前沿觀察：自超滑技術的艱難突圍

宏觀世界中，摩擦現(xiàn)象極其普遍——從日常生活中指尖的搓動，到工業(yè)生產(chǎn)中齒輪的咬合，且摩擦“必然”伴隨磨損。直到今日全球還有逾20%的一次能源消耗源于摩擦，80%的設備報廢源于磨損。這不僅制約了工業(yè)效率的提升，更對可持續(xù)發(fā)展提出了重大挑戰(zhàn)。然而，宇觀世界的星際運動和微觀世界原子內(nèi)部的電子運動，都是零摩擦。傳統(tǒng)上，解決宏觀世界摩擦磨損問題的原理是“避免”直接接觸，方案是添加潤滑劑、氣懸浮或磁懸浮。有沒有保持直接接觸、同時又避免摩擦磨損的革命性解決方案呢？

近20年來誕生的“自超滑”技術，就是這樣一個革命性突破，它的顛覆性不僅體現(xiàn)在技術本身的突破，更在于對傳統(tǒng)認知的挑戰(zhàn)和對未知領域的探索。

“自超滑”（Self-superlubricity，原“結(jié)構超滑”）定義為兩個固體表面間無潤滑劑受壓直接接觸滑動時，出現(xiàn)零磨損、零靜摩擦和近零摩擦系數(shù)的極致理想狀態(tài)。這有點像超導現(xiàn)象——電阻體現(xiàn)了導體對電子在導體中流動的“摩擦”；超導現(xiàn)象的兩個決定性特征為零電阻和完全抗磁性。自超滑技術的出現(xiàn)，不僅有望在宏觀世界延長設備壽命、提升能源效率、降低碳排放等領域引發(fā)機械工程的范式變革，還可能在毫米以下尺度開辟無限廣闊的技術和產(chǎn)品“新大陸”。

引領這場變革的力量正扎根于深圳。由中國科學院院士鄭泉水領銜的清華大學和深圳清華大學研究院超滑技術研究所（下稱“深超所”）的自超滑研究團隊，近十年貢獻了相關領域全球頂尖期刊中超半數(shù)的研究成果。目前，該團隊已成功制備全球最大尺度（毫米級）的自超滑材料，并依托產(chǎn)業(yè)化載體——深圳清力技術有限公司（下稱“清力公司”），研發(fā)多款自超滑技術產(chǎn)品，加速產(chǎn)業(yè)化落地。

從納米到毫米：核心技術的20年長跑

在過去很長一段時間內(nèi)，國內(nèi)外關于結(jié)構超滑的研究一直停留在理論階段。彼時，學界普遍認為結(jié)構超滑現(xiàn)象僅是理論猜想，固體接觸必然存在摩擦，差異僅在于程度大小。盡管理論推測是可以實現(xiàn)“零”摩擦的，但現(xiàn)實中“零摩擦不可能”的認知依舊占據(jù)主流。

轉(zhuǎn)折點在2002年，鄭泉水與合作者蔣慶教授受A. Zettl教授團隊和R.S. Ruoff教授團隊分別于2000年報道的兩個實驗觀察的啟發(fā)，提出用多壁碳納米管實現(xiàn)人們期待已久的技術里程碑——10億赫茲振蕩器。這項預測受到國內(nèi)外學術界的廣泛關注，其設想的實驗驗證獲得國家自然科學基金委和清華大學大力資助，獲得物理、力學和材料科學與技術等領域的多位院士參與合作研究。

鄭泉水，清華大學錢學森班創(chuàng)辦首席教授、深圳零一學院創(chuàng)始院長，兩次獲得國家自然科學獎二等獎（第一獲獎人），是自超滑技術開拓者和引領者。

