深读丨从厦门到福州，两位青年学者把冷板凳坐出了温度

核心提示

　　从厦门到福州，两位青年学者把冷板凳坐出了温度。厦门大学周伟专攻微纳精密加工，用成果支撑氢燃料电池重卡上路行驶；福建师范大学张章静另辟蹊径，通过分子弱键组装出双稳态材料，相关成果应用于航天五院等国家重点单位。一位在微结构精研中赋能高新产业新发展，一位在微观分子领域探索无限可能。两人的共同之处，是在看似难以突破的方向上耐住漫长探索，也接住了产业需求。

　　两位学者的经历，展现出福建基础研究与应用转化并进的良好态势。他们同为国家青年科学基金A类（原国家杰青）获得者，也从侧面反映出福建基础研究实力提升、青年人才培育成效明显。来自省科技厅的数据，2025年福建国家自然科学基金立项数创历史新高，省自然科学基金的资助项目超过八成投向45岁以下人才。这片创新的热土，正期待更多甘于坐冷板凳的人。

　　冷板凳之所以能坐出温度，靠的是良好的体制机制、包容的科研环境，更离不开研究者始终未被磨灭的热爱与坚守。

周伟：在微结构深处点亮氢能重卡未来

　　“做工程科学的人，东西真能用上，比发论文还高兴。”周伟说这话时，他团队研制的220千瓦氢燃料电池发动机已经装上了重卡，整车续航超过500公里，百公里氢耗7公斤。氢气储运一直是个“老大难”，他们研发的甲醇重整制氢系统能现场制氢，正好绕过这个坎。

　　周伟教授（左一）和团队人员讨论激光加工系统光路搭建

　　周伟是厦门大学南强特聘教授、国家杰出青年科学基金（现国家青年科学基金A类）获得者，基金项目是“功能微结构精密加工技术”。他所带领的“功能微结构精密加工实验室”，长期深耕精密制造技术，致力于解决能源、传感、散热等方面的实际应用难题。“我们要研发出高效低成本的微结构制造方法，然后应用到真实的器件和设备上。”

　　“氢燃料电池的核心就在微结构的精密加工上——拿随行波双极板来说，能让流体分布更均匀，反应更充分，流阻也能降下来。”周伟说，他和团队跟厦门金龙、厦门金旅合作紧密，把自己开发的多孔载体装进了大功率氢燃料电池重卡的核心系统，通过微反应器结构优化，甲醇转化效率很高，所以能现场制氢。

　　周伟教授在进行激光光路调试

　　实验室展台上，摆着几块不起眼的金属板：一块250平方厘米的石墨双极板，表面密布着肉眼几乎看不见的微细流道；一块随行波双极板，摸上去有细微的波浪起伏。周伟拿起一片膜电极密封垫片，薄如蝉翼。“这层垫片直接关系到燃料电池的密封性和使用寿命。”他说，“我们通过微纳加工工艺优化，解决了传统结构容易老化和泄漏的问题。”

　　2006年，周伟还在华南理工读博时，一次实验中，他发现车削下来的金属碎屑表面糙得很，锋利到能割破皮肤。他琢磨：要是把这些碎屑做成连续纤维，再压成多孔材料，比表面积会不会很大？

　　这个念头让他走上了“一刀多纤”的路。他发明了一种切削技术，能同时加工出多根连续金属纤维，再通过模压和低温固相烧结，做出了孔隙率可调、比表面积超大的金属纤维多孔载体。用这个载体做的制氢微反应器，性能超过了国外实验室产品。那篇论文成了他课题组的第一篇一区文章。“写起来很痛苦，改起来也很痛苦。”他回忆道，“但现在回想起来，还是高兴。”

　　从实验室到量产，这条路他走了十几年。

　　氢燃料电池重卡载重大、工况恶劣，需要高集成度、高可靠性的系统。周伟团队和厦门金龙、厦门金旅等单位一起，在高功率密度电堆、低氢耗发动机系统等领域接连突破。他们设计的随行波双极板，厚度减少30%，传质性能却提高了28%；研制的可调式波瓣针阀氢气引射器，工作范围扩大了50%以上，供氢系统能耗降到1%以内；开发的多级温度协同水热管理系统，把电堆单片电池的温差控制在±3℃以内。相关核心技术还获得美国发明专利。

　　最终，做出来的220千瓦氢燃料电池发动机，质量功率密度达到815瓦每公斤，关键指标国际领先，搭载该系统的重卡累计销售收入破8亿元，已在福建、广东、浙江、河北、上海等地投运。

　　2018年前后，团队研发传感器时卡住了——需要在材料上加工负锥角微孔和异形孔，但市面上根本买不到现成设备。国外激光巨头要么禁运，要么不卖。“不能受制于人。”周伟说。

