孟永鋼：認準的事情堅持做

徐芳芳

不同于物理課本中“忽略摩擦力”的理想狀態，在真實世界里，摩擦是一個普遍存在的現象，也是一個經久不衰且龐大復雜的研究議題。在茹毛飲血的原始時代，經由摩擦帶來的火種即推動人類文明大步向前，在人類社會的發展進程中，摩擦也被人類逐漸“熟識”并進入樸素應用階段。但是人類開始真正科學地研究摩擦問題，實際上是從15世紀達·芬奇開始的。隨后，關于摩擦的研究逐漸精深，對于摩擦的利用以及如何解決摩擦帶來的問題，都逐漸成為相關科學家的研究內容。20世紀60年代，英國爵士Peter Jost發起了一項關于摩擦、磨損和潤滑的著名調查，結果顯示，人類的一次性能源大約有1/3是通過摩擦所消耗掉的，80%的機械裝備都是因為磨損失效。摩擦和磨損共同造成的損失，一般可以占到一個工業化國家GDP的2%～7%。該調查所涉及的材料和機器運動界面間發生的摩擦、磨損、潤滑3類相互關聯的自然現象和規律，被一個新創的英文單詞“Tribology”統一概括，20世紀70年代后期傳入中國，被譯為“摩擦學”（臺灣學者譯為“磨潤學”）。時至今日，摩擦學研究的對象遍及機械工程、航空航天、軍事應用、高新行業、生物、地質乃至音樂和體育等多個領域，涉及物理、化學、材料、機械工程和潤滑工程等多個學科，相關研究對國民經濟建設有重大的促進作用。在這樣的背景下，清華大學機械工程系教授孟永鋼深耕摩擦學研究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，充分地發揮其效能。

“全部歸零”的孤勇

在入職清華大學之前，孟永鋼所學所研，與摩擦學并沒有很大的關聯。如他所說，“從本科階段到博士，我都不是學摩擦的，我當時學的是材料加工工程的鍛壓專業，進到摩擦學這個研究領域，差不多算‘轉行’。對我來說確實是非常大的一個挑戰”。然而這個“轉行”，并非“趕鴨子上架”的勉強之舉，而是孟永鋼經過諸多考量的自主選擇。

孟永鋼是一個謹慎的人。

1982年，內蒙古工業大學本科畢業的孟永鋼獲得了一個難得的“走出去”的機會——他成為我國改革開放后第二批國家公派留學研究生的一員。在留學日本之前，關于未來研究方向的選擇，孟永鋼特地向自己的老師求教。這位1955年畢業于清華大學、曾在英國曼徹斯特大學做過訪問學者的老師告訴他，英國塑性力學著名學者R.Hill教授將“塑性加工過程中的摩擦和潤滑問題”視為學科發展的未來方向。就此，在踏上赴日學習的旅途之時，孟永鋼在專注自身金屬塑性成形研究的同時，也對摩擦、潤滑等問題的研究成果保持了高度的關注，摩擦學這一在他看來屬于“設計學科”的內容，也逐漸在這個研究“制造學科”的年輕人心中埋下了種子。

6年時光倏忽而過，在日本熊本大學取得機械工程（塑性加工）碩士和博士學位的孟永鋼決定回國。在回國之前，孟永鋼再次與日本的導師討論起6年前他問過的問題——“將來我要做什么？”導師語重心長地告訴他：“如果做摩擦學的研究，你也許能做100年，這個領域會不斷地誕生新問題，你可以不斷地做研究，把摩擦的一些機理問題搞清楚；但是如果你繼續做原本的金屬加工領域的研究，很有可能再過20年，這個領域就沒什么基礎科學問題了，只剩下工程課題。”時隔6年，兩位導師都將他指向摩擦學的研究之路，孟永鋼也下定決心，投入摩擦學的相關研究中。

孟永鋼也是個勇敢的人。

從機械制造轉投摩擦學，說起來很輕松，然而孟永鋼做出這個選擇，相當于放棄他從本科到博士期間的所有研究成果，“全部清零”，從頭開始。對此，孟永鋼笑言：“做研究有時候是這樣的，它首先要有一種冒險精神。我還是期待能夠做一些有挑戰的事情。”