確定方向后，挑戰(zhàn)才剛剛開始。納米級的超滑現(xiàn)象雖被證實，但因尺寸太小甚至都無法用顯微鏡分辨，更不用說探索應用了。自2002年起，鄭泉水團隊在清華大學、中科院物理所和北京大學等的合作實驗室里反復嘗試，歷時十年，終于在2012年將實驗室觀察到的結(jié)構超滑現(xiàn)象，從納米級推進至學術界長期認為“不可能”的微米級——在兩個微米級石墨表面間實現(xiàn)了結(jié)構超滑，形成重大突破。這是結(jié)構超滑乃至自超滑技術的又一個里程碑式的節(jié)點。

然而，微米級的結(jié)構超滑技術依然面臨應用場景匱乏的困境，由于摩擦磨損“攔路虎”的存在，毫米尺度以下的機器一直沒有找到市場。為了將結(jié)構超滑技術從微米級推進到毫米級，從更偏特殊材料的“結(jié)構超滑”凝練提升至物理本質(zhì)高度的“自超滑”，從機械運動，進入第四次工業(yè)革命將面臨越來越多、越來越關鍵的機械—電子學—聲子（熱）學等多維度運動，鄭泉水團隊又經(jīng)過十余年潛心攻堅，才艱難完成這一跨越。

2023年，團隊首次制備出毫米級自超滑材料和自超滑界面組構技術，全鏈條掌握核心工藝和配套技術，實現(xiàn)自超滑集成片的批量化制備，標志著自超滑技術從“微觀奇跡”躍遷至“肉眼可見”、“工程可用”。

從納米級，到微米級，再到毫米級材料的自超滑，從滑移界面極地摩擦到零磨損靜摩擦，再到滑移界面最高導電性、最低電阻率和最低熱阻率的技術實現(xiàn)，在20年的研究長跑后，鄭泉水團隊終于實現(xiàn)了從“0到1”的突破，確立了中國在該技術領域的持續(xù)領先地位。

自此，自超滑技術終于迎來從實驗室，一方面向上（毫米以上）邁向?qū)ΜF(xiàn)有產(chǎn)品的顛覆性換代（“紅?！保?、另一方面向下（毫米以下）開辟新品類產(chǎn)業(yè)（“藍?！保┑年P鍵拐點。例如，通過使用毫米級自超滑導電界面，市場潛力巨大的人形機器人急需的長壽命、低能耗、高功率微特電機，將得到換代提升；假以時日，通過鄭泉水團隊率先發(fā)明的微米—亞毫米級自超滑肖特基原理微動發(fā)電機，可望利用遍布大腦的微血管脈動，實現(xiàn)腦機通訊無外源無需充電的永續(xù)自供電。

盡管將自超滑技術從毫米級拓展至厘米級乃至更大尺度器件仍需長期攻關，但當前毫米級技術的突破已打開廣闊市場空間的大門。清力公司CTO（首席技術官）向小健博士介紹，基于毫米級自超滑界面，公司已開發(fā)出三款核心產(chǎn)品樣機或中試產(chǎn)品：自超滑射頻開關、自超滑微特電機、自超滑微動發(fā)電機，每個都孕育著千億、萬億級的市場潛力?？梢哉f自超滑技術已進入產(chǎn)業(yè)化爆發(fā)前夜。

源頭創(chuàng)新“根技術”的產(chǎn)業(yè)化布局

當前，深超所和清力公司聚焦于自超滑副的材料制備和組構等共性技術的不斷突破、開展長期性國家戰(zhàn)略需求的布局和探索、加速推進對區(qū)域優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)的賦能和顛覆性換代等三大方向。

在前述三款核心產(chǎn)品樣機或中試產(chǎn)品中，自超滑射頻開關可顯著提升信號傳輸功率、信噪比和設備壽命，適用于無線通信基站、手機射頻前端、衛(wèi)星通信等領域，具有低功耗、低插入損耗、高線性度、高隔離度等優(yōu)異特性。性能上，摩擦系數(shù)接近零，實現(xiàn)億次開合無磨損，滿足未來5.5G/6G基站對高頻信號穩(wěn)定性的嚴苛需求；成本上，采用單晶石墨替代貴金屬材料，性價比遠超美國GE同類產(chǎn)品。