　　他们从零开始，在国家重点研发计划项目支持下，自己设计五轴振镜激光加工模块。光学系统怎么布局？误差怎么补偿？振镜怎么协同？平台怎么联动？全靠自己摸索。现在这台设备已经能加工深径比高达10∶1的负锥和异形微孔。虽然还是样机，但离产业化只差“加个外壳、装上工作台”。

　　传感器领域也有意外之喜。2022年，他们在《自然·通讯》上发表论文，受节肢动物启发，设计出一种“刚柔并济”的柔性压电传感器——在柔性基体中嵌入刚性微结构，使传感器从厚度形变转变为弯曲形变，灵敏度达到理论极限值的17倍。

　　这个传感器贴在机械臂上，能感知抓取力度，还能感觉倒水时的水流冲击。团队与香港理工大学合作建立力-电耦合模型，让传感器既灵敏又保持宽线性量程。与金龙客车的合作也顺理成章——燃料电池电堆装配缺乏精准的空间分布压力检测，而这款传感器面积大、厚度薄、柔性好，正好派上用场。

　　周伟的科研之路并非一帆风顺。2012年，他在省外一所大学完成师资博士后并留校任教两年后，作了一个决定：离开。他感到“国内做科研与国外还是有差别”，想找一个有机械工程学科根基的地方。多所高校向他伸出橄榄枝，他选了厦门大学。“一个人都不认识，也没有找人打招呼。”他回忆道，“但我认为厦大比较自由，比较开放。”到厦大后，他把此前在国外大学积累的能源与生物医学工程交叉背景，融入微纳制造领域。“交叉学科是发展趋势，我不惧怕交叉。”

　　目前，周伟的团队有4名教授、5名副教授、2名助理教授、5名博士后、90多名硕博生。他带过的7名博士毕业生中，有4人获福建省优秀博士学位论文。谈到带学生，他提两点：一是跟学生商量着确定方向，二是以身作则。“你跟他一起写项目、做实验，得在他前面作出成绩，让他服你。”学生张金惠为了制备“刚柔并济”的微结构，两年内尝试了多种材料，历经成百上千次失败。“科研就是一个不断试错的过程，持之以恒最为重要。”

　　周伟坦言，这是厦大机械工程学科的生存之道。“985大学在传统领域已经做得很强了，想走老路赶超不太现实。发挥交叉学科的优势，相信能走出一条不同的道路。”

张章静：在分子弱键里锚定双稳态未来

　　福建师范大学可持续能源与分子工程研究院的一间实验室里，张章静教授和几名研究生正围在显微镜前，盯着玻璃瓶里那些亮晶晶的小东西。它们看着不起眼，其实是团队精心设计的晶态有机多孔材料。这种“刚柔并济”的新型材料，有望攻克传统低碳烃分离“高能耗、低效率”的世界性难题，为全球化工产业带来一场绿色革命。

　　张章静教授在观察和分析晶体材料生长状况。

　　2012年初，张章静结束国外博士后研究，回到母校福建师范大学。当时框架材料正热，同行都在抢占强化学键组装的赛道，她却选择了另一条路。“强的相互作用力已经被研究得很透彻了，我们能不能做一点不一样的事情？”这个想法来自她的国外导师陈邦林——氢键框架材料的开拓者。团队最初沿用传统的设计思路，试图通过增强节点强度和连接体共轭强度来提升稳定性，结果材料变得越来越“僵硬”，彻底失去了弱键应有的可逆响应特性，与传统材料相比并无优势。

　　这是一条艰难的赛道，核心难题在于“稳定性与可逆性”的矛盾。一方面要解决键太弱，材料“太脆”的固有特性；另一方面又要解决键太强，材料就“懒得动”的新问题。怎么平衡？没人知道。

　　实验室的灯常常亮到深夜。最难的时刻是2020年春节——新冠疫情暴发后实验室被迫关闭，而一轮送审的稿件急需补充修改，一旦中断就意味着前功尽弃。张章静挨个给学生打电话，正月初三就把几名学生从老家接回了学校。大家戴着口罩、保持距离、日夜轮班，硬是把数据抢了出来。“科研实验没有失败，每一次努力都是向真理更靠近一步，不要怕坐冷板凳。”张章静常常这样对学生说。

　　经过上千次合成、上万组数据的积累，团队终于将材料的组装能量下探至15kJ/mol，并在这个区域发现了一个双稳态现象：材料在压力、温度、光、电等外界刺激下，可以在两种晶相之间可逆切换，每次循环的能耗比传统材料降低近40%。

　　更重要的是，筛分精度做到了亚埃级——即使乙烯和乙烷这样动力学直径仅相差约0.2Å的分子对，也能精准识别。整个过程无需传统高能耗的低温蒸馏技术，全靠材料的高性能乙烯吸附特性，能耗大幅降低。最终，这项成果被顶尖期刊《自然·化学》收录，并以封面文章形式发表。

　　张章静教授（中）正在使用电子探针平台，与学生讨论实验结果。

　　凭借这种“刚柔并济”的材料特点，张章静开创了“双稳态框架材料”这一新研究领域，并因此获得2024年度国家自然科学基金青年科学基金A类（原国家杰青）项目资助，成为福建师大化学科学领域首位获此殊荣的学者。