孟永鋼博士畢業的那一年，也是國內外局勢風云變幻的一年。孟永鋼的許多同學選擇留在日本或遠赴相關研究更為成熟的歐美國家，而“沒做什么考慮、想法簡單”的孟永鋼則在1989年年底就回到了中國。幾年后，在日本工作的同學問他是否后悔自己的選擇，孟永鋼說：“現在我很難回答你這個問題，也許再過10年、15年以后我再來回答你。”在孟永鋼看來，縱然前路難辨，只要一直走下去，一定會收獲一個肯定的答案。

基于在日本留學期間對摩擦學的關注，孟永鋼很早就注意到了清華大學在這一領域的研究優勢，這也讓學成歸來的孟永鋼決定選擇清華大學作為自己下一段人生旅程的起點。自此，憑著一腔孤勇，孟永鋼完成了回國、“轉向”、入職的一系列重大抉擇之后，他埋首于摩擦學設計、表面界面科學與技術研究領域，在清華園一待就是30多年。

回答“隱函數”的問題

孟永鋼介紹，摩擦學的研究進行到現在，已經進入微納米尺度的世界。“我們常說，摩擦是個隱函數，隱函數就是你看不見摸不著的東西。所以做摩擦學的研究，需要一種想象力。”孟永鋼說，“在放飛想象的基礎上，大膽假設，小心求證。摩擦力什么情況下會產生？什么情況下不會產生？通過哪些途徑產生？能夠到一個什么樣的程度？……這都是我們要回答的問題。”

孟永鋼留學期間，恰逢日本發展的“黃金時代”。彼時日本的工業發展、科學發展增速驚人，幾乎每周都會有一些新理論、新技術、新產品問世。這給了孟永鋼極大的啟發，在他看來，摩擦學這一學科在20世紀50年代至70年代發展迅猛，隨后在理論層面便陷入了長久的“沉默”，能夠影響該學科數十年發展的突破性理論已“難覓蹤跡”。與此同時，科技創新帶來的巨大變革也要求摩擦學研究成果在更精細層面的表達和應用。想要最大程度發揮摩擦學研究的優勢，勢必要從理論和應用兩方面著手。

1997年，孟永鋼以訪問學者的身份到訪香港城市大學。除了親眼見證香港回歸的喜悅，孟永鋼也在這座城市開啟了全新的研究方向——電控摩擦的研究。對于“電控摩擦”，為其親自命名的孟永鋼解釋道：普通人可能會把摩擦視作一種材料屬性，或者一種運動時力的感受。而在摩擦過程中界面所處的環境是十分復雜多變的，由此產生的摩擦、接觸和潤滑狀態也會隨之產生劇烈變化，故此，實現對摩擦的主動控制是十分必要的。在傳統潤滑體系中，對摩擦力的調控只能通過調節法向載荷來實現，難以做到對摩擦系數的實時和在線調控。而通過施加電場或控制摩擦副的表面電位，即可以實現對邊界潤滑中摩擦系數的主動控制。經過20余年的探索，電控摩擦現象已經在水基和油基潤滑的陶瓷/金屬、金屬/金屬和陶瓷/陶瓷配副中復現，基于潤滑劑中分子和微納米顆粒在電場作用下的表面吸脫附的理論和實驗可以較為完整地解釋和預測所觀察到的宏觀摩擦磨損規律。孟永鋼介紹，在理想狀態下，電控摩擦可以實現對摩擦的精準和智能控制，進而實現對摩擦、磨損和潤滑狀態的在線調控，并達到節省能耗、延長機器工作壽命之目的。目前團隊的攻堅重點，就是致力于建立具有在線監測和智能調控功能的主動摩擦系統，以推進電控摩擦技術的應用化進程。

基于這一研究成果，孟永鋼及其團隊開啟了眾多合作項目，與荷蘭皇家殼牌集團等企業的合作就在此列。在與以色列研究團隊合作的“設計制備用于外加電場調控摩擦的納米材料添加劑”項目中，雙方就“設計和合成可穩定懸浮在潤滑液中的碳量子點和碳量子點修飾的納米顆粒添加劑，以顯著改善潤滑液的減摩抗磨性能，并實現摩擦磨損性能的外加電場調控”等內容展開研究，孟永鋼團隊通過zeta電位分析儀和石英晶振微天平（QCM）對納米顆粒懸浮液的摩擦學、電學以及外場作用下的吸附行為進行分析表征，并在改造后的通用摩擦實驗儀（UMT）上系統開展電場作用下量子點納米添加劑摩擦磨損特性的實驗研究，最終結合電場作用下摩擦磨損實驗和納米添加劑表面分布測試實驗的結果，建立電場條件下材料摩擦磨損行為的計算分析模型，開展計算機仿真并與實驗結果進行比較分析。