自超滑微動發(fā)電機則主要通過自超滑材料構建的發(fā)電界面，可將環(huán)境中微弱、低頻的隨機機械能高效轉(zhuǎn)化為電能，同時實現(xiàn)器件的超長壽命與微型化，為物聯(lián)網(wǎng)和人體內(nèi)部微傳感器的供電難題提供了全新解決方案。以電網(wǎng)高壓輸電線監(jiān)測為例，傳統(tǒng)方案往往依賴故障指示器或無人機巡檢，存在效率低、響應滯后等痛點。而自超滑微動發(fā)電機則可以直接利用電纜在空中輕微的晃動進行發(fā)電，供電給小型傳感器工作，從而起到持久耐用且實時監(jiān)控的作用。

而自超滑微特電機可解決有刷電機由于摩擦磨損引起的壽命短、功效低等行業(yè)痛點問題：通過解決刷片與換向器的磨損問題提高有刷電機的轉(zhuǎn)化效率，利用自超滑界面高電流密度的特點提升電機功率，從而實現(xiàn)高能量密度微小電機；同時，基于自超滑界面極低磨損特性，大幅提升有刷電機壽命。比如可將自超滑微特電機安裝于人形機器人的手指關節(jié)處，從而更加靈巧地進行手指活動同時大幅提升使用壽命。

綜上，三款產(chǎn)品的共同特點是高性能、長壽命、低成本，但均面臨規(guī)模化“最后一公里”落地的挑戰(zhàn)。比如自超滑射頻開關量產(chǎn)，需投入3億-5億元升級8英寸晶圓產(chǎn)線才能達成量產(chǎn)良率的目標。

值得肯定的是，深超所已與華為、南方電網(wǎng)等一批產(chǎn)業(yè)鏈頭部企業(yè)開展合作。未來能否突破良率、環(huán)境適應性等瓶頸，將決定自超滑技術能否真正成為5.5G/6G通信、新能源監(jiān)測、人形機器人等領域的“根技術”基石。

毅然南遷：產(chǎn)業(yè)化拐點的關鍵抉擇

原始創(chuàng)新從來不存在捷徑，尤其對具備跨行業(yè)賦能、顛覆現(xiàn)有行業(yè)和催生新行業(yè)潛力的范式變革性技術——“根技術”而言，從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的過程更是難上加難。回首來路，將研究基地南遷至深圳，可以說是鄭泉水院士在尋找產(chǎn)業(yè)化出路時一次至關重要的抉擇。

作為中國改革開放的前沿陣地，深圳始終以“敢為天下先”的精神引領科技創(chuàng)新。2019年，深圳市政府以前瞻性戰(zhàn)略眼光將自超滑技術納入重點布局。盡管當時自超滑技術產(chǎn)業(yè)化在全球范圍內(nèi)均待突破，存在很大風險，但深圳基于對這一技術的潛力的研判，毅然開啟了這場關乎未來的科技攻堅。

2019年，在深圳市、坪山區(qū)兩級人民政府與清華大學的協(xié)同推動下，深超所正式成立；清力公司獲天使輪投資。2021年，由深超所搭建運營的深圳超滑技術平臺在坪山落成。2023年獲評深圳市重點實驗室；通過國家高新技術企業(yè)認證。2025年，深超所獲批工信部首批重點培育中試平臺；清力公司成功達成Pre-A輪融資，估值較2019年天使輪提升10倍。

遙想當年，鄭泉水團隊從清華大學遷至深圳坪山的決策，是基于產(chǎn)業(yè)化落地、中美競爭加劇、深圳創(chuàng)新生態(tài)與現(xiàn)實關鍵需求的多重考量和深刻洞察。核心動因可以歸結(jié)為以下幾點：

