徐芳芳

不同于物理課本中“忽略摩擦力”的理想狀態(tài)，在真實(shí)世界里，摩擦是一個(gè)普遍存在的現(xiàn)象，也是一個(gè)經(jīng)久不衰且龐大復(fù)雜的研究議題。在茹毛飲血的原始時(shí)代，經(jīng)由摩擦帶來(lái)的火種即推動(dòng)人類文明大步向前，在人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)程中，摩擦也被人類逐漸“熟識(shí)”并進(jìn)入樸素應(yīng)用階段。但是人類開(kāi)始真正科學(xué)地研究摩擦問(wèn)題，實(shí)際上是從15世紀(jì)達(dá)·芬奇開(kāi)始的。隨后，關(guān)于摩擦的研究逐漸精深，對(duì)于摩擦的利用以及如何解決摩擦帶來(lái)的問(wèn)題，都逐漸成為相關(guān)科學(xué)家的研究?jī)?nèi)容。20世紀(jì)60年代，英國(guó)爵士Peter Jost發(fā)起了一項(xiàng)關(guān)于摩擦、磨損和潤(rùn)滑的著名調(diào)查，結(jié)果顯示，人類的一次性能源大約有1/3是通過(guò)摩擦所消耗掉的，80%的機(jī)械裝備都是因?yàn)槟p失效。摩擦和磨損共同造成的損失，一般可以占到一個(gè)工業(yè)化國(guó)家GDP的2%～7%。該調(diào)查所涉及的材料和機(jī)器運(yùn)動(dòng)界面間發(fā)生的摩擦、磨損、潤(rùn)滑3類相互關(guān)聯(lián)的自然現(xiàn)象和規(guī)律，被一個(gè)新創(chuàng)的英文單詞“Tribology”統(tǒng)一概括，20世紀(jì)70年代后期傳入中國(guó)，被譯為“摩擦學(xué)”（臺(tái)灣學(xué)者譯為“磨潤(rùn)學(xué)”）。時(shí)至今日，摩擦學(xué)研究的對(duì)象遍及機(jī)械工程、航空航天、軍事應(yīng)用、高新行業(yè)、生物、地質(zhì)乃至音樂(lè)和體育等多個(gè)領(lǐng)域，涉及物理、化學(xué)、材料、機(jī)械工程和潤(rùn)滑工程等多個(gè)學(xué)科，相關(guān)研究對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)有重大的促進(jìn)作用。在這樣的背景下，清華大學(xué)機(jī)械工程系教授孟永鋼深耕摩擦學(xué)研究30余年，他一直在思索的，是如何把摩擦“控制住”，最大程度地克服其不利影響，充分地發(fā)揮其效能。

“全部歸零”的孤勇

在入職清華大學(xué)之前，孟永鋼所學(xué)所研，與摩擦學(xué)并沒(méi)有很大的關(guān)聯(lián)。如他所說(shuō)，“從本科階段到博士，我都不是學(xué)摩擦的，我當(dāng)時(shí)學(xué)的是材料加工工程的鍛壓專業(yè)，進(jìn)到摩擦學(xué)這個(gè)研究領(lǐng)域，差不多算‘轉(zhuǎn)行’。對(duì)我來(lái)說(shuō)確實(shí)是非常大的一個(gè)挑戰(zhàn)”。然而這個(gè)“轉(zhuǎn)行”，并非“趕鴨子上架”的勉強(qiáng)之舉，而是孟永鋼經(jīng)過(guò)諸多考量的自主選擇。

