青年女科學家獎得主段慧玲：向大自然借“力”

　　 可以說，是一種執著的精神成就了今天“榮譽等身”的段慧玲——2012年，她獲得國家杰出青年科學基金，2014年獲得長江學者特聘教授。她還獲得第12屆中國力學學會青年科技獎。近日她又榮獲了第十一屆“中國青年女科學家獎”。

　　從飛機的復合材料，到水下艦艇的力學問題，北京大學工學院力學與工程科學系研究員段慧玲的研究方向可謂“上天入海”。

　　這位第十一屆“中國青年女科學家獎”獲得者這些年來成就斐然——她在表面彈性力學理論、非均質材料力學和物理性能的預測、納米尺度彈性理論、薄膜異質結構力學等方面取得了重要成果；她還發展了納米尺度的表面彈性理論和復雜形貌表面應力理論，建立了預測具有多種界面效應的復合材料等效力學性能和熱傳導性能的細觀力學框架，在國際上得到很好的評價和影響。

　　鮮為人知的是，段慧玲曾經是一名石油系統的工程師。從工程師到科學家的華麗轉身，這在很大程度上，要歸結于她追求挑戰的性格。“生命的精彩，就在于不斷探索未知的事物。相較于工程問題，我更加喜歡基礎研究。”在接受《中國科學報》記者采訪時，段慧玲這樣表示。

　　華麗轉身

　　神奇的大自然總是源源不斷地饋贈給人類智慧和靈感，就像所有的蜂巢都擁有統一的建造角度和模式，正六角形房孔、相鄰的房孔共用一堵蠟和絲制造的墻、孔底由三個完全相同的菱形組成——這不僅非常節省建筑材料，并且具有極佳的結構穩定性。

　　在精巧的蜂窩結構啟示下，2005年，全球首架全復合材料飛機就使用了蜂窩狀的碳纖維層合板，這種新型結構在保證強度和剛度的前提下，使飛機的重量減輕了一半。這些自然的奧妙令兼具科學家與工程師雙重身份的段慧玲頗為著迷，她不斷從自然界中汲取啟迪，希望研究出更好的人工材料。

　　為了滿足飛機在飛行中一系列苛刻的要求，工程師通常會在復合材料中添加涂層，那么選用何種涂層材料、涂層厚度怎樣確定、涂層會對材料特性帶來哪些影響，所有這些關鍵問題的答案首先需要科學家的深刻認識與理論闡釋，而答案來自段慧玲——她建立了一套理論體系，來分析和解答這類問題。

　　“我們不能總是依靠多次嘗試后的偶然發現，知其然不知其所以然不是科學”，段慧玲的初衷很簡單，而唯有精細的分析和嚴密的推理，才能真正幫助人們從經驗主義邁向科學精神。

　　科學與技術的完美融合，以理論研究推動工程應用，正是她所津津樂道的力學學科的樂趣——這也是為什么段慧玲要從一位工程師向科學家轉變。

　　1987年，段慧玲考入東北地區的某石油系統的高校，攻讀和機械工程相關學科。本科畢業后，她進入石油系統工作數載，后來又再度回到母校完成了研究生學位。

　　其實畢業后的工作也不錯，在自己駕輕就熟的領域已開始有所成，車子、房子也已經擁有。但她一直覺得日子太過按部就班，“每天都干著差不多的事情，我好像能夠看到我以后的生活”。

　　出于這種強烈的冒險精神和更強烈的求知欲望，她毅然辭掉工作并將一切鉛華洗盡，回歸闊別已久的校園開始自己情有獨鐘的基礎性研究。

　　2001年，她考入北京大學固體力學專業攻讀博士。此后，她遠赴海外繼續學業，并于2007年12月回到北京大學工學院工作。

　　越過山峰

　　回憶過往，段慧玲表示，攻讀博士學位的過程對她而言，卻更像越過一座又一座令人望而生畏的“山峰”。

　　那時候的她不僅在年齡上比同班同學大5到6歲，起步時還因為聽不懂導師講的專業知識而焦急到無法入睡。倔強不服輸的段慧玲因此整日穿梭于教室和圖書館，惡補專業知識、閱讀更多的書籍、做更多的公式推導和計算，以一種不為任何外界事物所打擾的專注，在一次又一次挑戰中完成對自我的超越。段慧玲在博士期間發了多篇高質量的論文，成為了力學系歷史上第一個獲得全國百篇優秀博士論文的畢業生，也是北京大學那一年理工科博士生中該獎的唯一獲得者。

