作為一個材料學(xué)博士，也是材料學(xué)的大學(xué)老師，今年再來說說材這個專業(yè)吧。

先講個故事。

高超這個名字很有意思，人也確實做出了配得上這個名字的科研工作。

如果只看履歷，他身上的頭銜很多：浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系求是特聘教授、博士生導(dǎo)師，浙江大學(xué)高分子科學(xué)研究所所長，先進(jìn)纖維材料研究中心主任，也是浙大納米高分子團(tuán)隊的創(chuàng)建者和負(fù)責(zé)人，后來還成為杭州高烯科技有限公司的創(chuàng)始人、首席科學(xué)家，并入選國家杰出青年基金。

但老實說，真正讓我記住他的，并不是這一長串身份。

高校里有名頭的人很多，論文做得漂亮的人也不少。高超讓我印象深的地方，是他的材料成果后來真的走出了實驗室，有了比較好的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。這一點，在材料領(lǐng)域并不容易。

2013年前后，他帶領(lǐng)團(tuán)隊做出了一種超輕全碳?xì)饽z。這個材料當(dāng)時最吸引外界注意的，是它極低的密度：只有0.16 mg/cm3。也正因為這個指標(biāo)，它一度刷新了“世界最輕材料”的紀(jì)錄，并獲得了吉尼斯世界紀(jì)錄認(rèn)證。

當(dāng)然，材料的價值不只是“輕”。

這種全碳?xì)饽z更重要的地方在于，它把超輕、高彈性、高吸附能力和良好的隔熱性能結(jié)合到了一起。也就是說，它不是一個只能拿來展示的“實驗室奇觀”，而是在能源、環(huán)境治理、航空航天等方向上，都能讓人看到應(yīng)用想象空間的材料。

從材料科學(xué)角度看，它很典型地體現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)設(shè)計和宏觀性能之間的關(guān)系：微觀上通過碳材料構(gòu)筑出高度多孔、連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)；宏觀上則表現(xiàn)出輕質(zhì)、柔韌、吸附和隔熱等一系列性能。這也是為什么當(dāng)年這個成果會受到很多關(guān)注，并獲得世界創(chuàng)新論壇“金袋鼠”創(chuàng)新獎。

那時候?qū)ν庑麄鬟@項成果時，有一張圖非常出圈：研究人員把一塊體積約100立方厘米的超輕全碳?xì)饽z放在一朵花上。正常人第一反應(yīng)會覺得，這么大一塊材料壓在花上，花應(yīng)該撐不住。但畫面里，花瓣幾乎沒有明顯變形。

這張圖其實很聰明。它沒有用一堆專業(yè)術(shù)語解釋密度，也沒有讓普通人去計算0.16 mg/cm3到底意味著什么，而是直接把“輕”這個概念變成了一個可以被看見的畫面。對科研傳播來說，這比單純羅列參數(shù)有效得多。

還有一張圖是放在花蕊上展示的。

有人可能會問：材料輕到這個程度，除了看起來厲害，到底有什么實際用處？

這個問題其實很正常。普通人第一次看到“世界最輕材料”這類說法，很容易把它理解成一個紀(jì)錄，甚至覺得只是實驗室里做出來的噱頭。但在材料科學(xué)里，真正值得看的，往往不是“輕”這個結(jié)果，而是它為什么能做到這么輕。

高超團(tuán)隊做的這款超輕全碳?xì)饽z，并不是把普通碳材料簡單做薄、做小。它的制備思路，是先把石墨烯和碳納米管這兩類納米碳材料分散到水溶液中，再通過低溫凍干的方式把水分去掉，同時把內(nèi)部的三維骨架保留下來。

簡單說，就是水走了，骨架留下了。

最后得到的材料，看上去是一整塊，但里面其實是極其疏松、連續(xù)的碳網(wǎng)絡(luò)。也正是這種結(jié)構(gòu)，讓它的密度低到了空氣的七分之一左右。更關(guān)鍵的是，它不只是輕，還很有彈性，并且可以吸收自身質(zhì)量約900倍的有機(jī)溶劑。

這就不只是“放在花上不會壓彎花瓣”的展示效果了。

如果一種材料既輕，又能快速吸附大量有機(jī)液體，它在環(huán)境污染處理、油品吸附、特殊防護(hù)材料等方向上，就有了現(xiàn)實想象空間。很多材料之所以難轉(zhuǎn)化，不是因為論文不漂亮，而是因為性能只停留在單一指標(biāo)上。高超團(tuán)隊這類材料受到關(guān)注，一個重要原因就是它的性能組合比較完整。