孟永鋼是一個(gè)謹(jǐn)慎的人。

1982年，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)的孟永鋼獲得了一個(gè)難得的“走出去”的機(jī)會(huì)——他成為我國(guó)改革開(kāi)放后第二批國(guó)家公派留學(xué)研究生的一員。在留學(xué)日本之前，關(guān)于未來(lái)研究方向的選擇，孟永鋼特地向自己的老師求教。這位1955年畢業(yè)于清華大學(xué)、曾在英國(guó)曼徹斯特大學(xué)做過(guò)訪問(wèn)學(xué)者的老師告訴他，英國(guó)塑性力學(xué)著名學(xué)者R.Hill教授將“塑性加工過(guò)程中的摩擦和潤(rùn)滑問(wèn)題”視為學(xué)科發(fā)展的未來(lái)方向。就此，在踏上赴日學(xué)習(xí)的旅途之時(shí)，孟永鋼在專注自身金屬塑性成形研究的同時(shí)，也對(duì)摩擦、潤(rùn)滑等問(wèn)題的研究成果保持了高度的關(guān)注，摩擦學(xué)這一在他看來(lái)屬于“設(shè)計(jì)學(xué)科”的內(nèi)容，也逐漸在這個(gè)研究“制造學(xué)科”的年輕人心中埋下了種子。

6年時(shí)光倏忽而過(guò)，在日本熊本大學(xué)取得機(jī)械工程（塑性加工）碩士和博士學(xué)位的孟永鋼決定回國(guó)。在回國(guó)之前，孟永鋼再次與日本的導(dǎo)師討論起6年前他問(wèn)過(guò)的問(wèn)題——“將來(lái)我要做什么？”導(dǎo)師語(yǔ)重心長(zhǎng)地告訴他：“如果做摩擦學(xué)的研究，你也許能做100年，這個(gè)領(lǐng)域會(huì)不斷地誕生新問(wèn)題，你可以不斷地做研究，把摩擦的一些機(jī)理問(wèn)題搞清楚；但是如果你繼續(xù)做原本的金屬加工領(lǐng)域的研究，很有可能再過(guò)20年，這個(gè)領(lǐng)域就沒(méi)什么基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題了，只剩下工程課題?！睍r(shí)隔6年，兩位導(dǎo)師都將他指向摩擦學(xué)的研究之路，孟永鋼也下定決心，投入摩擦學(xué)的相關(guān)研究中。

孟永鋼也是個(gè)勇敢的人。

從機(jī)械制造轉(zhuǎn)投摩擦學(xué)，說(shuō)起來(lái)很輕松，然而孟永鋼做出這個(gè)選擇，相當(dāng)于放棄他從本科到博士期間的所有研究成果，“全部清零”，從頭開(kāi)始。對(duì)此，孟永鋼笑言：“做研究有時(shí)候是這樣的，它首先要有一種冒險(xiǎn)精神。我還是期待能夠做一些有挑戰(zhàn)的事情?！?/p>

孟永鋼博士畢業(yè)的那一年，也是國(guó)內(nèi)外局勢(shì)風(fēng)云變幻的一年。孟永鋼的許多同學(xué)選擇留在日本或遠(yuǎn)赴相關(guān)研究更為成熟的歐美國(guó)家，而“沒(méi)做什么考慮、想法簡(jiǎn)單”的孟永鋼則在1989年年底就回到了中國(guó)。幾年后，在日本工作的同學(xué)問(wèn)他是否后悔自己的選擇，孟永鋼說(shuō)：“現(xiàn)在我很難回答你這個(gè)問(wèn)題，也許再過(guò)10年、15年以后我再來(lái)回答你?！痹诿嫌冷摽磥?lái)，縱然前路難辨，只要一直走下去，一定會(huì)收獲一個(gè)肯定的答案。

基于在日本留學(xué)期間對(duì)摩擦學(xué)的關(guān)注，孟永鋼很早就注意到了清華大學(xué)在這一領(lǐng)域的研究?jī)?yōu)勢(shì)，這也讓學(xué)成歸來(lái)的孟永鋼決定選擇清華大學(xué)作為自己下一段人生旅程的起點(diǎn)。自此，憑著一腔孤勇，孟永鋼完成了回國(guó)、“轉(zhuǎn)向”、入職的一系列重大抉擇之后，他埋首于摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、表面界面科學(xué)與技術(shù)研究領(lǐng)域，在清華園一待就是30多年。

