立足交叉学科创新 勇攀科研高峰
——记深圳大学机电与控制工程学院特聘研究员汪浩
□ 刘 旭
专家简介：
汪浩，深圳大学机电与控制工程学院特聘研究员，硕士生导师，深圳市“孔雀计划”引进的高端领军人才。研究方向为合金材料、3D打印及建模仿真。回国以来主持国家自然科学基金面上项目等多个科研项目，到账经费累积600余万元,在Physical Review Letters, Nanoscale等国际学术期刊发表学术论文50余篇。兼任中国机械工程学会高级会员、中国材料研究学会高级会员、中国物理学会终身会员、深圳市欧美同学会理事；是10余种国际学术期刊的特邀审稿人，多家政府部门及企业的科技顾问，联合国教科文组织“智慧城市”论坛（2019,Paris）特邀嘉宾。
科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。进入21世纪以来，全球科技创新进入空前密集活跃的时期，新一轮科技革命和产业变革正在重构全球创新版图、重塑全球经济结构。科技创新成为我国自立于世界民族之林的奋斗基点，攀登世界科技高峰的必由之路。
2017年，在中国共产党第十九次全国代表大会上，习近平总书记指出：“要瞄准世界科技前沿，强化基础研究，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。加强应用基础研究，拓展实施国家重大科技项目，突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新，为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。”蓝图已定，只争朝夕。我国每一位科研者在号角声中，摩拳擦掌，奋勇争先。其中就包括深圳大学机电与控制工程学院特聘研究员汪浩。
(1) 对经测量得到的序列S(t)进行小波分解，得到低频序列a1，以及高频序列d1、d2、d3，并采用Elman网络对各序列进行预测，叠加之后得到预测结果y测(t)，计算残差，得到误差序列e(t)
硕士期间，汪浩时常听到老师们说：未来学科交叉是一个大的趋势，交叉才能更好地创新。所以，他在专业课程之外一直保持着对其他一些学科的兴趣与关注。2002年，汪浩硕士毕业后前往美国佐治亚理工学院继续深造,跟从导师李默教授学习了仿真模拟技术。“仿真模拟就是在电脑上做实验，它可以缩短研发周期、节省试验费用和减少试验风险。”然而，目前我国的科研人员用的仿真模拟软件,如VASP、ABACUS,都是由发达国家的科研人员开发的。对此，汪浩表示：“如果我们想实现从跟跑到领跑的转变，那么就要独立做出原创性的仿真模拟软件。所以，我希望在不久的将来，我们的科研人员能开发出受欢迎的仿真模拟软件。”
学科交叉才能更好地创新
其中，在涂层制造领域，开发合适、优质的涂层材料以起到防护作用或形成特种物理性能，对于提高多种工业品的寿命、节约原材料和零部件具有重要的应用价值和经济效益。工业用非晶合金涂层具有防腐蚀、耐磨损等特性，涉及石油钻探、天然气钻探、石油炼化、燃煤发电、水力发电、核电、钢铁锻造、军工设备、煤矿机械、矿机械、船舶制造及修复、化工设备、汽车、火车、航空航天等领域，在工业生产中对各种金属设备的易磨损、易腐蚀部位都能有效地进行保护，对提高工业生产效率也能起到极大的推动作用。目前国内的非晶合金涂层产品主要被美国液态金属涂层有限公司依靠技术优势独家垄断，而国产非晶合金涂层还处在研发阶段，尚未正式迈入市场。
多年来，汪浩在增材制造、非晶合金、二维材料、仿真模拟等交叉领域默默耕耘，不断前进，取得了一系列创新成果。由于在科研上的出色表现，他于2014年入选了深圳大学优秀青年教师培养计划，并被认定为深圳市海外高层次领军人才（“孔雀计划”B类），及南山区“领航人才”B类。不过，汪浩认为自己只是一名普通的科研工作者，只是尽其所能做了一点小工作。在科技创新这条道路上，自己仍然是一个刚“在路上”的赶路人。创新是一个从无到有的过程，需要不怕失败的勇气和坚定不移的信念。如今，在新时期的新要求下，“在路上”的汪浩正步履坚定地朝着一个个新高峰迈进。