當(dāng)時這款超輕全碳?xì)饽z也確實引來了不少產(chǎn)業(yè)端的興趣。包括歐萊雅在內(nèi)的一些化妝品企業(yè)，都曾對這種材料表現(xiàn)出購買意愿。那段時間，這個材料的價格一度被炒到比黃金還高。

但問題也很現(xiàn)實：實驗室不是工廠。

據(jù)當(dāng)時的說法，高超教授實驗室一天只能制備二十多克這種材料。材料越新，制備越難，產(chǎn)量越小，早期價格越夸張，這在科研成果剛進(jìn)入產(chǎn)業(yè)視野時并不罕見。真正難的地方，往往不是做出第一塊樣品，而是把它穩(wěn)定、批量、低成本地做出來。

高超團(tuán)隊后來沒有停在這一項成果上。

2016年，他們又成功制備出第一塊由純石墨烯纖維構(gòu)成的無紡布織物。這個材料聽起來像“布”，但它不是普通意義上的紡織品，而是由石墨烯纖維構(gòu)筑出來的二維宏觀材料。它的柔性很好，同時還具備較高的導(dǎo)電和導(dǎo)熱能力：導(dǎo)電率達(dá)到28000 S/m，導(dǎo)熱率達(dá)到301 W/m·K，而密度只有0.22 g/cm3。

因為很多材料可以做到導(dǎo)電，很多材料也可以做到導(dǎo)熱，但一旦要求它又輕、又柔、又能保持較好的電熱傳輸能力，事情就變難了。高超團(tuán)隊這款石墨烯纖維無紡布的比導(dǎo)電率和比導(dǎo)熱率，明顯高于當(dāng)時已有報道的碳基二維織物、薄膜材料以及商業(yè)化碳纖維紙。

到2017年，他們又在石墨烯組裝膜上做出了新的進(jìn)展。

這類石墨烯組裝膜最突出的地方，是把高導(dǎo)熱和高柔性放到了一起。按照當(dāng)時的報道，它是目前導(dǎo)熱率最高的宏觀材料之一，同時又能反復(fù)折疊6000次，并承受十萬次彎曲。

高導(dǎo)熱材料通常容易偏硬、偏脆，柔性材料又往往很難做到特別高的熱傳導(dǎo)能力。高超團(tuán)隊這項工作，解決的正是宏觀材料里一個長期存在的矛盾：怎么讓材料既能高效傳熱，又能適應(yīng)彎折、折疊、卷曲這類真實使用場景。

所以，這些成果不能只看成幾項孤立的“新材料新聞”。

從超輕全碳?xì)饽z，到石墨烯纖維無紡布，再到高導(dǎo)熱柔性石墨烯組裝膜，背后其實有一條很清楚的主線：把納米碳材料從微觀尺度組織起來，做成可以被看見、被拿起、被測試，甚至有機(jī)會被應(yīng)用的宏觀材料。

這也是我一直覺得高超團(tuán)隊值得關(guān)注的地方。

他們做的不是停留在概念里的石墨烯故事，而是在不斷回答同一個更難的問題：納米材料性能很好，但怎樣才能真正變成一塊材料、一張膜、一匹布，最后進(jìn)入真實產(chǎn)業(yè)場景？

2019年，高超教授團(tuán)隊成功在氧化石墨烯液晶水溶液中實現(xiàn)直接書寫或雕刻，通過探針改變石墨烯片的局部排列取向，改變其對光的折射，從而實現(xiàn)了人類歷史上首次在水溶液中或液體中的自由微雕刻。

高超教授是材料領(lǐng)域一個科研和產(chǎn)業(yè)化做得都很好的典型例子?？赡茉谌ψ油庹J(rèn)識他的人不多，但他是我朋友的同學(xué)，所以很多年前我就知道他，也知道他一直都做得很好。

像這種材料學(xué)科的成果，往往都是躲在幕后的。大家會記得手上好用的產(chǎn)品的名字，但卻一直會不經(jīng)意的忽略到底是什么做出來這個產(chǎn)品的。

