智能材料应用前景广阔，仿真软件助力物理研究——专访复旦大学周鲁卫教授

背景链接：周鲁卫，教授，博士生导师。1973-1977年就读于复旦大学物理系；1986年获美国Temple大学实验固体物理的博士学位；1986-1988年美国洛杉矶加州大学固体科学中心、物理系博士后，从事氧化物的电磁学研究；1988年起任复旦大学物理系教师。主要研究领域为凝聚态物理，重点研究方向为软凝聚态物理、生物医学物理等。“高温超导量子干涉器研究”获1991年上海市科技进步一等奖（第四获奖人）。曾负责国家自然科学基金重点项目“电（磁）流变液机理研究”、“软凝聚态物质研究”等。曾多次赴美、英、日、法、意、德、俄等国参加学术会议、访问考察。

        10月26日，2010年COMSOL中国区用户年会上海分会在上海交通大学浩然科技大厦隆重举行。会上，我们有幸采访了复旦大学周鲁卫教授。周教授博学多才，虚怀若谷，严谨敬业，彰显了新时代的学者风范。

复旦大学副校长周鲁卫教授接受专访

《工业设计》：您现在的研究领域是什么？如何看待他的应用前景和实际价值？

周鲁卫：我们现在主要的研究对象是新型的软物质材料——电流变液。它们通常由介电常数较高的固体微粒分散在绝缘油液载体中而制成，在外加电场作用下，电流变液和磁流变液的剪切应力、黏度等流变性能会发生可逆变化。这种优异性能使他们在很多方面得到应用，电流变液和磁流变液的研究也引起了国内外专家越来越广泛的兴趣。

        电流变液反应速度快，设备小、能量省。目前，电流变液的一个最直接的应用是，利用它在电场下黏度变化的特性制造离合器，取代传统的齿轮传动装置。国外一些高级轿车减震系统中应用了电流变液，在矿山专用车座椅中安装了磁流变减振器；国内也有厂商提出在救护车上使用磁流变减振器，以避免病人的颠簸及二次受伤。电、磁流变减振器可以根据路况，通过电脑智能实时控制，来达到整个行驶过程中的平稳运行。

        “电流变液”这个课题，我从1993年就开始研究，经过这么多年，很多人都以为这个课题没有什么研究价值了，可是我们一直坚持深挖，而且发现里面大有乾坤。现在，我们的主要任务就是把这些智能材料存在的问题解决掉，尤其是材料的持久性方面。

《工业设计》：您去过很多国家考察、讲学，在物理学方面中国与发达国家的差距在哪里？面对国内高端产品、高端市场被国外品牌一味垄断的局面，如何突破这种格局？

周鲁卫：我的感触是，我们很难做出第一位的工作，即便走到了某一领域的前沿，也往往缺乏后劲，不能保持。这两个问题，不只在物理学，在其他学科可能也存在。

        电流变液材料和机理研究方面中国，特别是香港，还是比较领先的，那些做得好的地方都是基础理论研究做得比较好的地方。我们有很多技术不如那些发达国家，主要原因在于我们的基础教育不深入，以及我们的工业系统发展不够。科研工作者如果没有很好的数理基础，就只能模仿别人的工作。超越别人都是从基础做起的，不可能有个好的想法就一步跨出去了。另外一个就是科研走到一定程度肯定要量产，要解决具体问题，这时没有工业基础做铺垫就会后劲不足。有了想法，还要有工业基础，两者匹配起来才会持续发展。

        我们的科技上不去归根结底还是和制度有关系。在这里，我举一个国外的例子。大家都熟知，IBM的两位研究人员想研究氧化物超导材料，但是这项研究跟IBM交给他们的工作任务无关，公司不允许他们在上班时间做，也不允许在公司的设备上做与工作无关的事情。后来两位科研人员利用自己的时间偷偷搞研究，当研究成果宣布后，IBM说这是他们功劳，是他们的员工取得的成果。但是如果他们一开始不阻碍，研究成果会更快出来。这类行政干预学术的事情在中国更多。可见，我们的制度应更加鼓励研发。

       由此可见，我们的出路是将基础教育、工业基础、制度三者匹配，只有这样我们的科技才能有更好的发展。

工业设计采访复旦大学副校长周鲁卫教授

《工业设计》：有人认为目前物理系课程中基础理论占的比重过大，应当增加贴近实际应用的内容，比如商业软件的应用等，您如何评价这种观点？

周鲁卫：我的观点恰恰相反——惟有打好基础，方可成就辉煌。现在我们的理论教育还不够，像中科大、上海交大、复旦这样的学校，只有基础教育特别扎实的，才能持续发展，才能实现飞跃。COMSOL这样的企业为什么要招博士、博士后？因为这些人受过很系统的理论教育，他们能很容易掌握技术。也许刚进公司的博士不如一个专业技术人员的操作熟练，这没有关系，假以时日，受过良好教育的人肯定比纯技术人员发展好，他可能从新的方面研究，达到领域的更高峰，公司将来的再发展也要靠这些人。所以说，多受教育益处多，多学点是不会吃亏的。

        复旦的基础教育还有她独特的特点。我们把基础教育放得更宽，更加重视人文教育。人文素质是基础教育的根本，复旦大学的毕业生不单单只知道一个机械、一项技术，还会从哲学、历史、文学这样的高度去思考问题，从更广的人文基础的角度切入。当然，这种人文基础与科学精神是分不开的。

