从实践中来 到实践中去——记华南理工大学机械与汽车工程学院教授李勇的“散热”探索之路

范佳乐

进入21世纪后，信息化浪潮引发的科技革命，为人类生产与生活带来了天翻地覆的变化。在国内外多重变化的推动下，中国经济发展迈进了历史的关键拐点。在这一进程中，发展以高端装备制造为代表的战略性新兴产业作为重中之重，已成为各国竞相追逐的赛场。无数科研人员为此吹起了冲锋的号角，开拓创新，以期赢得智能未来，华南理工大学机械与汽车工程学院教授李勇就是其中一员。

以电子散热领域为基点，从20世纪末实现机械自动化目标到如今智能制造的梦想，李勇见证并参与了中国制造业飞速发展壮大的20年。于他而言，最有成就感的地方莫过于将自己热爱的事业融入祖国和民族建设当中。2019年国庆前夕，李勇收到了一份沉甸甸的荣誉——华南理工大学84人获得了“中华人民共和国成立70周年”纪念章，李勇就是其中多名科技工作者中的一位。这是国家和时代对于奋斗者的馈赠，对李勇来说，更是一个莫大的鼓舞。面对新时代日新月异的挑战，他也将不忘初心、牢记使命，继续以满腔热忱向更加智能的方向迈进。

工程科研要结合产业实践

仅仅将时间倒退到20多年前，那时的国人也不敢想象今天的生活盛景：高铁随处可达、手机万物互联……科技的飞速发展，大幅度提高了14亿中国人的生活水平和质量，使中国人民的面貌发生了历史性改变。

在李勇小时候的印象中，国外业已普及的自动化机械在国内还很难见到，身在农村，那时仅能见到农用手扶拖拉机，不过这已足够引起他的兴趣了。“尽管那些农业自动化机械现在看来都非常简陋，但在当时还是觉得很了不起。就是这些能够大幅度提高农业生产效率的设备，引起了我的极大好奇心，所以后来大学就选择了机械制造专业。”李勇说道。

1993年，李勇顺利考入哈尔滨理工大学机械制造工艺及装备专业。4年求知若渴的岁月很快过去，急切渴望将学来的知识应用在实践中的李勇，本科毕业之后就找到了一家企业工作，但很快他就发现了问题与不足。“一旦进入工作之后才发现自己真的应该继续深造，解决实际问题的能力还是很欠缺，必须学习。”

就这样，第一次工作不到两年，李勇就在同学推荐与调研下考入了华南理工大学机械制造及其自动化专业，用他的话说，“因为这所学校兼顾学术氛围与工程实践能力”。从工作中再次回到学校的李勇，显然比一般同学更加知道学习的方向和意义：一方面掌握更多专业知识，另一方面深入实践，锻炼解决实际问题的能力。幸运的是，李勇的硕士导师正好也是偏向应用型的研究，在导师的支持下，李勇如鱼入海，在科研与产业实践中自由翱翔。

地处广州的华南理工大学，正好位于珠三角中心地区，四周遍布各行各业高新企业。尤其机械制造及其自动化专业的特殊性，让其与企业的联系更加紧密。在3年硕士生涯中，李勇有幸接触到20多个企业合作项目，这段难得的经历不仅让他在学生中独树一帜，也为其后来的研究与工作生涯奠定了深厚基础。

那3年，李勇参与过各行各业的机械制造及其自动化相关问题：有生活玩具类，制作机器马问题；农业生产类，装载机、挖掘机设备问题；还有医药类，药膏模具生产问题；以及穿戴类，不同功能的鞋子、衣服制作等。就是在这样一个个千奇百怪的项目实践过程中，李勇渐渐学到了解决问题的方法与能力，并逐渐建立起工程科研的自信心。在他看来，这段经历是一笔不可复制的宝贵财富。

“这段经历对我来讲非常重要，它让我建立起自信心，当面对一个实际问题时，知道应该怎么去思考、用什么样的方案来解决，之后再设计出相应的自动化设备替代人工，或者降低劳动强度。不管将来实践中遇到什么样的问题都不会再束手无策，非常宝贵。”李勇如是说道。

机械制造领域无疑是工程科技的典型代表，既需要专业知识的积累，又要与实际问题相结合。3年硕士生涯的沉淀，让李勇从同学中迅速脱颖而出。2002年7月硕士毕业之后，他就留在了华南理工大学，从事教学与科研至今。10余年实践中，针对微电子、光电子、电力电子等领域的热控制需求，他对微结构和微系统的设计、制造、优化与应用技术进行了深入研究，涉及微热管结构设计制造技术、微热管自动化设备研发、微电子/光电子/电力电子热管理系统设计分析、IDC机房热控制与节能技术、半导体芯片制冷技术、汽车尾气余热回收利用及动力电池热管理技术等多个方面。同时，针对未来柔性电子产业的热管理需求，他还开展了柔性热管、微型压电风扇等关键产品及技术的探索。2010年，由于在教学与科研上的突出表现，他被遴选为广东省高等学校“千百十工程”校级培养对象；2014年晋升为教授；2015年被批准为博士生导师……