2010年，汪浩博士毕业后选择留在美国佐治亚理工学院化学系从事博士后工作。在留学期间，他承担了美国国家自然科学基金项目、美国能源部重大项目及一般项目、美国国防高级研究计划署项目、美国陆军研究办公室项目，以及由跨国化工集团公司SOLVAY等资助的多项工业研究项目，取得了丰富的学术积累和实践经验，为他后来的研究工作奠定了扎实的基础。
梁园虽好，却不是久留之地。“从一开始，我的初心就是学成后回来报效祖国。”2013年，汪浩回到祖国，进入深圳大学机电与控制工程学院从事研究工作。回国后，他一直致力于非晶合金材料理论计算与数值模拟的研究，在第一性原理计算、分子动力学、非线性弹性与稳定性分析、机械强度的尺寸效应等方面积累了丰富的经验，取得了一系列学术成果。
十九世纪末，美国芝加哥学派的建筑师路易斯·H·沙利文（Louis H Sullivan，1856～1924）最先提出“形式追随功能”（form follows function）的口号，是现代主义最有影响力的信条之一。沙利文是19 世纪 70 年代兴起的第一代芝加哥学派的中坚人物和理论家，他的设计观念是从建筑的角度来谈功能和形式之间的关系，但事实上，他倡导的“形式追随功能”设计观念明确了功能与形式的主从关系，符合新时代工业化的精神，成为 20 世纪前半叶工业设计的主流即功能主义的主要依据，甚至对日后许多设计师的设计观念产生了巨大的影响，他还强调“哪里功能不变，形式就不变。”
为此，汪浩带领团队承担了国家自然科学基金面上项目“一维非晶合金纳米材料的多尺度计算模拟与实验研究”。团队采用多尺度计算模拟与实验研究相结合的方法，围绕“一维非晶合金纳米材料的微观结构特征及其与性能的关系”这一关键科学问题，以Pb基、Pt基非晶合金纳米线为研究对象，以不同尺径非晶合金纳米线的制备与微观结构表征为基础，以纳米线的原子结构、应力分布、表面效应、形变机制为原理支撑，以优化热塑性成形制造工艺、实现可控制备为目标开展了5个方面的研究，即非晶合金纳米线的微观结构特点及其成因，残余应力与非晶合金纳米线力学性能的关系，非晶合金纳米线拉压形变的微观机制，表面缺陷与非晶合金纳米线屈服强度的关系，非晶合金纳米线的工艺优化与可控制备。
2017年在人民大会堂金色大厅参加欧美同学会的新春联谊会，与全国人大常委会副委员长、欧美同学会会长陈竺（左）合影留念。
2015年，汪浩承担了广东省自然科学基金项目“非晶态合金的力学性能与变形机制研究”。他解释说：“非晶态合金有着优异的物理和化学性能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、抗氧化、抗辐射等，在一定温度下又能像液体一样流动，所以它是最理想的微、纳米加工材料之一。”为了解释微纳非晶合金的力学性能，进而建立非晶合金变形机制的理论模型，汪浩带领项目团队采用多尺度数值模拟与实验相结合的方法，系统开展从原子尺度到连续介质尺度上的研究工作。
数据挖掘（data mining）是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程［1］。
前不久，汪浩又申请建立交叉学科创新团队，他任团队组长。团队的研究方向围绕“新型半导体器件微纳制造”开展，其成员来自深圳大学机电学院和材料学院，研究方向既有一级学科（机械工程、材料科学与工程）之间的交叉，也有二级学科(机械设计与理论、机械制造、材料物理与化学、加料加工工程)之间的交叉。汪浩说道：“现在越来越多的人意识到了学科交叉创新的重要性。我有着在物理、化学、材料学、机械四个一级学科的工作经历，这也是我引以为豪的地方。跨学科的不断学习有挑战性，需要克服很多困难，但是积累了知识和经验，其成就感是令人喜悦的。”