        对于我们物理系学生来说，我希望他们的基础能打好。但是现在来看有一定的困难。以前的普通物理，分为五门课，包括力学、热力学、电磁学、光学、原子物理等。而现在叫大学物理，就是把原来的普通物理五门课放在一起。以前五门课每门课需要一个学期，现在三到四个学期就把所有内容学完了，有些专业甚至只用两个学期。上课时间短了，很多内容就省略不教了，这样有些想深入学习的人就会吃不饱。因为国际名校，同是大学物理课程，学生有可能根据自己的发展需要，在若干不同难易程度的课中间进行选择是这样的，所以我们的高校也这么改革。我们不仅要重视知识的广度，还要在深度上下功夫。“万丈高楼平地起，根基稳才能建高楼”，所以我一再强调要加强基础教育，打好学生终身发展的基础。

《工业设计》：仿真分析软件为凝聚态物理学研究带来哪些便利？您如何评价COMSOL Multiphysics软件？

周鲁卫：实验的成本往往比较高，不管是时间成本还是金钱成本。一般的人，做很多的实验验证多种情况；聪明的人，会通过一个实验验证多种情况。COMSOL的基础方程比较多，参数更改非常方便。如果用COMSOL做实验，只要简单的改几个参数，几分钟内就可以验证不同的情况，从而让我们筛选，选择最有效的实验参数。而用传统的方法可能花上十倍，甚至上百倍的成本来验证。

        我们学校的硕士、博士生要毕业，必须在国内外的权威期刊发表论文。纯理论的文章那些期刊可以接受，但是不会太欢迎。单纯实验的，没有足够的分析就很难发表，至少要通过仿真进行一定的分析。物理学研究有三大手段——理论、仿真、实验，实验是基础，现在至少要求实验和仿真结合。这两项结合起来以后，才会由现象上升到理论，学术界才会认可。因此仿真软件对我们做实验的意义非常重大。用COMSOL软件分析，就会自动显示结果，成为理论和实验一个很重要的桥梁。可以说，COMSOL有两只手，把实验和理论联系起来，是对实验的引导、验证和补充。

        COMSOL还有一个很重要的优势，我们在做“仿真实验”的过程中，随时都能看到粗略的结果，而且这个结果很大程度上就是我们实验的结果，我们可以根据仿真结果纠正实验的方向。

        COMSOL还有一个重要特点：易学易用。正如COMSOL集团总裁Svante Littmarck博士所说：“以初学者的角度来看，COMSOL Multiphysic只需30分钟就可入门，其他软件可能要三个月时间。由于COMSOL Multiphysic是基于偏微分方程建模，因此便于定义和求解任意场的耦合问题。所有的工程问题都能在软件中找到相应的物理方程，多物理场耦合的数量是不受限制的。如此一来，用户不必再为解决多个物理问题而购买及学习其他多种专业软件。”

《工业设计》：您从事凝聚态物理研究多年，取得了怎样的成绩？取得这些成就的关键是什么？作为一名导师，您对物理系学生的学习成才有什么建议？

周鲁卫：我在物理学上没有取得多少成果，但是这么多年，有很多教训可以跟物理学同仁共勉。

        要学好物理学，首先要打好基础，很多人取得高的成就，得益于他们从小就打下牢固的基础，从小学开始，到中学、大学，每一步都很扎实。古语说，“根基不牢，地动山摇”。如果基础不扎实，本科之后学习就会觉得很吃力。打基础，没有时间的保证是不可能做好的。现在很多学生不知道珍惜时间，把大部分时间花费在娱乐上。物理学是需要花费很多时间和心力的，我希望同学们能学习中科大的学生对知识不知疲惫、孜孜以求的好学精神，而不是把最宝贵的年轻时光花在游戏、闲聊上。

        另一方面，如果可以，我们应该尽量将学习面放得更宽广，博览群书。因为学习是触类旁通的，物理学研究也会用到数学、化学、医学。我这个人有个优点，对于新的东西，对于另外一门学科的知识，很有兴趣。例如医学，我虽然不是学医的，但是从小就对医学感兴趣。我现在钻研物理，很自然的就把物理学和医学结合起来，开展一些生物医学物理方面的研究。如果看书看得比较全面，就很容易把各学科融会贯通，而且很容易接受新事物，不断实践新知识，开拓新领域。

        所以说，基础扎实、珍惜时间、博览群书是学习的三个法宝。我中学毕业正逢文革开始，68年我被分配到崇明，在崇明挑稻子的时候，我从来不让自己闲着，总是在扁担上放一本英文词汇表。后来上学，从学校到家的路上，我总是边骑车变背单词。所以我觉得浪费时间是很可惜的事情，“少年易学老难成，一寸光阴不可轻”。我们要以这句话共勉，只有把握好你生命的每一分钟，才能踏上成功之路。

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    COMSOL Multiphysics是全球第一款真正的多物理场耦合分析软件。它使工程师和科学家们可以通过模拟，赋予设计理念以生命。它有无与伦比的能力，使所有的物理现象可以在计算机上完美重现。COMSOL的用户利用它提高了手机的接收性能，利用它改进医疗设备的性能并提供更准确的诊断，利用它使汽车和飞机变得更加安全和节能，利用它寻找新能源，利用它探索宇宙，甚至利用它去培养下一代的科学家。中仿科技公司是集团在中国的唯一合作伙伴，负责产品在中国区包括香港、澳门特别行政区的技术支持和销售活动。了解COMSOL更多详细介绍，请访问：http://www.comsol.com

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