回答“隱函數(shù)”的問(wèn)題

孟永鋼介紹，摩擦學(xué)的研究進(jìn)行到現(xiàn)在，已經(jīng)進(jìn)入微納米尺度的世界?！拔覀兂Ｕf(shuō)，摩擦是個(gè)隱函數(shù)，隱函數(shù)就是你看不見(jiàn)摸不著的東西。所以做摩擦學(xué)的研究，需要一種想象力?！泵嫌冷撜f(shuō)，“在放飛想象的基礎(chǔ)上，大膽假設(shè)，小心求證。摩擦力什么情況下會(huì)產(chǎn)生？什么情況下不會(huì)產(chǎn)生？通過(guò)哪些途徑產(chǎn)生？能夠到一個(gè)什么樣的程度？……這都是我們要回答的問(wèn)題?！?/p>

孟永鋼留學(xué)期間，恰逢日本發(fā)展的“黃金時(shí)代”。彼時(shí)日本的工業(yè)發(fā)展、科學(xué)發(fā)展增速驚人，幾乎每周都會(huì)有一些新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)品問(wèn)世。這給了孟永鋼極大的啟發(fā)，在他看來(lái)，摩擦學(xué)這一學(xué)科在20世紀(jì)50年代至70年代發(fā)展迅猛，隨后在理論層面便陷入了長(zhǎng)久的“沉默”，能夠影響該學(xué)科數(shù)十年發(fā)展的突破性理論已“難覓蹤跡”。與此同時(shí)，科技創(chuàng)新帶來(lái)的巨大變革也要求摩擦學(xué)研究成果在更精細(xì)層面的表達(dá)和應(yīng)用。想要最大程度發(fā)揮摩擦學(xué)研究的優(yōu)勢(shì)，勢(shì)必要從理論和應(yīng)用兩方面著手。

1997年，孟永鋼以訪問(wèn)學(xué)者的身份到訪香港城市大學(xué)。除了親眼見(jiàn)證香港回歸的喜悅，孟永鋼也在這座城市開(kāi)啟了全新的研究方向——電控摩擦的研究。對(duì)于“電控摩擦”，為其親自命名的孟永鋼解釋道：普通人可能會(huì)把摩擦視作一種材料屬性，或者一種運(yùn)動(dòng)時(shí)力的感受。而在摩擦過(guò)程中界面所處的環(huán)境是十分復(fù)雜多變的，由此產(chǎn)生的摩擦、接觸和潤(rùn)滑狀態(tài)也會(huì)隨之產(chǎn)生劇烈變化，故此，實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦的主動(dòng)控制是十分必要的。在傳統(tǒng)潤(rùn)滑體系中，對(duì)摩擦力的調(diào)控只能通過(guò)調(diào)節(jié)法向載荷來(lái)實(shí)現(xiàn)，難以做到對(duì)摩擦系數(shù)的實(shí)時(shí)和在線調(diào)控。而通過(guò)施加電場(chǎng)或控制摩擦副的表面電位，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)邊界潤(rùn)滑中摩擦系數(shù)的主動(dòng)控制。經(jīng)過(guò)20余年的探索，電控摩擦現(xiàn)象已經(jīng)在水基和油基潤(rùn)滑的陶瓷/金屬、金屬/金屬和陶瓷/陶瓷配副中復(fù)現(xiàn)，基于潤(rùn)滑劑中分子和微納米顆粒在電場(chǎng)作用下的表面吸脫附的理論和實(shí)驗(yàn)可以較為完整地解釋和預(yù)測(cè)所觀察到的宏觀摩擦磨損規(guī)律。孟永鋼介紹，在理想狀態(tài)下，電控摩擦可以實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦的精準(zhǔn)和智能控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦、磨損和潤(rùn)滑狀態(tài)的在線調(diào)控，并達(dá)到節(jié)省能耗、延長(zhǎng)機(jī)器工作壽命之目的。目前團(tuán)隊(duì)的攻堅(jiān)重點(diǎn)，就是致力于建立具有在線監(jiān)測(cè)和智能調(diào)控功能的主動(dòng)摩擦系統(tǒng)，以推進(jìn)電控摩擦技術(shù)的應(yīng)用化進(jìn)程。

