周济院士：推动学科交叉融合，建设世界科技强国

推介单位：北京交叉科学学会 受访专家：周济 采编：倪妮

周济 清华大学材料学院教授，中國工程院院士，北京交叉科学学会理事长。长期从事功能材料及相关交叉科学研究，提出了通过超材料与自然材料融合构筑新型功能材料的思想，解决了无源电子元器件片式化和集成的若干关键技术难题。先后荣获国家自然科学二等奖、国家技术发明二等奖等奖励。

“交叉科学是未来科学发展的重要方向，是新科学突破的主要策源地，也在新的技术变革和新兴产业发展中发挥重要作用。而推动交叉科学的发展是我们的职责所在。”

——周济

北京交叉科学学会于2021年12月9日正式成立，其是诸多领域颠覆性技术的重要源头，有助于促进跨学科交叉融合、推动产学研用交流合作、引领科技发展方向、推动国际科创中心建设、建设世界科技强国。在新一轮的科技革命和产业变革中，交叉科学承担着越来越重要的历史使命。科协频道、《科研成果与传播》杂志就北京交叉科学学会的建设及交叉科学的相关发展，深入采访了清华大学教授、中国工程院院士，北京交叉科学学会理事长周济。

走在前面的北京交叉科学学会

北京交叉科学学会是国内首个正式的交叉科学学会，其成立走在了前面。在周济看来，交叉科学学会率先成立于北京，有其必然性。“北京地区目前已跻身于全球最活跃的创新区域的行列，科研资源雄厚，学科专业齐全，高校和科研机构众多并在空间上也比较集中，这为开展交叉科学研究提供了得天独厚的优势。”此外，北京交叉科学学会的率先成立离不开北京市科协的积极支持和推动。

学会的建立也得到了多方支持和学界、产业界的广泛响应。“我们只是在较小的范围宣布了学会创建和成立的消息，就收到了大量的入会申请和成立分会的建议，目前学会会员约500人。”遗憾的是，由于疫情，计划之中一些活动只能缩小规模或取消，会员的发展和分会的建立等也因此受到了一定程度的影响。

学会成立后，开展了多次线下、线上的研讨活动，还和多方专家、高校、科研院所、企业等开展了交流。最近，学会与中科院所属的高端装备企业开展合作，就高端装备中所涉及的交叉科学问题进行了深入研讨。此外，学会还充分利用微信群、公众号等开展学术交流。在学会的微信群里，曾有一位医学专家希望能通过检测气体对早期癌症患者进行诊断，而群里刚好有研究传感器的专家，两位专家便通过学会平台建立了联系。周济说：“虽然这两位专家我都不认识，但他们的对话给我留下了很深的印象。后来他们单独交流，虽不知道最终结果如何，但我想我们的学会如果能促成这样有重大意义的合作，也是功德无量的事情。”

兼容并包，突破单一学科壁垒

在周济看来，北京交叉科学学会是一个很特殊的学会，具有多学科、跨学科的优势。其在学术问题上兼容并包，致力于推动不同学科的交叉，突破单一学科发展的壁垒。

目前，很多交叉学科都建立了一些专业学会或在一些学会下面建立了分会，这些交叉学科往往是一些相对成熟的交叉学科。除了这些成熟的交叉学科，“我想我们学会应该致力于做一些不同于这些学会或分会的工作。”在学科交叉上和学会存在的意义方面，周济特别强调了两点：一是大交叉，比如自然科学与社会科学的交叉、科学与艺术的交叉等，跨度越大越鼓励;二是尚未发生交叉的学科之间进行交叉，争取能产生新的科学体系，“在不久的将来，也许我们能促成某些冠以‘北京学派的新的交叉科学体系。”周济说。

北京交叉科学学会的会员构成也尽显多学科交叉的特点。从会员的专业背景上看，学科分布较为广泛，既有数学、物理学、化学、生物学、地学、天文学等基础学科，也有计算科学、材料科学、信息技术、机械过程、土木工程等工程领域，还有一些医学、艺术和管理等领域，甚至很多会员自身从事的研究都是交叉科学;从会员来源上看，来源也很丰富，有高校的、有科研单位的、有企业的;从会员层次上看，从研究生到院士都有，分布很均衡。周济表示：“目前只是一个创会的会员队伍，相信未来会进一步发展壮大。”

“在高层专家层面，我们拟组建一个由顶级专家组成的专家指导委员会，由聂祚仁院士担任主任，并拟邀请国家自然科学基金委高瑞平副主任、北京大学汤超院士等专家担任副主任。这个委员会的阵容将相当强大，期待不久的将来能组建起来。”

