图：JEM-200CX 高分辨率电子显微镜丨来源：网络
从打铁的工艺到冶金的科学
毫无疑问，高分辨率电子显微镜在材料科学中的作用极为关键，而材料已日渐成为了一个国家战略科技力量的重要组成部分。当下，“（我们国家的）很多领域使用的材料，只要是高端的，都不行。”作为一位著名的材料科学家，张泽院士说出这样的话，无疑是痛心的。我国高端材料严重依赖进口，为此张泽举了最常见的玻璃材料作为例子。同样是玻璃，建筑玻璃便宜， 是按吨卖的，而到了用于眼镜、透镜等的光学玻璃就不一样了，价格直线上涨。再往上，用玻璃纤维做激光手术刀，就更贵了，是按克卖的。贵在哪儿？“是科技含量，而我们现在科技含量最好的，也就在中游，到不了中高档，这是由整个产业决定的”，张泽解释道，比如最近呼声很高的 C919 大飞机，其核心的航空发动机也不是完全国产自研的。为什么？很大的原因是材料不行，“光是发动机涡轮叶片就无法国产”。
为什么会这样呢？究其原因，张泽院士认为是知识结构与认知的缺失，是因为“材料问题就是工艺问题”的浅薄认知普遍存在。张泽院士举了兵器锻造的例子生动地说明了这一点。作为一门传统工艺，“漫长的铁器时代中我们看到的都是铁匠将铁放进火炉烧，然后用锤子反复敲打，最后放进水里‘呲啦’一声完成淬火，却没有人能说清楚铁怎么就由软变硬了”，其中火炉的温度、加热的时长、敲打的力度、淬火的冷却速度等等，都是未知数，全凭铁匠师傅的感觉。而这个问题的解决还是近一二百年，最终依靠显微镜看到了原子结构，科学家们才终于知道硬度的变化来源于铁器中铁与碳的结构变化。“这个传统的工艺问题是经过了上百年，才最终依靠科学的仪器、科学的方法得以解决”，张泽说道，这才叫“知其然而知其所以然”。
图：打铁的传统工艺丨来源：pexels.com & j.mt_photography
工艺问题本质上还是科学问题，而要解决科学问题，顶级的科学仪器必不可少。当下，国际局势复杂动荡，而“高端科学仪器 90% 以上依赖进口”的我们，被“卡脖子”的问题日益突出，许多高端仪器被禁止向中国出口，而即使是高价进口的仪器，也面临着没有专业人员维保和配套部件短缺的问题。
在这种严峻的形势下，“科学的饭碗就是科学仪器，我们的饭碗必须端在自己手里”，张泽院士斩钉截铁地说道。也正是由于这个原因，他从 2013 年开始申请并牵头了“针对若干国家战略需求材料使役条件下性能与显微结构间关系的原位研究系统”国家重大科研仪器研制项目（以下简称“重大项目”），不仅要看清“铁”的显微结构，更要看清在不同温度、不同应力下“打铁”全过程的显微结构变化与性能表现，找到两者之间的对应关系，做一个原位、实时、动态、多场作用下的“可视化锻压机”。“我们当时提出了两个指标”，张泽院士讲到，一千多度的温度和一百多兆帕的应力，直接对标“航空发动机中涡轮叶片最敏感的部分所受到的温度和应力”。这看起来是工厂制造的范畴，但从科学的角度来看，其内部的组织结构才是根本性的影响因素，也必须与核心需求结合起来。
该项目最终于 2019 年超预期结题，取得了原子点阵分辨高温力学原位研究系统和纳米分辨高温力学原位研究系统两项国家重大科技成果，在电镜腔内最高测试温度、最大施加载荷等多项参数上都突破了世界最高水准，让我国拥有了集材料显微结构表征和力学性能测试于一体的动态、实时、跨尺度的国际领先电子显微平台。
图：重大项目报告丨来源：国家自然科学基金委员会官网
如果换作别人，故事或许到这里就圆满结束了，后续最多就是将研发的仪器设备对外开放使用。但张泽院士认为这远远不够，“这充其量就是自己跟自己玩，你把自家的厨房弄好了，别人家的厨房还是不行”。俗话说，“造船不如买船，买船不如租船”，在特定历史条件下这或许是正确的选择。不过多年以来，我们凭借国家的雄厚财力大量购买国外的仪器，过度依赖进口，如今终于面临被“卡脖子”、突然断供的尴尬境地。造成这样的处境，张泽院士认为最根本的原因在于，“很多人并不真正相信科技就是生产力”。