這幾年還有一個很明顯的變化：商家越來越懂得把“材料”變成賣點。過去普通消費者買手機(jī)，可能只看處理器、攝像頭和電池；現(xiàn)在不一樣了，小米會講龍晶玻璃，華為會講昆侖玻璃和玄武鋼化昆侖玻璃，蘋果會把鈦金屬機(jī)身講成高端質(zhì)感，三星也會拿鈦金屬邊框和Gorilla Armor玻璃陶瓷蓋板來強調(diào)耐用。折疊屏手機(jī)更典型，鉸鏈原本是很工程化的部件，現(xiàn)在也成了宣傳重點：vivo講碳纖維龍骨鉸鏈，OPPO講3D打印鈦合金鉸鏈，榮耀講超輕鈦合金鉸鏈。類似的邏輯也延伸到了家居用品里，比如蘇泊爾的鈦涂層不粘鍋，以及市面上魚龍混雜、打著健康旗號售賣的純鈦餐具。材料確實重要，但一旦進(jìn)入消費市場，它就不只是性能參數(shù)了，也會被包裝成價格、質(zhì)感和信任感。

作為一個老材料人，對這些東西自然看法不一。畢竟商業(yè)宣傳，有時候失真度還是不小的。但正是各種各樣的產(chǎn)品，有選材和用材的需要，所以各行各業(yè)都有材料人的一席之地。

前面說的是材料在商業(yè)世界里的存在感。其實材料這件事，在科幻作品里也早就被寫得很重了。

很多人應(yīng)該都讀過劉慈欣的《三體》。

第一部里，汪淼為什么會被三體文明盯上？并不是因為他本人有什么特殊身份，而是因為他正在研究一種很關(guān)鍵的納米材料。小說里把它叫做“飛刃”。這種材料強度極高，可以輕松切割鋼鐵。到了故事后面，ETO 那艘船被切開，靠的就是這種材料。

這個情節(jié)當(dāng)年給我的印象很深。

因為大劉沒有把“外星文明害怕人類”寫成一句空話，而是落在了一個很具體的技術(shù)點上：材料。一種足夠強、足夠輕、足夠可控的納米材料，如果繼續(xù)發(fā)展下去，就可能支撐太空電梯這類工程構(gòu)想。而太空電梯需要的，恰恰是極高比強度、極高可靠性的材料體系。

換句話說，三體文明真正忌憚的，不是汪淼這個人，而是他手里那條技術(shù)路線。

我第一次讀到這里的時候，還是大三，本科讀的是材料物理。那時當(dāng)然知道材料重要，但理解還很淺。很多概念在課本里看起來就是公式、結(jié)構(gòu)、性能、測試曲線，離現(xiàn)實很遠(yuǎn)。后來一路讀完研究生、博士，又做了博后，還到國外訪學(xué)了一段時間，才慢慢明白，材料并不是工業(yè)體系里的一個配角。

很多時候，它就是人類技術(shù)邊界本身。飛機(jī)能不能更輕，發(fā)動機(jī)能不能更耐高溫，芯片能不能繼續(xù)縮小，電池能不能更安全，航天器能不能走得更遠(yuǎn)，背后都繞不開材料。所謂“材料進(jìn)步一小步，人類進(jìn)步一大步”，以前聽起來像口號，后來越做科研越覺得，這話并不夸張。

所以回頭再看《三體》，會覺得大劉的眼光確實很毒。

他很早就抓住了一件事：真正能改變文明進(jìn)程的技術(shù)，未必一開始就長得很宏大。它可能不是一艘飛船，也不是一個武器系統(tǒng)，而是一根肉眼幾乎看不見的絲，一種強到離譜的纖維，一類能夠支撐未來工程的先進(jìn)材料。

這個小故事放在這里，其實只是想說明一點：先進(jìn)材料不是實驗室里的冷門東西。它一旦突破到某個程度，連科幻里的外星文明都會感到忌憚。

講完這兩個故事，我并不是想說材料專業(yè)有多么光鮮，或者勸大家一股腦去報材料。

不知道大家有沒有注意到，前面兩個故事里的主角，一個是頂尖高校的教授，一個是科幻小說里被外星文明盯上的科研人員。說白了，材料這個學(xué)科真正做出名堂，門檻是很高的。它不像有些專業(yè)，學(xué)幾年就能很快看到清晰的崗位出口；材料往往要在實驗室里熬很久，要懂結(jié)構(gòu)、性能、工藝、表征，還要能把論文里的東西慢慢推向應(yīng)用。

所以接下來我想認(rèn)真說一說材料科學(xué)。

我不確定有多少人真的對這門學(xué)科感興趣。大多數(shù)家長和考生看專業(yè)時，可能更關(guān)心的是就業(yè)、薪資、考研、去不去工廠、未來會不會被 AI 替代。這些問題都很現(xiàn)實，也應(yīng)該問。