对于李勇而言，无论是简单的玩具制作，还是未来的可穿戴式设备研发，并无高低难易不同。通过科技改善人们的生产与生活，降低劳动强度、提升生活品质，就是他们最大的目标。

推动微热管制造及应用进程

2000年前后，是个人电脑开始进入飞速发展的关键时期，由其高效运行产生的散热问题也正式进入了研究人员的视野。为了找到合适的元件降低机器热量，人们冥思苦想，最终注意到此前被广泛应用在宇航、军工等高端领域的热管技术。

“热管其实就是一种利用了相变原理高效导热的传热元件，现在广泛应用在CPU以及GPU散热上。我的博士课题主要方向就是热管技术及其设备制造。”李勇介绍。

进入21世纪以后，集成电路向着高密度、大功率方向发展，使得芯片热流密度提高，散热空间减小。特别在电子计算机领域，散热问题严重制约着CPU主频的提高。因此，导热能力远超其他材料的微热管技术迅速占据人们的视线并成为主流。2005年开始，李勇的研究主要集中在微热管领域，并在微热管制造工艺、微热管制造装备、微热管应用等方向取得一系列研究成果。

微热管具有极高导热率（热传输性能比铝/铜高二个数量级以上）、体积小、重量轻、且有良好的等温性、无需额外电力驱动，各个部分均可以强化传热等特点；在大功率LED照明、大功率电力电子、余热回收、可再生能源高效利用、化工微反应器温度平衡控制等领域已有大量应用；而且在节能减排、阻止全球变暖等方面具有一定的不可替代性，目前已成为国际上节能及热控制领域的研究和应用热点之一。但令人不能完全满意的是：在研究思路和研究程序上，诸多微热管理论研究者均在“上游”，即研究微热管时没能从一开始就和“下游”——热管制造及热管应用者联合攻关，缺乏从热管应用需求反推微热管性能和结构设计制造的“逆向”过程；而事实上，在一定的工质灌注量及真空度情况下，微热管的性能主要由微热管的结构所决定，所以微热管结构设计与制造一直是微热管技术的核心与关键之所在。

由于此前的工作与科研经历，李勇的研究始终与实践相结合，所做的项目均来源于实际需求，博士期间踏入的微热管领域即源于企业的委托合作。自此之后，他所申请的项目也基本与微热管相关，主持的第一个国家自然科学基金项目就是“热管的原材料铜管制造工艺研究”，并因此开发了大高宽比轴向内沟槽铜管充液旋压拉拔技术及装备，提出采用固定芯头钢球高速旋压拉拔法成形大高宽比轴向内沟槽结构，对齿槽成形理论及工艺进行了系统的研究；并研制出自主知识产权的微热管成套加工装备。

“我觉得令我一直感到比较自豪的地方就在于我所做的项目都是源于实际的需求，之后又得到了国家支持，并最终实现了应用。对于工科研究人员来说，这就是成就感的来源。”李勇如是说道。

2008年，中国第一条时速超过300公里的高速铁路——京津城际铁路建成通车。此后，浩浩荡荡的中国高铁拉开大幕。令李勇感到万分自豪的是，在这举世瞩目的成就背后，也有他们的一份贡献。

2010年，接到高铁装备IGBT（绝缘栅双极型晶体管，实现能源变换与传输的核心器件）发热严重，而传统水冷散热器体积大、重量大等问题需求后，李勇迅速带领团队与合作企业展开了研究，率先开发出中、日高铁核心IGBT芯片散热用大直径内沟槽热管制造工艺及成套装备，实现了热管+空气对流换热技术在高铁IGBT芯片上的应用。

与广东新创意科技有限公司等合作，李勇及团队研发了日本新干线高铁IGBT散热用φ12.7mm内沟槽热管制造技术：助力合作企业成为日本新干线高铁热管供应商；研制了中国高铁IGBT散热用φ16mm内沟槽热管制造技术及成套生产设备：协助中国中车时代散热、时代金属建立了φ16mm热管生产车间。2016年，以热管设计制造等技术作为重要研究成果，李勇与团队及合作企业共同完成的项目“复杂表面热功能结构形貌特征设计与可控制造关键技术”获得了国家科技进步奖二等奖。

