作者:上海普羅新能源有限公司董事長 史珺博士

冶金法多晶硅今年將誕生世界上第一個(gè)萬噸級(jí)年產(chǎn)能的企業(yè),采用的是上海普羅的PM法。目前測(cè)算的成本將低于10美元/公斤,這當(dāng)然將是硅材料產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)的一件大事。在冶金法多晶硅艱難而堅(jiān)定地走向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，關(guān)于冶金法多晶硅的科學(xué)體系的建立也在緊鑼密鼓地進(jìn)行著,這與大規(guī)模工廠的建立有著同樣重要的意義。冶金法多晶硅的科學(xué)體系當(dāng)然屬于硅材料科學(xué)體系，而硅材料科學(xué)是材料科學(xué)中一個(gè)非常重要的分支。中國冶金法多晶硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟正在醞釀申報(bào)973計(jì)劃，許多高校和研究所的專家學(xué)者正在為此而緊張地工作著。在這里，筆者想回顧一下材料科學(xué)的創(chuàng)立過程，希望對(duì)冶金法多晶硅材料科學(xué)的體系建立有一些啟發(fā)。


一、大學(xué)中的材料科學(xué)與工程

“名字代表什么？難道玫瑰叫了其它名字，它就聞不著香甜了？”

---- 《羅密歐與朱麗葉》，莎士比亞

世界上第一個(gè)把材料科學(xué)作為系名的，是位于美國Illlinois的西北大學(xué)。著名的材料科學(xué)家，Morris Fine原來在貝爾實(shí)驗(yàn)室做研究，1954年，他被邀請(qǐng)到西北大學(xué)冶金系開展一個(gè)研究生課程計(jì)劃。在那里，他與Jack Frankel一起為本科生開了課。這門課的名字，是關(guān)于材料性能的。

到了1957年，F(xiàn)rankel撰寫了一部《材料性能原理》，（Principles of the Properties of Materials）。1958年，2月，他們向負(fù)責(zé)學(xué)術(shù)的校長提交了一份題為《材料科學(xué)與工程的重要性》（The importance of Materials science and engineering）的備忘錄。幾個(gè)月后，這一建議得到校方高層的批準(zhǔn)。

1958年12月，冶金系辦公會(huì)議一致通過決定，將冶金研究生系（Graduate Department of Metallurgy）更名為材料科學(xué)研究生系（Graduate Department of Materials Science），大學(xué)與1959年1月同意了這一更名。

幾乎同時(shí)，美國總統(tǒng)科學(xué)顧問委員會(huì)委托各大學(xué)去努力“建立一個(gè)新型的材料科學(xué)與工程”，并強(qiáng)調(diào)這需要政府的幫助。

英國國家的其它相關(guān)的系一直很慎重，如劍橋大學(xué)從“冶金系”逐漸變成“冶金與材料科學(xué)系”，最后才大膽地改為“材料科學(xué)與冶金系”。牛津大學(xué)更是不改其吹毛求疵的名聲，使用復(fù)數(shù)詞”materials”作為系名，起到了形容詞的作用，將冶金系簡單地變成了材料系（Department of Materials），有些大學(xué)也模仿它這樣做。盡管一些有名望的冶金學(xué)家，如Robert F. Mehl，還努力保持正統(tǒng)的物理冶金學(xué)。

西北大學(xué)的材料科學(xué)系以其新穎且學(xué)科寬泛的本科生課程來教授材料科學(xué)與工程專業(yè)的研究生，這種做法很快遍及許多美國大學(xué)。到了1969年，美國大學(xué)中冶金系大約30%的名字中都包含了“材料科學(xué)”和“冶金”的組合。到1974年，根據(jù)說明MSE（Material Science and Engineering，材料科學(xué)與工程）現(xiàn)狀的CODMAT報(bào)告，美國有大約90門與材料相關(guān)的學(xué)士學(xué)位課程，其中約60門得到承認(rèn)。目前，美國已經(jīng)很少有冶金學(xué)的存在，幾乎都改成了MSE。

麻省理工從1967年將冶金改為冶金與材料科學(xué)，待涼的David Kingery，陶瓷學(xué)家。1974年改為“材料科學(xué)與工程”。

直到20世紀(jì)60年代，英國才出現(xiàn)材料課程。1962年北威爾士大學(xué)聘請(qǐng)了Robert Cahn作為第一位材料學(xué)教授，伯明翰大學(xué)的物理冶金系的Daniel Hanson教授將一直是定性的冶金學(xué)科的教學(xué)變得定量和嚴(yán)格。

以上，就是英美大學(xué)的材料科學(xué)的沿革，這也是世界材料科學(xué)的沿革。但這時(shí)，還有許多教授和科學(xué)家認(rèn)為，材料科學(xué)只不過是將冶金學(xué)的名稱變換了一下而已。就像莎士比亞在《羅密歐與朱麗葉》劇中，朱麗葉對(duì)玫瑰花的名稱的評(píng)論一樣。

二、產(chǎn)業(yè)中的材料科學(xué)與工程

“卑賤者最聰明，高貴者最愚蠢。”

----1958年5月18日，毛澤東在關(guān)于“鴨綠江一號(hào)”拖拉機(jī)生產(chǎn)制造的調(diào)查報(bào)告上作出的批示

在大學(xué)的材料科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展的同時(shí)，企業(yè)里也在積極研究著，而且，企業(yè)的研究工作，對(duì)于材料科學(xué)的發(fā)展起到了不可缺少的重要推進(jìn)作用。

新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室的William Shockley研究小組和紐約州的Shenectady的通用電氣公司實(shí)驗(yàn)室，很早就應(yīng)用了MSE的思想。不過他們的工作不如ＧＥ公司做得系統(tǒng)。

