材料的演進:從偶然發現到按需設計

鄭智友

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香港城市大學(城大)的「法國-香港傑出講座系列」已舉辦多年,法國原子能總署高級專員Yves Bréchet教授5月29日發表最近的一場演講,深入探討材料科學的發展歷程。在這場精彩演結束時,他引述二十世紀法國詩人、散文家兼哲學家保羅•瓦萊里的警句,供大家深思回味——「凡事簡單則失真,凡事複雜則難用。」

在演講中,Bréchet教授簡要回顧了材料科學的發展歷程,歷述人類對材料的探索如何日漸複雜而巧妙,從天然存在的材料開始,一步步演進到人類自創的材料。Bréchet教授說,新型材料尤其是一個範例,目前已自成系統而穩佔一席之地。他指出,當代的研究已能打通「結構材料」與「功能材料」之間慣見的區隔,令材料的「功能」、「結構」這兩個既定概念日漸融合。

提起新型材料,他說:「所謂『結構材料』,也即由多種材料在受控幾何結構內結合而成的一類材料,正是這一演進的標誌。結構材料也是『實驗』與『建模』相輔相成的範例,用於研製『由設計而得的材料』;這種方法可以克服『自下而上』實驗法的諸多局限。」

事實上,材料科學古往今來的歷程,也即從石器時代、青銅時代直到硅時代的事例,說明建模法必須與時並進而日漸精密複雜,才可滿足令材料具備多種功能的要求。

Bréchet教授認為,就其實質而言,材料科學的發展已從地上找石塊、地下探礦石以提煉金屬等「偶得材料」開始,演進到人為創造合金等「改良而得材料」,再演進到例如玻璃與塑膠競爭並各自改善而用於製造瓶裝水容器等的「競爭而得材料」,直到最近的「設計而得材料」,這包括創造出新型材料,例如納米尺寸的新型材料。當前狀況極為複雜。Bréchet教授說:「我們擁有許多材料;目前共有五萬到八萬種材料可供選用,而製造材料的方法多達三千種!」

他說,過去十五年來,材料科學領域的進步迅猛,主要是因為發生技術革命,而且出現生態設計、生物材料等新領域,因此需要新的材料。

他說「如今這是一片廣闊天地」,並向在座的學生建議:「工程表面材料」等領域的前途無量,值得他們畢業後繼續留意。

在演講結束前,他借用美國投資大師華倫•巴菲特的名言,移贈給新一代的明日科學家:「近似的正確,勝過精確的錯誤」。

Yves Bréchet 教授現任格勒諾布爾工學院教授,亦是法國科學院院士。

法國駐港澳總領事館副總領事Lilas Bernheim女士為講座致開幕辭,她說香港以崇尚物質而聞名,但當天聽眾將要聽的,會是關於另一類的物質的演講。

她感謝城大創辦了「法國-香港傑出講座系列」,尤其讚揚大學傑出教授(科學及工程學院)菲立普•希阿雷教授在2005年提議發起這個系列。

署理校長李博亞教授、副校長( 研究及科技)兼研究生院院長呂堅教授亦分別作了簡短的發言。

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