周濟院士：推動學科交叉融合，建設世界科技強國

推介單位：北京交叉科學學會 受訪專家：周濟 采編：倪妮

周濟 清華大學材料學院教授，中國工程院院士，北京交叉科學學會理事長。長期從事功能材料及相關交叉科學研究，提出了通過超材料與自然材料融合構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鍵技術難題。先后榮獲國家自然科學二等獎、國家技術發明二等獎等獎勵。

“交叉科學是未來科學發展的重要方向，是新科學突破的主要策源地，也在新的技術變革和新興產業發展中發揮重要作用。而推動交叉科學的發展是我們的職責所在?！?/p>

——周濟

北京交叉科學學會于2021年12月9日正式成立，其是諸多領域顛覆性技術的重要源頭，有助于促進跨學科交叉融合、推動產學研用交流合作、引領科技發展方向、推動國際科創中心建設、建設世界科技強國。在新一輪的科技革命和產業變革中，交叉科學承擔著越來越重要的歷史使命?？茀f頻道、《科研成果與傳播》雜志就北京交叉科學學會的建設及交叉科學的相關發展，深入采訪了清華大學教授、中國工程院院士，北京交叉科學學會理事長周濟。

走在前面的北京交叉科學學會

北京交叉科學學會是國內首個正式的交叉科學學會，其成立走在了前面。在周濟看來，交叉科學學會率先成立于北京，有其必然性?！氨本┑貐^目前已躋身于全球最活躍的創新區域的行列，科研資源雄厚，學科專業齊全，高校和科研機構眾多并在空間上也比較集中，這為開展交叉科學研究提供了得天獨厚的優勢?！贝送?，北京交叉科學學會的率先成立離不開北京市科協的積極支持和推動。

學會的建立也得到了多方支持和學界、產業界的廣泛響應?！拔覀冎皇窃谳^小的范圍宣布了學會創建和成立的消息，就收到了大量的入會申請和成立分會的建議，目前學會會員約500人?！边z憾的是，由于疫情，計劃之中一些活動只能縮小規?；蛉∠?，會員的發展和分會的建立等也因此受到了一定程度的影響。

學會成立后，開展了多次線下、線上的研討活動，還和多方專家、高校、科研院所、企業等開展了交流。最近，學會與中科院所屬的高端裝備企業開展合作，就高端裝備中所涉及的交叉科學問題進行了深入研討。此外，學會還充分利用微信群、公眾號等開展學術交流。在學會的微信群里，曾有一位醫學專家希望能通過檢測氣體對早期癌癥患者進行診斷，而群里剛好有研究傳感器的專家，兩位專家便通過學會平臺建立了聯系。周濟說：“雖然這兩位專家我都不認識，但他們的對話給我留下了很深的印象。后來他們單獨交流，雖不知道最終結果如何，但我想我們的學會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，突破單一學科壁壘

在周濟看來，北京交叉科學學會是一個很特殊的學會，具有多學科、跨學科的優勢。其在學術問題上兼容并包，致力于推動不同學科的交叉，突破單一學科發展的壁壘。

目前，很多交叉學科都建立了一些專業學會或在一些學會下面建立了分會，這些交叉學科往往是一些相對成熟的交叉學科。除了這些成熟的交叉學科，“我想我們學會應該致力于做一些不同于這些學會或分會的工作?！痹趯W科交叉上和學會存在的意義方面，周濟特別強調了兩點：一是大交叉，比如自然科學與社會科學的交叉、科學與藝術的交叉等，跨度越大越鼓勵;二是尚未發生交叉的學科之間進行交叉，爭取能產生新的科學體系，“在不久的將來，也許我們能促成某些冠以‘北京學派的新的交叉科學體系?！敝軡f。

北京交叉科學學會的會員構成也盡顯多學科交叉的特點。從會員的專業背景上看，學科分布較為廣泛，既有數學、物理學、化學、生物學、地學、天文學等基礎學科，也有計算科學、材料科學、信息技術、機械過程、土木工程等工程領域，還有一些醫學、藝術和管理等領域，甚至很多會員自身從事的研究都是交叉科學;從會員來源上看，來源也很豐富，有高校的、有科研單位的、有企業的;從會員層次上看，從研究生到院士都有，分布很均衡。周濟表示：“目前只是一個創會的會員隊伍，相信未來會進一步發展壯大?！?/p>

“在高層專家層面，我們擬組建一個由頂級專家組成的專家指導委員會，由聶祚仁院士擔任主任，并擬邀請國家自然科學基金委高瑞平副主任、北京大學湯超院士等專家擔任副主任。這個委員會的陣容將相當強大，期待不久的將來能組建起來?！?/p>