通用電氣公司實(shí)驗(yàn)室（GE Laboratory）在美國的產(chǎn)業(yè)研究歷史中居于特殊地位。它從1900年起最初在化學(xué)家Willis Whitney的領(lǐng)導(dǎo)下，成為全美第一所產(chǎn)業(yè)部門實(shí)驗(yàn)室，而不是只作為一個(gè)工廠解決問題的附屬品。GE公司著名的科學(xué)家William Coolige和Irving Langmuir（后者由于其在GE公司的工作而獲得諾貝爾獎(jiǎng)），通過完善白熾燈用韌性鎢金屬制造技術(shù)，使他們成為公司不可或缺的人物。 Langmuir還為認(rèn)識(shí)均勻催化現(xiàn)象作出了重要貢獻(xiàn)。一系列科研計(jì)劃和有商業(yè)價(jià)值的發(fā)明發(fā)現(xiàn)一只在Schenectady 的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，很多都與材料有關(guān)。

1946年，一位具有遠(yuǎn)見卓識(shí)的冶金學(xué)家加入到這一實(shí)驗(yàn)室，以形成一個(gè)新的冶金研究小組。他就是J. H. Hollomon(1919~1985) 。他招募來的第一批研究者中，有David Turnbull，是一位物理化學(xué)工作者 。 Turnbull對(duì)他的卓越老板的評(píng)價(jià)是：“Hollomon當(dāng)時(shí)還是一個(gè)26歲的癥結(jié)的年輕人，但卻是一個(gè)不同凡響的和有影響力的人物。他性情直率，有熱心，非常自信，對(duì)新的小組的未來充滿熱情。他描述了金屬對(duì)機(jī)械處理和熱處理的難以理解的神奇反應(yīng)，以及他為解決這些諸多問題而建立一個(gè)包括冶金學(xué)、應(yīng)用力學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)的交叉學(xué)科隊(duì)伍的計(jì)劃。他確信這些研究會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)和合成新材料的能力大幅度提高，而這些新材料具有重要的技術(shù)應(yīng)用價(jià)值。他的觀點(diǎn)是，設(shè)備的使用性能正在受到材料的局限，而非涉及上的局限。”

GE 公司內(nèi)部給Hollomon的訃告中， Charles Bean評(píng)價(jià)道：“在這里，他曾經(jīng)迅速地組織了一支多學(xué)科的隊(duì)伍，致使冶金學(xué)從一門經(jīng)驗(yàn)技藝變成一門給予物理學(xué)和化學(xué)原理的研究領(lǐng)域。”

Hollomon的時(shí)代思潮，加上他堅(jiān)忍的能力與判斷力，以及他一直堅(jiān)持招募最好的研究人員加入其研究小組，在15年里帶來了一系列與材料相關(guān)的重大技術(shù)革新，包括人造金剛石，高性能絕緣材料，真空電路斷路器，基于輻照固體中蝕刻粒子軌跡的產(chǎn)品、聚碳酸酯塑料，特別是用于金屬-0蒸汽燈的“盧卡洛克斯Lucalox”氧化鋁外膜。后來Guy Suits 及其繼任者Arthur Bueche對(duì)這些技術(shù)革新以及使他們成為可能所采取的措施進(jìn)行了精湛和細(xì)致的描述。（1967）。

Hollomon概括了他自己提出的MSE的概念，這就是他進(jìn)入GE公司幾年后寫的一篇短文的題目，文中說明了他想象中的材料科學(xué)工作者和材料工程師。當(dāng)時(shí)在附近的Knolls原子能發(fā)電實(shí)驗(yàn)室的John Howe說，20世紀(jì)50年代，他經(jīng)常與Hollomon討論到“將寬泛的術(shù)語作為更為基礎(chǔ)的概念的那樣需求得到發(fā)展”，新的相關(guān)術(shù)語極有可能正是從這些在GE公司的討論中演變而來。Hollomon的短文的結(jié)論是：“相關(guān)專業(yè)學(xué)會(huì)必須接受為激勵(lì)和聯(lián)合那些從事材料科學(xué)和材料工程的人們所建立的這一新秩序。我們甚至可能需要一個(gè)包括科學(xué)和工程分支的全美材料學(xué)會(huì)。冶金工程師將會(huì)變?yōu)椴牧瞎こ處?。源于冶金學(xué)，通過物理學(xué)，誕生了材料科學(xué)。”

GE公司實(shí)驗(yàn)室黃金時(shí)期的兩位領(lǐng)導(dǎo)人Westbrook和Fleischer，最近為Hollomon出了一部著作，書中寫道：“他是產(chǎn)業(yè)科學(xué)研究關(guān)聯(lián)性和價(jià)值的英明的、有活力的、有效率的倡導(dǎo)者。”就像不少資深的科學(xué)家一樣，隨著他的年齡逐漸變老，Hollomon好像已經(jīng)成為一位政治家，使關(guān)心他的人們要么成為熱烈的擁護(hù)者，要么就是難以和解的反對(duì)者。

Hollomon在國家產(chǎn)業(yè)界的地位在1955年就得到認(rèn)可，當(dāng)時(shí)美國國家商會(huì)推薦他為全國青年十杰。7年之后，肯尼迪總統(tǒng)將Hollomon帶入華盛頓作為商業(yè)部長的科技助理，在那里他的突出工作是建立了專利系統(tǒng)的總統(tǒng)委員會(huì)，以鼓勵(lì)和解決技術(shù)革新中的各方面問題。他在回答問題中表現(xiàn)了他的科研背景：“什么是所謂的問題？90%的問題出自對(duì)問題的探索中。”

（未完待續(xù)）