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萬噸級年產能的企業,采用的是上海普羅的PM法。目前測算的成本將低于10美元/公斤,這當然將是硅材料產業和光伏產業的一件大事。在冶金法多晶硅艱難而堅定地走向大規模產業化的同時，關于冶金法多晶硅的科學體系的建立也在緊鑼密鼓地進行著,這與大規模工廠的建立有著同樣重要的意義。冶金法多晶硅的科學體系當然屬于硅材料科學體系，而硅材料科學是材料科學中一個非常重要的分支。中國冶金法多晶硅產業技術創新戰略聯盟正在醞釀申報973計劃，許多高校和研究所的專家學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的創立過程，希望對冶金法多晶硅材料科學的體系建立有一些啟發。


一、大學中的材料科學與工程

“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

世界上第一個把材料科學作為系名的，是位于美國Illlinois的西北大學。著名的材料科學家，Morris Fine原來在貝爾實驗室做研究，1954年，他被邀請到西北大學冶金系開展一個研究生課程計劃。在那里，他與Jack Frankel一起為本科生開了課。這門課的名字，是關于材料性能的。

到了1957年，Frankel撰寫了一部《材料性能原理》，（Principles of the Properties of Materials）。1958年，2月，他們向負責學術的校長提交了一份題為《材料科學與工程的重要性》（The importance of Materials science and engineering）的備忘錄。幾個月后，這一建議得到校方高層的批準。

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

幾乎同時，美國總統科學顧問委員會委托各大學去努力“建立一個新型的材料科學與工程”，并強調這需要政府的幫助。

英國國家的其它相關的系一直很慎重，如劍橋大學從“冶金系”逐漸變成“冶金與材料科學系”，最后才大膽地改為“材料科學與冶金系”。牛津大學更是不改其吹毛求疵的名聲，使用復數詞”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），有些大學也模仿它這樣做。盡管一些有名望的冶金學家，如Robert F. Mehl，還努力保持正統的物理冶金學。

西北大學的材料科學系以其新穎且學科寬泛的本科生課程來教授材料科學與工程專業的研究生，這種做法很快遍及許多美國大學。到了1969年，美國大學中冶金系大約30%的名字中都包含了“材料科學”和“冶金”的組合。到1974年，根據說明MSE（Material Science and Engineering，材料科學與工程）現狀的CODMAT報告，美國有大約90門與材料相關的學士學位課程，其中約60門得到承認。目前，美國已經很少有冶金學的存在，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，待涼的David Kingery，陶瓷學家。1974年改為“材料科學與工程”。

直到20世紀60年代，英國才出現材料課程。1962年北威爾士大學聘請了Robert Cahn作為第一位材料學教授，伯明翰大學的物理冶金系的Daniel Hanson教授將一直是定性的冶金學科的教學變得定量和嚴格。

以上，就是英美大學的材料科學的沿革，這也是世界材料科學的沿革。但這時，還有許多教授和科學家認為，材料科學只不過是將冶金學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，朱麗葉對玫瑰花的名稱的評論一樣。

二、產業中的材料科學與工程

“卑賤者最聰明，高貴者最愚蠢。”

----1958年5月18日，毛澤東在關于“鴨綠江一號”拖拉機生產制造的調查報告上作出的批示

在大學的材料科學與工程學科發展的同時，企業里也在積極研究著，而且，企業的研究工作，對于材料科學的發展起到了不可缺少的重要推進作用。

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

通用電氣公司實驗室（GE Laboratory）在美國的產業研究歷史中居于特殊地位。它從1900年起最初在化學家Willis Whitney的領導下，成為全美第一所產業部門實驗室，而不是只作為一個工廠解決問題的附屬品。GE公司著名的科學家William Coolige和Irving Langmuir（后者由于其在GE公司的工作而獲得諾貝爾獎），通過完善白熾燈用韌性鎢金屬制造技術，使他們成為公司不可或缺的人物。 Langmuir還為認識均勻催化現象作出了重要貢獻。一系列科研計劃和有商業價值的發明發現一只在Schenectady 的實驗室進行，很多都與材料有關。

1946年，一位具有遠見卓識的冶金學家加入到這一實驗室，以形成一個新的冶金研究小組。他就是J. H. Hollomon(1919~1985) 。他招募來的第一批研究者中，有David Turnbull，是一位物理化學工作者 。 Turnbull對他的卓越老板的評價是：“Hollomon當時還是一個26歲的癥結的年輕人，但卻是一個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，對新的小組的未來充滿熱情。他描述了金屬對機械處理和熱處理的難以理解的神奇反應，以及他為解決這些諸多問題而建立一個包括冶金學、應用力學、化學和物理學的交叉學科隊伍的計劃。他確信這些研究會導致設計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應用價值。他的觀點是，設備的使用性能正在受到材料的局限，而非涉及上的局限。”

GE 公司內部給Hollomon的訃告中， Charles Bean評價道：“在這里，他曾經迅速地組織了一支多學科的隊伍，致使冶金學從一門經驗技藝變成一門給予物理學和化學原理的研究領域。”

Hollomon的時代思潮，加上他堅忍的能力與判斷力，以及他一直堅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的重大技術革新，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對這些技術革新以及使他們成為可能所采取的措施進行了精湛和細致的描述。（1967）。

Hollomon概括了他自己提出的MSE的概念，這就是他進入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工作者和材料工程師。當時在附近的Knolls原子能發電實驗室的John Howe說，20世紀50年代，他經常與Hollomon討論到“將寬泛的術語作為更為基礎的概念的那樣需求得到發展”，新的相關術語極有可能正是從這些在GE公司的討論中演變而來。Hollomon的短文的結論是：“相關專業學會必須接受為激勵和聯合那些從事材料科學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包括科學和工程分支的全美材料學會。冶金工程師將會變為材料工程師。源于冶金學，通過物理學，誕生了材料科學。”

GE公司實驗室黃金時期的兩位領導人Westbrook和Fleischer，最近為Hollomon出了一部著作，書中寫道：“他是產業科學研究關聯性和價值的英明的、有活力的、有效率的倡導者。”就像不少資深的科學家一樣，隨著他的年齡逐漸變老，Hollomon好像已經成為一位政治家，使關心他的人們要么成為熱烈的擁護者，要么就是難以和解的反對者。

Hollomon在國家產業界的地位在1955年就得到認可，當時美國國家商會推薦他為全國青年十杰。7年之后，肯尼迪總統將Hollomon帶入華盛頓作為商業部長的科技助理，在那里他的突出工作是建立了專利系統的總統委員會，以鼓勵和解決技術革新中的各方面問題。他在回答問題中表現了他的科研背景：“什么是所謂的問題？90%的問題出自對問題的探索中。”

（未完待續）