　　基础研究的突破只是第一步，真正的考验在于如何让材料走出实验室，创造实际价值。在攻克技术难关后，张章静带领团队走出实验室，推动技术成果落地转化，牵头成立福建师范大学电子特气科技特派专家工作站，与永晶科技、福豆新材料等企业深度合作，助力破解关键技术难题。

　　然而，技术转化的“最后一公里”远比想象中艰难。实验室里几克材料就能完成的实验，在企业生产线上要处理成公斤级的气体原料，温度场不均、压力波动，都可能影响产品纯度。更难的是观念对接，科研团队追求“极致性能”，企业更关注“成本、效率、稳定性”。

　　“原先我们生产的乙烯，纯度难以达到高端应用标准，市场拓展受限。”福豆公司总经理马建修回忆。团队进驻后，扎根企业生产线，一边优化工艺，一边平衡性能与成本，最终帮助福豆新材料将乙烯产品纯度提升至5N5（99.9995%）级别，市场占有率从不足15%升至40%。

　　链条还在延伸。张章静还牵头建设“福建省低碳新材料与高纯电子化学品中试服务平台”，高质量对接邵武、清流、晋江等县域重点产业，服务福豆芯源、永晶科技、东莹化工、中欣高宝等龙头企业。

　　团队的研究成果也在更广泛的领域开花结果：其开发的异质结构材料为高安全性防伪提供了新方案，在电学双稳态研究中为新型存储提出了新的工作机制，框架材料也为“双碳”战略下的碳捕获领域注入了新动能。团队研究成果还应用于航天五院、中国兵器、中国航空等国家重点单位。

　　“科研不是发论文就结束了，而是要解决真问题，落地创造价值。”这是她常挂在嘴边的话。

　　团队的成长，离不开强大的人才梯队。作为首席科学家，陈邦林院士坐镇指导，多位国家级青年人才、福建省优青协同发力，形成了老中青结合的科研力量。团队也培养出一批优秀的青年科研者，包括国家海外优秀青年人才等。福建师大提供的500多平方米实验室、先进的实验设备，以及对科研人才的全力支持，让他们得以潜心攻关，无后顾之忧。

　　“科学不问性别，只问热爱与坚持。”采访中，张章静提到了两个人：一位是2014年诺贝尔物理学奖得主中村修二，凭着热爱发明了蓝色LED；另一位是“机车网红”张雪，从一位修理工起步，最终实现了发动机的自主研发。

　　“不管做什么行业，抵不过热爱，热爱才能坚持。”她说，“我跟学生说，不在乎你是好大学毕业还是基础一般，只要你愿意学，都能得到比较好的结果。”（记者 李珂 实习生 沈昕钰 文/图）

记者手记

科研的定力来自哪里？

　　在采访两位国家杰青的过程中，有一个问题始终绕不开：青年科学家，要怎样才能守得住科研路上的冷板凳？

　　周伟从2006年读博时的一次偶然发现，到2023年获国家杰青，17年磨一剑。张章静在分子弱键的冷僻跑道上探索了13年。他们都不是挤在热门赛道里跟风突围，而是在自己认准的方向上，扛住了漫长而未知的等待。

　　这份定力从何而来？看似是个人的坚持，深究下去，离不开外部环境的“保温”。周伟说，当初选择厦大，就是看中这里自由、开放的氛围；张章静回到福建师大，一待就是13年，靠的是学校对基础研究的长期包容——哪怕研究方向偏僻、出成果周期漫长，也始终给她稳定的平台支撑。这也让我们明白，想让年轻人安心做研究，不能只靠几句鼓励，更要有包容“慢产出”的评价体系和持续稳定的资源支持。

　　更值得关注的，是人才带来的“链式反应”。张章静回国10年后，她当年在国外的博士后导师陈邦林院士也来到福建师大。团队还培养出了本土成长的“海外优青”人才。这种“以才引才、以才育才”的模式，远比单纯高薪挖人更有可持续性，即便再冷门的方向，也能慢慢形成生机盎然的创新生态。

　　但张章静也道出了现实的无奈：现在不少学生没有太高的学术追求，只想顺利毕业。她感慨，很多孩子从中学就开始拼命内卷，卷到最后，对研究的热情都消磨没了。这也让我们清醒地认识到，优化科研生态，不能只停留在为科学家减负，还要往前追溯，从更早期去守护年轻人对探索未知的好奇与热爱。

　　让青年科学家坐得住冷板凳，情怀只是基础。稳定的经费支持、灵活的评价机制、允许失败的宽松氛围、产学研贯通的转化通道，再加上那份最本真的热爱，合在一起，才是冷板凳真正的温度。当越来越多人愿意沉下心把冷板凳坐热，属于我们的创新故事，才真正拉开序幕。