但也正因為高考志愿填報到了這個時候，有些話更應(yīng)該講清楚。材料科學(xué)到底學(xué)什么？它為什么重要？它難在哪里？普通學(xué)生到底適不適合報？這些問題，比簡單說一句“材料有前途”或者“材料是天坑”都要重要得多。

我的理解是：

1、材料是一門很“雜”的學(xué)科。

它不是只學(xué)一種東西，而是會碰到物理、化學(xué)、生物、機(jī)械、電子、能源等很多知識。所以很多學(xué)生剛接觸材料時，會覺得它范圍太大，有點摸不著頭腦。

2、材料大體可以分成金屬、陶瓷、高分子三大類。

所以報材料專業(yè)時，不能只看學(xué)校有沒有“材料學(xué)院”，還要看這個學(xué)院最強的方向是什么。比如一個學(xué)校的材料學(xué)院主要做金屬材料，你卻想去學(xué)高分子，那能得到的師資、平臺和項目資源可能就會少很多。

3、不同基礎(chǔ)的學(xué)生，適合的材料方向也不太一樣。

物理比較好的學(xué)生，可能更適合金屬材料、半導(dǎo)體材料、電子材料這類方向，如果再懂一點機(jī)械會更好。化學(xué)比較好的學(xué)生，可能更適合高分子、功能材料、能源材料。對生物感興趣的學(xué)生，可以看看生物醫(yī)用材料，但這個方向往往更雜，學(xué)起來也不輕松。

4、材料和材料之間，差異有時候非常大。

金屬、高分子、陶瓷雖然都叫材料，但研究方法、實驗設(shè)備、應(yīng)用場景都不一樣。我自己是金屬材料博士，但如果讓我講高分子材料，我也只能講一些基礎(chǔ)內(nèi)容，真正深入的東西并不敢說很懂。

5、材料看起來很散，但不是完全沒有主線。

我教材料很多年，比較習(xí)慣先讓學(xué)生建立一個整體認(rèn)識：材料是什么？材料為什么會有不同性能？為什么同一種材料，經(jīng)過不同加工后，強度、硬度、韌性會完全不一樣？先把這個框架搭起來，再去學(xué)具體知識，才不會越學(xué)越亂。

6、材料科學(xué)本質(zhì)上研究的是“物質(zhì)為什么會有這樣的性能”。

我們看到的手機(jī)、汽車、飛機(jī)、鍋、骨科植入物、電池，都是由原子組成的。原子怎么排列，原子之間怎么結(jié)合，材料里面有什么組織、缺陷和界面，都會影響它最后是硬還是軟、脆還是韌、導(dǎo)電還是絕緣、耐熱還是怕腐蝕。也正因為如此，材料學(xué)要學(xué)的東西很多，但真正學(xué)明白后，會發(fā)現(xiàn)它其實是在解釋整個物質(zhì)世界。

這也是材料學(xué)科為什么會被稱為天坑的原因。

真的學(xué)明白的話，材料學(xué)科要學(xué)習(xí)的東西太多了，而對應(yīng)的薪資又不高。

學(xué)到本科，能學(xué)到大概對材料的認(rèn)識，能從事一些基礎(chǔ)的工作，但對材料的本質(zhì)很難吃透。這個階段很多同學(xué)都可能不從事自己本專業(yè)。

學(xué)到碩士，已經(jīng)開始對材料有一定的認(rèn)識了，懂得材料的合成，加工，測試，改進(jìn)等等。

學(xué)到博士，已經(jīng)在自己研究的材料領(lǐng)域內(nèi)成為小專家了。

總結(jié)一下，材料像學(xué)醫(yī)一樣，要學(xué)出點名堂來，其實是要學(xué)好久好久。但材料和學(xué)醫(yī)不一樣的地方，是這個學(xué)科并不對接到像醫(yī)院這類的工作單位，市場化很嚴(yán)重，高薪的門檻又很高。

所以大體上，面對材料科學(xué)，適合兩類人去報考：（1）想追求高學(xué)歷的人；（2）對物質(zhì)科學(xué)有充分熱愛的人。

如果僅僅是本科畢業(yè)就要出來找工作的，那找一些更偏應(yīng)用的學(xué)科會更好，材料學(xué)科在本科階段無論是起薪和發(fā)展，肯定不如現(xiàn)在的熱門行業(yè)好。

像我這樣對材料理解到一定程度的人，內(nèi)心是真正熱愛材料的，經(jīng)常會用各種各樣的材料和我孩子一起做一些奇奇怪怪的東西。不過愛好終歸是愛好，無法當(dāng)作生存的本錢。