时至今日，这些技术与装备已在国内外高铁中广泛应用，有效促进了高铁散热机制的研究与应用进程，并取得了极大经济效益和社会效益。对于李勇而言，技术的应用价值就是对他最大的激励。

微热管的应用范围非常广泛，在面向智能手机和平板的热管（超薄热管）领域，李勇同样成果显著。2014—2016年，他带领团队率先采用新型螺旋交错编织丝网为超薄热管吸液芯结构设计并优化了管内超薄汽-液通道尺寸配置，发明了无芯棒水平重力烧结、冷热压复合相变压扁成型等超薄热管批量化制造工艺，并研制了成套具有完全自主知识产权自动化装备，帮助合作企业率先在国内自主实现了0.35mm～0.40mm厚度超薄热管的量产。相关产品已应用于三星/华为等品牌旗舰智能手机、Facebook等智能VR等设备中。同时，他还带领团队与合作企业进一步优化超薄热管制造技术、提升装备自动化程度、提高制造良品率，降低产品成本，实现超薄热管更广阔应用。

因为热爱，所以坚持

如果要列出这些年来李勇涉足的领域具体有哪些，恐怕连他本人也记不太清。从硕士至今20余年，大大小小参与的项目足有百余项。上到航天、下到航海，只要有机械设备需要的地方就有他的研究成果的存在。

在照明领域，他成功研制出基于微热管的太阳花LED室内照明筒灯、协助合作企业完成汽车LED前大灯基于微热管的散热系统设计，完成了模拟和实验研究，实现了微热管在LED领域的广泛应用。

在节能领域，他与合作单位一起，为中国移动数据中心设计开发了水冷型热管散热系统，实现了服务器“精准冷却”，并在中国移动南方基地获得商用。2016年，在以7位院士为主的专家委员会的鉴定会上，这一成果被鉴定为“技术国际领先”。

“我的兴趣爱好其实不是特别多，如果我能看到自己做的一个东西，从图纸开始慢慢变成一个实际产品，然后被别人拿去应用，那我就觉得非常高兴了。”李勇说，“做不同的东西会给你带来不同的喜悦，然后这种感觉会激励着你一直坚持下去。”

在李勇看来，兴趣是专心科研的基础，因为热爱，所以才能坚持。20余年学习与工作的经历，让他深知兴趣对于一个科研人员的重要性。因此，在成为一名高校教师后，他也同样投入了大量心血，精心设置课程教材，致力于培养学生的积极性。

“我希望在教学中能影响更多年轻的学生，通过制造多方位的机会让他们深入实践，可能慢慢就会感兴趣，然后去从事这份工作。”李勇说道。

在本科教学过程中，他重视学生的全面发展，特别是思维方法和解决问题的能力，注重理论研究与应用技术相结合，由他主讲的本科课程深受学生好评。2010年，李勇主持的教学成果获得广东省教学成果奖一等奖；此外，他还先后5次获得华南理工大学教学优秀奖，指导研究生获得广东省/全国挑战杯赛特等奖等奖项，并多次指导本科生参加全国大学生节能减排实践竞赛及国家大学生创新性实验计划。

在硕、博士培养方面，他也同样积累了一套独有的人才培养方式。结合自身经验以及专业的特殊性，他将硕士与博士培养明显区别开来。针对缺乏项目实践能力的硕士生，他着重培养学生解决实际问题的能力，并引导他们将知识与实践密切结合；在指导博士生时，他又注重锻炼学生开拓创新的能力，希望他们更多地打开思维，开辟更好的方向。

俗语常云：“师父领进门，修行在个人。”其实，这一引领的作用至关重要。“如果博士期间没有在导师的引导下接触热管，我想我也不太可能知道这一领域，更不会有后来的这些研究成果。因此，我也希望能给学生创造更多的机会去了解，继而喜欢我们的专业。如果有更多的人从事制造业的话，我相信我们国家整体技术水平会得到极大的提升，人们的生活也会得到更加有效的改善。”李勇说道。

在当前中国经济迈入高质量发展阶段的关键时期，推动制造业转型升级已然成为至关重要的突破口。在这一过程中，新一代以互联网、人工智能为代表的科技提供了强大的技术基础，推进制造业和服务业的融合、制造业和信息化的融合，已成为制造业转型升级的大趋势。

2018年5月与2019年4月，在广东省自然科学基金“面向柔性电子产品的超薄柔性均热板设计与制造机理研究”与广州市科技创新委员会“面向柔性显示的柔性均热板制造方法与传热性能研究”项目支持下，李勇对未来可穿戴设备的柔性热管这一新兴领域发起了冲锋，希望通过科技创新，能够产生更贴近人类体感的产品，从而为人们带来全新的生活体验。虽然这一时间还未可知，但也在可预见的未来。对此，李勇充满了信心与期待。