　　2005年，博士畢業后，她拿到了英國皇家學會的博士后基金，去英國卡迪夫大學做博士后研究，后來又拿到德國的洪堡學者，到德國卡爾斯魯厄研究中心納米技術所工作了一段時間。她一直以超乎常人的高標準要求自己，“我希望自己能在短時間內作出更好的成果，來彌補之前耽誤的學習時間”。

　　在英國做博士后的時候，段慧玲依然早出晚歸，以至那些英國同事很困惑地對她講：“我們晚上走的時候你在，早上來的時候你還在。你是不是天天睡在地毯上？”

　　對于一些科研人員在海外學習時普遍遇到的語言問題，段慧玲坦言，因為自己原來的基礎“還不錯”，所以看文獻、寫論文、普通的交流都沒問題，“但在口語方面，還是做不到像用中文這樣，可以很清楚地、很細節地表達自己的想法”。

　　在德國學習時，當地曾經提供機會讓她免費學德語。但她當時并沒有學習，“因為那時候我覺得半年的時間太浪費。當然，現在看來目光有點太短淺”。讓她印象比較深刻的是，德國老百姓的英文都很好，大學的學者交流時也普遍用英文交流。

　　可以說，是一種執著的精神成就了今天“榮譽等身”的段慧玲——2012年，她獲得國家杰出青年科學基金，2014年獲得長江學者特聘教授。她還獲得第12屆中國力學學會青年科技獎。

　　投身基礎

　　相較于一些科研人員熱衷于從事國際熱門領域、實用性的研究，段慧玲坦言，自己更加喜歡基礎研究。

　　對于自己目前從事的力學基礎研究，她認為，要善于從自然界中學到一些東西，比如說天然蜂房，它已經進化了很多年了，才形成今天的樣子，實際上人類就是用從自然中學到的東西指導工程。“力學是科學和工程的統一體。”

　　在段慧玲看來，唯有通過精細的分析和嚴密的推理，將科學理論與應用技術完美融合，才能真正幫助人們從經驗主義邁向科學精神。

　　此前，段慧玲在飛機的復合材料的力學研究上，花費了不少心血，也取得不小的成果。她和同事主要研究的是復合材料的強度和剛度。用于飛機制造業的材料，其中一個重要的因素就是盡可能減輕重量。因此，她的研究就是要在復合材料重量輕的情況下，保證其較大的強度和剛度，并防止出現裂紋。

　　目前，世界上最先進的民用飛機，如波音787、空客A350在復合材料的應用上都超過了整個機體材料的50%。但是制造商在復合材料的應用方面仍然比較謹慎。段慧玲指出，目前復合材料已經可以部分替代飛機上的金屬材料了，但是不可能全部替代。比如一些大的受力結構或者核心部件，將來的飛機發動機肯定使用的還是鋼材。

　　“比如一架飛機飛了100天，需要檢查有沒有出現缺陷或者裂紋，否則時間長了就會產生安全隱患。過去我們可以通過各種方法對金屬材料進行檢查。但是對于復合材料而言，目前尚沒有很好的方法對其進行檢查。”段慧玲指出，這是因為鋼材是一種均勻材料，出現裂縫可以判斷出來。但是復合材料則是一些纖維，由很多層疊合而成，是一個非常復雜的結構，里面出現一些小的缺陷是很難被發現的。因此，希望未來科學家能夠找到好的方法來檢測復合材料。

　　近來，她的研究興趣集中在兩方面，一個方面關注核反應堆的材料，另外一個方面是水下運行物體的關鍵力學問題。

　　對于中外科學研究的差異，段慧玲認為，在科學研究方面，“中國做的時間還短，需要一個過程去趕上人家。咱們一直在加速做，但是還需要時間。另外管理上還存在很大的問題，實際上中國做材料的學者發的文章不比國外差，理論上并不差，但是到了生產、投產的環節就不行，很多技術、產品沒有從實驗室走出來。”她坦言，基礎研究十分重要，中國實際上有很多基礎科學問題沒有解決，“要做一個東西，首先要解決基礎理論，解決基本的科學問題，然后再按照解決問題的方案來設計。歸根結底，工程上的多次嘗試和經驗不能代替基礎研究”。

　　展望未來，段慧玲坦言，目前，中國制造業工藝的規范、規程等，相較國外都存在一些問題，“但我們要堅信，經過我們的努力，會逐漸消除這個差距，實現從‘中國制造’到‘中國創造’的轉變”。