基于這一研究成果，孟永鋼及其團(tuán)隊(duì)開(kāi)啟了眾多合作項(xiàng)目，與荷蘭皇家殼牌集團(tuán)等企業(yè)的合作就在此列。在與以色列研究團(tuán)隊(duì)合作的“設(shè)計(jì)制備用于外加電場(chǎng)調(diào)控摩擦的納米材料添加劑”項(xiàng)目中，雙方就“設(shè)計(jì)和合成可穩(wěn)定懸浮在潤(rùn)滑液中的碳量子點(diǎn)和碳量子點(diǎn)修飾的納米顆粒添加劑，以顯著改善潤(rùn)滑液的減摩抗磨性能，并實(shí)現(xiàn)摩擦磨損性能的外加電場(chǎng)調(diào)控”等內(nèi)容展開(kāi)研究，孟永鋼團(tuán)隊(duì)通過(guò)zeta電位分析儀和石英晶振微天平（QCM）對(duì)納米顆粒懸浮液的摩擦學(xué)、電學(xué)以及外場(chǎng)作用下的吸附行為進(jìn)行分析表征，并在改造后的通用摩擦實(shí)驗(yàn)儀（UMT）上系統(tǒng)開(kāi)展電場(chǎng)作用下量子點(diǎn)納米添加劑摩擦磨損特性的實(shí)驗(yàn)研究，最終結(jié)合電場(chǎng)作用下摩擦磨損實(shí)驗(yàn)和納米添加劑表面分布測(cè)試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，建立電場(chǎng)條件下材料摩擦磨損行為的計(jì)算分析模型，開(kāi)展計(jì)算機(jī)仿真并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析。

此外，在工程應(yīng)用方面，孟永鋼著重滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的研究，并積極將其研究成果與國(guó)家需求相結(jié)合?！拜S承可以說(shuō)是工業(yè)的糧食，幾乎每個(gè)機(jī)器都要用，只要有運(yùn)轉(zhuǎn)的地方就要有軸承?！泵嫌冷摻忉尩溃拜S承說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，應(yīng)用的歷史也很長(zhǎng)，然而實(shí)際上關(guān)于軸承還有很多技術(shù)尚待突破改善。目前中國(guó)是世界上最大的軸承生產(chǎn)國(guó)，但是現(xiàn)在我國(guó)很多應(yīng)用領(lǐng)域的高端軸承仍要依賴進(jìn)口。近年來(lái)，國(guó)家和學(xué)界逐漸意識(shí)到，在諸如航空航天、高鐵、5G通信等高精尖領(lǐng)域，為避免‘卡脖子’問(wèn)題的出現(xiàn)，展開(kāi)對(duì)軸承這一基礎(chǔ)件的研究十分必要，高端軸承的研發(fā)項(xiàng)目也紛紛立項(xiàng)。我和我的團(tuán)隊(duì)也積極參與到這些國(guó)家項(xiàng)目中，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、高鐵轉(zhuǎn)向架用高端軸承研發(fā)方面展開(kāi)研究。這類軸承的要求是轉(zhuǎn)速更快、精度更高、壽命更長(zhǎng)，這些都是我們正在努力的方向?！蹦壳?，孟永鋼所在的清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已與多家軸承企業(yè)達(dá)成合作協(xié)議，就超長(zhǎng)壽命高精密軸承的研發(fā)展開(kāi)合作。顯而易見(jiàn)地，這些產(chǎn)學(xué)合作能夠促進(jìn)先進(jìn)研究成果與工程技術(shù)進(jìn)步相結(jié)合，也為孟永鋼多年積累的科研成果從實(shí)驗(yàn)室走向工程應(yīng)用提供了更多實(shí)踐的途徑。