推动非晶合金的实用化进程
非晶合金作为20世纪材料界的重大发现之一，具有很独特的物理、化学和力学性能，被认为是支撑未来精密机械、信息、航空航天器件、国防工业等高精尖技术的重要材料。目前，非晶合金领域的一个研究热点在于用热塑性成形技术制备一维非晶合金纳米材料。一维非晶合金纳米材料是一种非常有吸引力的元器件材料，可望被应用在催化介质、数据存储介质、电子元器件和光学器件中。
团队采用有限形变理论，计算并分析了非晶合金的非线性弹性、稳定性和机械强度；通过大规模分子动力学模拟，探索了裂缝、吸附等表面缺陷对非晶合金力学性能的影响机制；通过建立介观尺度的相场模型，给出了非晶合金材料应力应变曲线、温度变化等；通过纳米压痕实验与高分辨率透射电镜观测，了解了微纳非晶合金的形变过程特别是剪切转变区的变化。项目研究成果系统阐明了非晶合金材料的力学性能，并建立了非晶合金变形机制的理论模型，为非晶合金材料的广泛应用提供了新的思路。
“非晶合金在过冷液相温区的热塑性被广泛用于非晶合金的加工成型，这使得一维非晶合金纳米材料的制备方法相比于晶体材料有更多选择。”除了聚焦离子束切割等制备晶体纳米线的方法外，还可以利用热压印、拉丝等方法制备非晶合金纳米线。尽管非晶合金纳米线的加工制备研究进展很快，但纳米线的微观结构及其与性能的关系较少受到关注。作为一维尺寸的纳米材料，非晶合金纳米线有着怎样的微观结构特点？这些特点对纳米线的性能有什么样的影响？这些问题都尚未得到深入研究，这在一定程度上妨碍了非晶合金纳米线的实用化进程。
目前影响评价有很多种不同的模型，本文采用中国科学院生态环境研究中心开发的评价模型对户用沼气全生命周期环境影响潜值进行估算。影响评价模型包括以下4个步骤[11]：
2015年，国务院印发的《中国制造2025》正式对外发布，成为中国制造的统领性文件。《中国制造2025》提出了重点发展机器人、新材料、航空航天、海工装备等产业。近些年，先进制造业是深圳市重点发展的产业之一。采用新材料、研究先进制造技术和工艺应用于制造新型机电设备、产品、零件，成为实现深圳市产业结构升级、实现经济结构转型、维持较高增长速度的重要途径。
2019年7月11日，中国材料大会在成都中国西部国际博览城盛大开幕，非晶和高熵合金分论坛成为热点论坛之一。当天，汪浩出席了大会，他表示，非晶与高熵合金分论坛的参与人数在所有分会中排在第二位，接近400人，这体现了非晶合金研究在中国蓬勃发展的状态。实际上，进入21世纪后，非晶合金一直是中国材料领域研究开发应用的热点，如今已经在中国形成相当的产业规模。从该领域论文的产出数量及顶尖论文的数量来看，中国在非晶合金学术领域已经居于世界领先的地位。“然而，从工业产品上看，我们国产的非晶合金条带的质量还稍逊于日本的同类产品，技术上还需要提高。”
博士后中期考核报告会结束后，汪浩课题组与答辩委员们合影（前排左二是美国佐治亚理工学院李默教授）。
探索非晶合金的制造新工艺
目前，团队已经取得了一部分阶段性成果，他们用分子动力学方法淬冷制备块体非晶合金样品，表征其内部原子的微观结构；模拟热塑性成形制备非晶合金纳米线，表征其内部原子的微观结构，原子势能及应力的分布，计算原子密度梯度、势能梯度；实验制备非晶合金纳米线样品，表征其微观结构，并与模拟方法得到的结果比较，探索不同尺寸下的非晶合金纳米线微观结构特点及其成因。研究结果对于促进一维非晶合金纳米材料的开发与应用具有积极的作用，对于丰富传统的非晶合金基础理论与开拓新兴的“低维非晶合金材料”研究具有重要的科学意义。
得失相当条件通常只有理论意义，没有考虑不同能量形式之间的转换效率。1955年，英国科学家劳森提出了利用核聚变发电的最低条件，被称为劳森判据。该条件考虑了核聚变生成的能量和加热等离子体能量之间的转换效率，并将其假设为50%。