其一，產(chǎn)業(yè)化落地的迫切需求。自超滑作為源頭創(chuàng)新“根技術”，價值不能止步于理論突破，更要邁過產(chǎn)業(yè)化“死亡谷”，從實驗室走向市場?；A研究階段，清華大學和在京高校/研究機構/國家基礎研究基金等，為技術萌芽提供了學術沃土，但產(chǎn)業(yè)化所需的資金、設備及產(chǎn)業(yè)鏈資源，已遠超高校所能承載的邊界。

其二，創(chuàng)新生態(tài)的系統(tǒng)賦能。深圳通過政策引導、資金投入、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等組合拳，為自超滑技術構建完整轉(zhuǎn)化鏈條。資金方面，市政府斥資1.5億元建設超滑技術平臺，并配套1億元運營經(jīng)費，解決了產(chǎn)業(yè)化初期的資金缺口。鄭泉水坦言：“五年前，深圳給了我們2.5億元……沒有這個，技術很可能走不出來?！?/p>

設備方面，深圳超滑技術平臺擁有世界一流的微納加工、封裝以及測試表征等設備總計200余臺套，其中大型核心設備40余臺，同時配備有一臺全球領先的5nm光刻機。相比之下，清華實驗室難以達到這一規(guī)模的實驗需求。

產(chǎn)業(yè)鏈方面，深圳的電子信息、新能源等產(chǎn)業(yè)集群，為自超滑技術提供了廣泛的應用場景和上下游產(chǎn)業(yè)鏈。例如，與深圳龍頭企業(yè)等合作，使自超滑技術在5.5G/6G基站開關、特高壓電纜監(jiān)測、機器人電機等場景中得以快速驗證。

其三，政策環(huán)境與制度優(yōu)勢。在產(chǎn)業(yè)化拐點來臨之際，如仍滯留于高校體系，很可能錯失市場卡位的關鍵窗口。而深圳為科研提供了高效執(zhí)行環(huán)境，正如鄭泉水院士所說：“自超滑技術能夠?qū)崿F(xiàn)突破，深圳良好的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)境發(fā)揮著重要作用，市區(qū)兩級政府支持力度很大?！?/p>

這種高效機制在疫情期間展現(xiàn)得尤為突出：當其他地方完成同類實驗流程平均耗時三個月時，深超所實驗室卻可以將研發(fā)周期壓縮至一周內(nèi)，實現(xiàn)技術迭代效率的10倍提升。更值得關注的是，深圳對原始創(chuàng)新的失敗容忍度較高。鄭泉水曾提到，自超滑技術在清華階段因缺乏產(chǎn)業(yè)化條件難以推進，而深圳卻愿意為“十年磨一劍”的長周期項目提供持續(xù)支持。這種對科研不確定性的包容，正是源頭創(chuàng)新破繭而出的關鍵養(yǎng)分。

如今，鄭泉水團隊扎根坪山五年，南遷這一戰(zhàn)略選擇以及深圳市和清華大學支持的價值隨著時間的推移也愈發(fā)凸顯。

源頭創(chuàng)新更需政府先行

自超滑技術從實驗室的突破走向產(chǎn)業(yè)化落地的曲折歷程，深刻揭示了原始創(chuàng)新，尤其是源頭創(chuàng)新所固有的高風險與長周期特性。

這類從“0到1”的突破性研究，充滿了不確定性，往往需要數(shù)十年如一日的持續(xù)投入。企業(yè)受制于追求短期回報的市場邏輯和企業(yè)使命，常常缺乏足夠的耐心和風險承受能力。試想，如果沒有強有力的政府支持，像自超滑技術這樣的項目極可能因漫長的研發(fā)周期帶來的資金鏈壓力或難以逾越的技術瓶頸而夭折。

不僅如此，原始創(chuàng)新成果，無論是基礎理論還是共性技術，往往具有顯著的公共產(chǎn)品屬性，其產(chǎn)生的巨大效益難以被最初的投入主體完全獨占，而是會更廣泛地向外圍輻射。這也導致企業(yè)會更傾向于選擇風險相對可控的“跟隨創(chuàng)新”，而非投入巨大卻前景不明的原始探索，結(jié)果便是基礎研究投入的普遍不足。另外不可忽視的是，社會資本面對這種看不到短期回報的項目也總是望而卻步。