此外，在工程應用方面，孟永鋼著重滾動軸承和滑動軸承的研究，并積極將其研究成果與國家需求相結合。“軸承可以說是工業的糧食，幾乎每個機器都要用，只要有運轉的地方就要有軸承。”孟永鋼解釋道，“軸承說起來簡單，應用的歷史也很長，然而實際上關于軸承還有很多技術尚待突破改善。目前中國是世界上最大的軸承生產國，但是現在我國很多應用領域的高端軸承仍要依賴進口。近年來，國家和學界逐漸意識到，在諸如航空航天、高鐵、5G通信等高精尖領域，為避免‘卡脖子’問題的出現，展開對軸承這一基礎件的研究十分必要，高端軸承的研發項目也紛紛立項。我和我的團隊也積極參與到這些國家項目中，在航空發動機、高鐵轉向架用高端軸承研發方面展開研究。這類軸承的要求是轉速更快、精度更高、壽命更長，這些都是我們正在努力的方向。”目前，孟永鋼所在的清華大學摩擦學國家重點實驗室已與多家軸承企業達成合作協議，就超長壽命高精密軸承的研發展開合作。顯而易見地，這些產學合作能夠促進先進研究成果與工程技術進步相結合，也為孟永鋼多年積累的科研成果從實驗室走向工程應用提供了更多實踐的途徑。

愿做燭光照桃李

與清華園相伴30余載，孟永鋼坦言，自己對清華有很深的感情。在他看來，清華大學是一所真正具有校園文化的大學，這種延續在清華血脈中的獨特氣質，其中一個具體的外化體現，就是坐落于清華園內的王國維先生紀念碑。王國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“清華四大導師”的陳寅恪撰寫。在這數百字的碑文中，陳寅恪以“獨立之精神，自由之思想”描述他心中理想的大學精神，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，同時也是清華人不斷追求的精神目標。這種精神的傳承，也被他引入自己的教學過程中。

孟永鋼介紹，價值塑造、能力培養、知識傳授，這是清華三位一體的教育理念。清華精神的傳承，即是價值塑造的重要一環。與此同時，他也十分關注學生的成長過程，在學生就業后，也積極接受用人單位的反饋，以填補自身教學中缺失的內容。在聽到“清華畢業生最大的問題是經不起打擊，經不起挫折”的說法后，孟永鋼決定在教學過程中加上“挫折教育”這一課，讓自己的學生能夠直面失敗和挫折，不因研究過程的不順就一蹶不振。

對于孟永鋼的學生而言，他是十足的“嚴師”。在學習時、答辯中、實驗室里，向學生提出最難回答的問題的人，往往就是孟永鋼。在孟永鋼看來，做研究切忌一知半解，如果學生對一些本該掌握的科學原理沒有掌握好，或者對科學知識片面理解甚至有錯誤的理解，他都會當即指出。除此之外，他也是“勤師”，在高強度的研究任務之下，孟永鋼仍完成了全年196個課時的教學任務，同時還擔任班主任，甚至夜里12點還在和學生溝通學習和研究的問題。在他的引領下，學生的研究能力和實踐能力穩步提升，本科生、碩士生、博士生及博士后的培養正穩步進行中。

對于自己的成就，孟永鋼并不十分看重。他常說：“我就是普通人一個。”談及未來的發展規劃，這位笑聲爽朗的學者依舊把培養后來人放在了首位。他希望將更多的注意力投注到知識傳授的過程中，以言傳身教的方式培養更多的專業人才，他認為這是他最主要的任務。在此基礎上，他也希望可以將自己多年研究的經驗成果總結起來、集結成冊，為相關研究的學生和研究者提供有益參考。“教育是我的職責，為國家做貢獻也是我的職責。面對國家層面、社會層面、行業層面、企業層面的需求，我和我的團隊義不容辭，將會繼續在相關領域積極探索；對于人才培養，我也希望自己能夠為這個領域帶出更多的優秀人才，為摩擦學這一研究領域增加新的有生力量。”