汪浩的老家在湖北省黄冈市，说起黄冈不得不提的就是黄冈中学。这所众所皆知的中学曾被誉为“全国教育战线的一面旗帜”，在20世纪八九十年代的中国教育界一枝独秀，缔造了牢不可破的神话，汪浩就毕业于这所中学。1995年，因高考失利，他被第二志愿的兰州大学（以下简称“兰大”）物理系录取，在这里接连完成了本科与硕士学业。尽管没有去到自己最理想的学校，汪浩表示：“能够进入实力雄厚的兰大物理系，我觉得自己很幸运。原国家教委在全国设立了十个物理学的国家基础科学研究和教学人才培养基地，兰大物理系拿到了一个。我进去的时候，物理系名师荟萃，教学水平非常高。”
留美期间在波多黎各与旅友们合影
2017年，汪浩承担了深圳市孔雀技术创新项目“非晶合金涂层激光熔覆3D打印技术研究”，力图将激光熔覆（LMD&LC）技术，创造性地跟非晶合金材料结合起来，充分利用激光熔覆的优势和非晶合金材料自身独特的性能特点，制造与基体结合强度高、结构仍保持非晶态、耐腐蚀和耐磨性优异的非晶合金涂层，同时实现涂层厚度与性能的可控制备。
中午，去美食街，充了两百元的卡。一律熟悉的各色小吃，一路走过，如若故人重逢，简直要落泪。徘徊了又徘徊，最后，要了一碗牛肚炒面，配一碗老鸭汤。妹妹给孩子们点了牛肉炒饭，她自己要了渣肉蒸饭配赤豆酒酿。老鸭汤火候掌握得好，汤汁清澈，碧湾湾的。江南人永远那么精致——把鸭汤烧滚，下一块豆腐皮，下一点粉丝，最后再另给一袋小米锅巴，反复叮咛：不要一起放进去啊，要随放随吃。我点点头，都离开了，老板娘还不忘添一句：一块块地泡着吃啊。端一碗老鸭汤慢慢走，旁边的餐桌旁，有人正饕餮凉拌面，比粉丝还要细的面，春风拂面的样子，亮汪汪的，被人麻利地嘬着，一半在嘴里，一半拖在碗里——人间至乐图，莫非如此。
LMD技术是增材制造（3D打印）技术的一种，通过快速成型技术和激光熔覆技术有机结合，以金属粉末为加工原料，采用高能密度激光束将喷洒在金属基板上的粉末逐层熔覆堆积，从而形成金属零件。LMD在制备非晶合金涂层方面拥有独特优势，然而将LMD这种较新型技术与作为较新型材料的非晶合金相结合，以制备高品质涂层的研发在国内外却处于起步状态。这主要是因为LMD较高的设备成本，以及高品质、较大批量非晶合金粉体的制备方面存在的难度。“不过，从另一方面看，这一现状意味着这一新颖、有广泛潜力的领域孕育着大量潜在的知识产权机会以及产业转化机遇。”
目前，“非晶合金涂层激光熔覆3D打印技术研究”项目正在有序推进。汪浩坦言：“项目研究确实也面临着一些困难。比如说，非晶合金在制作涂层的过程中，很容易发生晶化现象，就是说它本来应该是非晶态，却变成晶态的了。那怎么样去防止晶化，维持其组织的非晶态状态，需要采取一些手段，现在我们正在努力想办法去克服、去解决这个问题。”
比较法是高中学生应该掌握的基本学习方法之一，它有利于深化对知识点的认识和理解。古希腊和古罗马的政治文化就有很大的可比性。
在科研这条道路上，寂寞和困难如影随形。科研人员既要有坐“冷板凳”的耐力与能力，也要有直面困难的勇气与魄力。说到在科研工作中遇到的困难，汪浩笑着摆摆手说道：“做研究，遇到困难是常事，这没什么稀奇的。遇到困难那就解决困难嘛，科研本身不就是解决问题的一个过程。”
之前，汪浩在做数值模拟时，每天都要面对着电脑屏幕操作键盘、鼠标，时间长了，右手就得了肌腱炎。右手不能操作鼠标，他就用左手，一段时间后左手又得了腱鞘囊肿。“当时去医院做了一个小手术，打上石膏，一个月之后拆石膏，拆了石膏又理疗了两个月才恢复好。没办法，这就是职业病，我的很多前辈也有类似的情况。”汪浩说道。
爱因斯坦曾说过：“对于一切来说，只有热爱才是最好的老师。”这句话在科研圈最能得到证实。因为热爱，所以无畏；因为热爱，所以坚持。从事科研多年，汪浩对科研工作的热爱始终如初，这也支持着他面对科研道路上的困难时始终保持着淡定从容的姿态。他说道：“我喜欢做这件事，就不觉得苦。在遇到困难时，想想那些老一辈的科学家，你就会觉得，这点困难又算得了什么呢？”
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