面對這一困境，政府的先行介入成為關鍵。美國國防高級研究計劃局（DARPA）、以色列創(chuàng)新體系和深圳的實踐等提供了有力證明。

深圳市政府實施了“投早投小”政策，為項目的關鍵階段提供資金護航，有效避免了技術因資金斷流而中途夭折。這不僅是應對資本壓力的務實之舉，更是對國家戰(zhàn)略的深刻理解和積極響應。在當前的全球環(huán)境下，支持鄭泉水團隊的自超滑技術研究，一方面瞄準突破國外關鍵壟斷技術，為實現(xiàn)國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的顛覆性換代，另一方面定義和開辟未來全新產(chǎn)品賽道，實現(xiàn)自主重大創(chuàng)新。

這一行動也恰逢其時地把握了深圳自身發(fā)展的歷史性機遇。深圳正處于從依賴“三來一補”加工模式的第一增長曲線，到“跟隨創(chuàng)新”為特征的第二增長曲線，向以“從0到1”原始創(chuàng)新為核心的第三增長曲線躍遷的關鍵時期。吸引鄭泉水團隊這樣的重量級項目入駐，既為團隊提供了施展才華的政策環(huán)境和產(chǎn)業(yè)鏈，也為深圳發(fā)展顛覆性技術和開辟產(chǎn)業(yè)新品類，構建更可持續(xù)的競爭力和長期增長潛力增添了重要砝碼。

發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的核心在于顛覆性技術、特別是源頭創(chuàng)新技術，催生新產(chǎn)業(yè)、新模式、新動能。自超滑技術正是一項具有顛覆性和開辟“新大陸”意義的“根技術”，其潛力在于能夠源源不斷地催生出重大源頭技術集群。以深圳重點發(fā)展的“20+8”產(chǎn)業(yè)集群為例，自超滑技術能為其中的大多數(shù)產(chǎn)業(yè)提供幾無替代的顛覆性或關鍵賦能解決方案。

總的來看，深圳的創(chuàng)新生態(tài)鏈優(yōu)勢在企業(yè)端和市場端，基礎研究是相對的短板。因此，深圳在全國率先以立法形式，硬性規(guī)定每年將不低于30%的市級科技研發(fā)資金投向基礎研究和應用基礎研究，旨在盡快補齊這塊短板。

政府的“補短板”遠非簡單的資金投入，而是通過制度設計、平臺建設和生態(tài)培育為原始創(chuàng)新構建起不可或缺的“安全網(wǎng)”和“加速器”。深圳的經(jīng)驗清晰印證：在原始創(chuàng)新這條充滿未知與挑戰(zhàn)的道路上，政府扮演先行者的角色，是推動其從“不可能”變?yōu)椤翱赡堋钡年P鍵力量。

當全球能源困局與產(chǎn)業(yè)競爭白熱化之際，自超滑技術展現(xiàn)出的產(chǎn)業(yè)化潛力——

無論是賦能5.5G/6G通信基站，延長人形機器人的驅(qū)動壽命，還是開辟人體內(nèi)全生命周期自供能——都清晰預示著一場由自超滑根技術驅(qū)動的產(chǎn)業(yè)變革正在加速到來。

鄭泉水團隊從清華到深圳的遷徙，是一次從“象牙塔”走向“產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)場”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。深圳以其政策創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢和市場活力，為自超滑技術提供了從實驗室到市場的“最后一公里”解決方案。這一選擇不僅關乎技術本身的存續(xù)，更是中國在源頭創(chuàng)新領域爭奪全球話語權的重要一步。深圳的“自超滑故事”，正在書寫中國科技創(chuàng)新的新篇章。

（作者為中國技術創(chuàng)業(yè)協(xié)會副理事長、北京高精尖科技開發(fā)院院長；編輯：張燕冬）