未来，学会将考虑充分发挥这样一支跨学科的专家队伍，做一些更大的事情，为解决北京地区科技、经济、社会发展面临的跨学科问题作一点贡献。同时，“我们希望能够通过这样一个学会的建立，为北京地区乃至全国学界搭建一个学科交叉的平台，一方面服务于北京国际科创中心的建设，另一方面也为国内其他地区乃至全国的交叉科学学术团体的建设探索出一条路子。”

从事交叉科学领域研究，推动融合创 新

周济目前所从事的超材料研究，就是一个包含材料科学、物理学、电子学等学科的交叉科学领域。所谓超材料是通过人工设计的功能单元获得自然界所不具备的奇异性质的人工材料。这类材料无论是构造方式还是材料功能跟我们熟知的常规材料都完全不同，从研究角度看它是一种新的范式，从应用角度讲它可能为很多工程技术领域提供颠覆性技术。

“如今，这一领域仅仅是个小交叉，因为从严格意义上讲，材料科学本身就是一个交叉学科，只是相对成熟一些。我们也在试图以交叉科学的方式推动超材料技术与其他学科或领域进一步融合，如化学、生物医学、能源技术，乃至创意和设计等领域。”周济说。

在超材料领域，周济院士团队也取得了突破性的研究成果，其中比较有特色的工作是超材料与常规材料的融合。该思想是周济院士在十几年前提出的，在这个思想的基础上，他们团队将超材料这个概念从具体化的几类材料提上到具有普适性的材料设计方法，从而可拓展出三类新型材料：第一类材料是融合自然机制、具有增强性能的超材料。例如，“我们团队率先研制出非金属基超常电磁介质，突破了传统金属基电磁超材料高损耗、各向异性、难以制备与调控等制约，推动了介质超材料这一超材料研究新分支的出现。”第二类材料是基于人工机制的高性能“常规材料”。周济院士团队在材料的机制重构与性能提升方面取得若干突破，提出了基于超构分子电磁耦合的光电直接转换新机制，可望发展出光伏效应以外实现光电转换的新路线;提出了利用超材料模态耦合实现全光开关的新原理，其开关过程无非线性机制介入、高速、低阈值，有望解决制约全光信息技术的核心难题。第三类材料是受超材料启发的超常自然材料。“我们团队在十多年前发现了某些层状材料具有非正定的介电特性，这类材料的超常性质才逐渐被人关注。而这类材料不属于超材料，如果能利用自然材料获得超材料的性质，则可以使问题大大简化。”周济说道。

对交叉科学兴趣的种子早已深埋

周济对交叉科学的兴趣产生得很早，现在来看，这一兴趣的种子也让他和交叉科学结下了不解之缘。1978年，仍是在校生的周济参加了高考。“那年是唯一一年允许尚未毕业的在校生参加高考的，我就想试试。”周济一开始想学文科，但父母建议他报理工科。“我想既然是试试，报什么都无所谓。”后来，他考上了吉林大学半导体系（毕业时改名为电子科学系），学习电子学。但他仍对社会科学感兴趣，总是期望日后能做点自然科学和社会科学交叉的事情。

周济回忆：“当时有两个自然科学的理论体系可以向社会科学延伸，其一是普利高津的耗散结构理论，其二是哈肯的协同学，相关的专著我都研读过，但感觉到理论模型很漂亮，但真正结合实际很难。20世纪80年代，国内也有些学者试图在自然科学领域找到结合点，如金观涛先生用控制论研究中国历史，赵红洲先生提出了社会物理学，我都关注过，但他们的工作很难走到定量。今天我们有大数据等辅助手段，自然科学和社会科学找到结合点很容易，当时却非常难。所以我最终放弃了这种努力，但对交叉科学的兴趣一直保持着。”

其实，周济的专业背景也非常具有“交叉”特点。“每当填写表格中‘专业一栏时，我都有点无所适从。”周济笑道。周济本科学的电子，硕士学的物理，博士学的化学，博士毕业后转到了面向应用的材料科学研究，最后进入超材料科学领域。

周济跨学科的背景使他受益匪浅，他总能提出一些解决实际问题的新思路。而不断进入新的领域源于周济对能将理论和实验完美结合的研究的向往。“我所心仪的依然是那些能将理论和实验完美结合的研究，后来进入超材料这个领域，有一定的必然性。”周济院士团队也与其他早期研究超材料的多数人不同，“我们从方法论的寻找中走到这个领域，因此思路会宽一些，把超材料当成一种方法，使得这个领域研究的范围和意义有了外延的空间。”

跨学科背景不仅让周济勇于创新，也让他与交叉科学分割不开。周济说：“创新往往来自与众不同，与众不同的学术背景、与众不同的知识结构、与众不同的研究经历和与众不同的思考方式都可能构成科学研究的优势。而创造条件让不同学科之间碰撞，打造与众不同的学术共同体，则是北京交叉科学学会追求的目标。”