我想我們學(xué)會(huì)應(yīng)該致力于做一些不同于這些學(xué)會(huì)或分會(huì)的工作?！痹趯W(xué)科交叉上和學(xué)會(huì)存在的意義方面，周濟(jì)特別強(qiáng)調(diào)了兩點(diǎn)：一是大交叉，比如自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的交叉、科學(xué)與藝術(shù)的交叉等，跨度越大越鼓勵(lì);二是尚未發(fā)生交叉的學(xué)科之間進(jìn)行交叉，爭(zhēng)取能產(chǎn)生新的科學(xué)體系，“在不久的將來，也許我們能促成某些冠以‘北京學(xué)派的新的交叉科學(xué)體系。”周濟(jì)說。

北京交叉科學(xué)學(xué)會(huì)的會(huì)員構(gòu)成也盡顯多學(xué)科交叉的特點(diǎn)。從會(huì)員的專業(yè)背景上看，學(xué)科分布較為廣泛，既有數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地學(xué)、天文學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，也有計(jì)算科學(xué)、材料科學(xué)、信息技術(shù)、機(jī)械過程、土木工程等工程領(lǐng)域，還有一些醫(yī)學(xué)、藝術(shù)和管理等領(lǐng)域，甚至很多會(huì)員自身從事的研究都是交叉科學(xué);從會(huì)員來源上看，來源也很豐富，有高校的、有科研單位的、有企業(yè)的;從會(huì)員層次上看，從研究生到院士都有，分布很均衡。周濟(jì)表示：“目前只是一個(gè)創(chuàng)會(huì)的會(huì)員隊(duì)伍，相信未來會(huì)進(jìn)一步發(fā)展壯大?！?/p>

“在高層專家層面，我們擬組建一個(gè)由頂級(jí)專家組成的專家指導(dǎo)委員會(huì)，由聶祚仁院士擔(dān)任主任，并擬邀請(qǐng)國(guó)家自然科學(xué)基金委高瑞平副主任、北京大學(xué)湯超院士等專家擔(dān)任副主任。這個(gè)委員會(huì)的陣容將相當(dāng)強(qiáng)大，期待不久的將來能組建起來?！?/p>

未來，學(xué)會(huì)將考慮充分發(fā)揮這樣一支跨學(xué)科的專家隊(duì)伍，做一些更大的事情，為解決北京地區(qū)科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展面臨的跨學(xué)科問題作一點(diǎn)貢獻(xiàn)。同時(shí)，“我們希望能夠通過這樣一個(gè)學(xué)會(huì)的建立，為北京地區(qū)乃至全國(guó)學(xué)界搭建一個(gè)學(xué)科交叉的平臺(tái)，一方面服務(wù)于北京國(guó)際科創(chuàng)中心的建設(shè)，另一方面也為國(guó)內(nèi)其他地區(qū)乃至全國(guó)的交叉科學(xué)學(xué)術(shù)團(tuán)體的建設(shè)探索出一條路子。”

從事交叉科學(xué)領(lǐng)域研究，推動(dòng)融合創(chuàng) 新

周濟(jì)目前所從事的超材料研究，就是一個(gè)包含材料科學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)等學(xué)科的交叉科學(xué)領(lǐng)域。所謂超材料是通過人工設(shè)計(jì)的功能單元獲得自然界所不具備的奇異性質(zhì)的人工材料。這類材料無論是構(gòu)造方式還是材料功能跟我們熟知的常規(guī)材料都完全不同，從研究角度看它是一種新的范式，從應(yīng)用角度講它可能為很多工程技術(shù)領(lǐng)域提供顛覆性技術(shù)。

“如今，這一領(lǐng)域僅僅是個(gè)小交叉，因?yàn)閺膰?yán)格意義上講，材料科學(xué)本身就是一個(gè)交叉學(xué)科，只是相對(duì)成熟一些。我們也在試圖以交叉科學(xué)的方式推動(dòng)超材料技術(shù)與其他學(xué)科或領(lǐng)域進(jìn)一步融合，如化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、能源技術(shù)，乃至創(chuàng)意和設(shè)計(jì)等領(lǐng)域?！敝軡?jì)說。