愿做燭光照桃李

與清華園相伴30余載，孟永鋼坦言，自己對(duì)清華有很深的感情。在他看來(lái)，清華大學(xué)是一所真正具有校園文化的大學(xué)，這種延續(xù)在清華血脈中的獨(dú)特氣質(zhì)，其中一個(gè)具體的外化體現(xiàn)，就是坐落于清華園內(nèi)的王國(guó)維先生紀(jì)念碑。王國(guó)維先生投湖自盡后的第二年，清華師生即為其立碑，碑文由同為“清華四大導(dǎo)師”的陳寅恪撰寫(xiě)。在這數(shù)百字的碑文中，陳寅恪以“獨(dú)立之精神，自由之思想”描述他心中理想的大學(xué)精神，自此，這句話也深深地影響了一代又一代的清華人。在清華師生的思想深處，這不唯是一句口號(hào)，同時(shí)也是清華人不斷追求的精神目標(biāo)。這種精神的傳承，也被他引入自己的教學(xué)過(guò)程中。

孟永鋼介紹，價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授，這是清華三位一體的教育理念。清華精神的傳承，即是價(jià)值塑造的重要一環(huán)。與此同時(shí)，他也十分關(guān)注學(xué)生的成長(zhǎng)過(guò)程，在學(xué)生就業(yè)后，也積極接受用人單位的反饋，以填補(bǔ)自身教學(xué)中缺失的內(nèi)容。在聽(tīng)到“清華畢業(yè)生最大的問(wèn)題是經(jīng)不起打擊，經(jīng)不起挫折”的說(shuō)法后，孟永鋼決定在教學(xué)過(guò)程中加上“挫折教育”這一課，讓自己的學(xué)生能夠直面失敗和挫折，不因研究過(guò)程的不順就一蹶不振。

對(duì)于孟永鋼的學(xué)生而言，他是十足的“嚴(yán)師”。在學(xué)習(xí)時(shí)、答辯中、實(shí)驗(yàn)室里，向?qū)W生提出最難回答的問(wèn)題的人，往往就是孟永鋼。在孟永鋼看來(lái)，做研究切忌一知半解，如果學(xué)生對(duì)一些本該掌握的科學(xué)原理沒(méi)有掌握好，或者對(duì)科學(xué)知識(shí)片面理解甚至有錯(cuò)誤的理解，他都會(huì)當(dāng)即指出。除此之外，他也是“勤師”，在高強(qiáng)度的研究任務(wù)之下，孟永鋼仍完成了全年196個(gè)課時(shí)的教學(xué)任務(wù)，同時(shí)還擔(dān)任班主任，甚至夜里12點(diǎn)還在和學(xué)生溝通學(xué)習(xí)和研究的問(wèn)題。在他的引領(lǐng)下，學(xué)生的研究能力和實(shí)踐能力穩(wěn)步提升，本科生、碩士生、博士生及博士后的培養(yǎng)正穩(wěn)步進(jìn)行中。

對(duì)于自己的成就，孟永鋼并不十分看重。他常說(shuō)：“我就是普通人一個(gè)。”談及未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃，這位笑聲爽朗的學(xué)者依舊把培養(yǎng)后來(lái)人放在了首位。他希望將更多的注意力投注到知識(shí)傳授的過(guò)程中，以言傳身教的方式培養(yǎng)更多的專業(yè)人才，他認(rèn)為這是他最主要的任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，他也希望可以將自己多年研究的經(jīng)驗(yàn)成果總結(jié)起來(lái)、集結(jié)成冊(cè)，為相關(guān)研究的學(xué)生和研究者提供有益參考?！敖逃俏业穆氊?zé)，為國(guó)家做貢獻(xiàn)也是我的職責(zé)。面對(duì)國(guó)家層面、社會(huì)層面、行業(yè)層面、企業(yè)層面的需求，我和我的團(tuán)隊(duì)義不容辭，將會(huì)繼續(xù)在相關(guān)領(lǐng)域積極探索；對(duì)于人才培養(yǎng)，我也希望自己能夠?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域帶出更多的優(yōu)秀人才，為摩擦學(xué)這一研究領(lǐng)域增加新的有生力量?！?/p>