未來，學會將考慮充分發揮這樣一支跨學科的專家隊伍，做一些更大的事情，為解決北京地區科技、經濟、社會發展面臨的跨學科問題作一點貢獻。同時，“我們希望能夠通過這樣一個學會的建立，為北京地區乃至全國學界搭建一個學科交叉的平臺，一方面服務于北京國際科創中心的建設，另一方面也為國內其他地區乃至全國的交叉科學學術團體的建設探索出一條路子?！?/p>

從事交叉科學領域研究，推動融合創 新

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

“如今，這一領域僅僅是個小交叉，因為從嚴格意義上講，材料科學本身就是一個交叉學科，只是相對成熟一些。我們也在試圖以交叉科學的方式推動超材料技術與其他學科或領域進一步融合，如化學、生物醫學、能源技術，乃至創意和設計等領域?！敝軡f。

在超材料領域，周濟院士團隊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材料的融合。該思想是周濟院士在十幾年前提出的，在這個思想的基礎上，他們團隊將超材料這個概念從具體化的幾類材料提上到具有普適性的材料設計方法，從而可拓展出三類新型材料：第一類材料是融合自然機制、具有增強性能的超材料。例如，“我們團隊率先研制出非金屬基超常電磁介質，突破了傳統金屬基電磁超材料高損耗、各向異性、難以制備與調控等制約，推動了介質超材料這一超材料研究新分支的出現?！钡诙惒牧鲜腔谌斯C制的高性能“常規材料”。周濟院士團隊在材料的機制重構與性能提升方面取得若干突破，提出了基于超構分子電磁耦合的光電直接轉換新機制，可望發展出光伏效應以外實現光電轉換的新路線;提出了利用超材料模態耦合實現全光開關的新原理，其開關過程無非線性機制介入、高速、低閾值，有望解決制約全光信息技術的核心難題。第三類材料是受超材料啟發的超常自然材料?！拔覀儓F隊在十多年前發現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才逐漸被人關注。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，則可以使問題大大簡化?！敝軡f道。

對交叉科學興趣的種子早已深埋

周濟對交叉科學的興趣產生得很早，現在來看，這一興趣的種子也讓他和交叉科學結下了不解之緣。1978年，仍是在校生的周濟參加了高考?！澳悄晔俏ㄒ灰荒暝试S尚未畢業的在校生參加高考的，我就想試試?！敝軡婚_始想學文科，但父母建議他報理工科?！拔蚁爰热皇窃囋?，報什么都無所謂?！焙髞?，他考上了吉林大學半導體系（畢業時改名為電子科學系），學習電子學。但他仍對社會科學感興趣，總是期望日后能做點自然科學和社會科學交叉的事情。

周濟回憶：“當時有兩個自然科學的理論體系可以向社會科學延伸，其一是普利高津的耗散結構理論，其二是哈肯的協同學，相關的專著我都研讀過，但感覺到理論模型很漂亮，但真正結合實際很難。20世紀80年代，國內也有些學者試圖在自然科學領域找到結合點，如金觀濤先生用控制論研究中國歷史，趙紅洲先生提出了社會物理學，我都關注過，但他們的工作很難走到定量。今天我們有大數據等輔助手段，自然科學和社會科學找到結合點很容易，當時卻非常難。所以我最終放棄了這種努力，但對交叉科學的興趣一直保持著?！?/p>

其實，周濟的專業背景也非常具有“交叉”特點?！懊慨斕顚懕砀裰小畬I一欄時，我都有點無所適從?！敝軡Φ?。周濟本科學的電子，碩士學的物理，博士學的化學，博士畢業后轉到了面向應用的材料科學研究，最后進入超材料科學領域。

周濟跨學科的背景使他受益匪淺，他總能提出一些解決實際問題的新思路。而不斷進入新的領域源于周濟對能將理論和實驗完美結合的研究的向往?！拔宜膬x的依然是那些能將理論和實驗完美結合的研究，后來進入超材料這個領域，有一定的必然性?！敝軡菏繄F隊也與其他早期研究超材料的多數人不同，“我們從方法論的尋找中走到這個領域，因此思路會寬一些，把超材料當成一種方法，使得這個領域研究的范圍和意義有了外延的空間?！?/p>

跨學科背景不僅讓周濟勇于創新，也讓他與交叉科學分割不開。周濟說：“創新往往來自與眾不同，與眾不同的學術背景、與眾不同的知識結構、與眾不同的研究經歷和與眾不同的思考方式都可能構成科學研究的優勢。而創造條件讓不同學科之間碰撞，打造與眾不同的學術共同體，則是北京交叉科學學會追求的目標?！?/p>