在超材料領(lǐng)域，周濟(jì)院士團(tuán)隊(duì)也取得了突破性的研究成果，其中比較有特色的工作是超材料與常規(guī)材料的融合。該思想是周濟(jì)院士在十幾年前提出的，在這個(gè)思想的基礎(chǔ)上，他們團(tuán)隊(duì)將超材料這個(gè)概念從具體化的幾類材料提上到具有普適性的材料設(shè)計(jì)方法，從而可拓展出三類新型材料：第一類材料是融合自然機(jī)制、具有增強(qiáng)性能的超材料。例如，“我們團(tuán)隊(duì)率先研制出非金屬基超常電磁介質(zhì)，突破了傳統(tǒng)金屬基電磁超材料高損耗、各向異性、難以制備與調(diào)控等制約，推動(dòng)了介質(zhì)超材料這一超材料研究新分支的出現(xiàn)。”第二類材料是基于人工機(jī)制的高性能“常規(guī)材料”。周濟(jì)院士團(tuán)隊(duì)在材料的機(jī)制重構(gòu)與性能提升方面取得若干突破，提出了基于超構(gòu)分子電磁耦合的光電直接轉(zhuǎn)換新機(jī)制，可望發(fā)展出光伏效應(yīng)以外實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的新路線;提出了利用超材料模態(tài)耦合實(shí)現(xiàn)全光開關(guān)的新原理，其開關(guān)過程無非線性機(jī)制介入、高速、低閾值，有望解決制約全光信息技術(shù)的核心難題。第三類材料是受超材料啟發(fā)的超常自然材料?！拔覀儓F(tuán)隊(duì)在十多年前發(fā)現(xiàn)了某些層狀材料具有非正定的介電特性，這類材料的超常性質(zhì)才逐漸被人關(guān)注。而這類材料不屬于超材料，如果能利用自然材料獲得超材料的性質(zhì)，則可以使問題大大簡(jiǎn)化?！敝軡?jì)說道。

對(duì)交叉科學(xué)興趣的種子早已深埋

周濟(jì)對(duì)交叉科學(xué)的興趣產(chǎn)生得很早，現(xiàn)在來看，這一興趣的種子也讓他和交叉科學(xué)結(jié)下了不解之緣。1978年，仍是在校生的周濟(jì)參加了高考?！澳悄晔俏ㄒ灰荒暝试S尚未畢業(yè)的在校生參加高考的，我就想試試?！敝軡?jì)一開始想學(xué)文科，但父母建議他報(bào)理工科?！拔蚁爰热皇窃囋?，報(bào)什么都無所謂。”后來，他考上了吉林大學(xué)半導(dǎo)體系（畢業(yè)時(shí)改名為電子科學(xué)系），學(xué)習(xí)電子學(xué)。但他仍對(duì)社會(huì)科學(xué)感興趣，總是期望日后能做點(diǎn)自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)交叉的事情。

周濟(jì)回憶：“當(dāng)時(shí)有兩個(gè)自然科學(xué)的理論體系可以向社會(huì)科學(xué)延伸，其一是普利高津的耗散結(jié)構(gòu)理論，其二是哈肯的協(xié)同學(xué)，相關(guān)的專著我都研讀過，但感覺到理論模型很漂亮，但真正結(jié)合實(shí)際很難。20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)也有些學(xué)者試圖在自然科學(xué)領(lǐng)域找到結(jié)合點(diǎn)，如金觀濤先生用控制論研究中國(guó)歷史，趙紅洲先生提出了社會(huì)物理學(xué)，我都關(guān)注過，但他們的工作很難走到定量。今天我們有大數(shù)據(jù)等輔助手段，自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)找到結(jié)合點(diǎn)很容易，當(dāng)時(shí)卻非常難。所以我最終放棄了這種努力，但對(duì)交叉科學(xué)的興趣一直保持著。”

其實(shí)，周濟(jì)的專業(yè)背景也非常具有“交叉”特點(diǎn)?！懊慨?dāng)填寫表格中‘專業(yè)一欄時(shí)，我都有點(diǎn)無所適從。”周濟(jì)笑道。周濟(jì)本科學(xué)的電子，碩士學(xué)的物理，博士學(xué)的化學(xué)，博士畢業(yè)后轉(zhuǎn)到了面向應(yīng)用的材料科學(xué)研究，最后進(jìn)入超材料科學(xué)領(lǐng)域。

周濟(jì)跨學(xué)科的背景使他受益匪淺，他總能提出一些解決實(shí)際問題的新思路。而不斷進(jìn)入新的領(lǐng)域源于周濟(jì)對(duì)能將理論和實(shí)驗(yàn)完美結(jié)合的研究的向往?！拔宜膬x的依然是那些能將理論和實(shí)驗(yàn)完美結(jié)合的研究，后來進(jìn)入超材料這個(gè)領(lǐng)域，有一定的必然性?！敝軡?jì)院士團(tuán)隊(duì)也與其他早期研究超材料的多數(shù)人不同，“我們從方法論的尋找中走到這個(gè)領(lǐng)域，因此思路會(huì)寬一些，把超材料當(dāng)成一種方法，使得這個(gè)領(lǐng)域研究的范圍和意義有了外延的空間。”

跨學(xué)科背景不僅讓周濟(jì)勇于創(chuàng)新，也讓他與交叉科學(xué)分割不開。周濟(jì)說：“創(chuàng)新往往來自與眾不同，與眾不同的學(xué)術(shù)背景、與眾不同的知識(shí)結(jié)構(gòu)、與眾不同的研究經(jīng)歷和與眾不同的思考方式都可能構(gòu)成科學(xué)研究的優(yōu)勢(shì)。而創(chuàng)造條件讓不同學(xué)科之間碰撞，打造與眾不同的學(xué)術(shù)共同體，則是北京交叉科學(xué)學(xué)會(huì)追求的目標(biāo)?！?/p>