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    ■国家科学技术奖励大会特别报道

造出微观世界的孔

——访2020年度国家自然科学奖一等奖获得者赵东元团队

    本报记者 欧媚 计琳 通讯员 殷梦昊

    在肉眼不可见的微观世界造孔，是怎样一种体验？

    中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元就专注“造孔”20余年，凭借“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”项目获得2020年度国家自然科学奖一等奖。

    在纳米世界里，介于2—50纳米之间的孔叫介孔。赵东元对介孔材料“出神入化”的控制，打开了有序介孔高分子和碳材料的新天地，开辟了纳米科学的新方向。赵东元介绍，介孔材料是20世纪发展起来的崭新材料体系，在大分子催化、吸附与分离、纳米组装及生物化学等众多领域具有广泛的应用前景，为催化、环保和储能等领域带来了全新的可能。

    这背后，蕴含了赵东元及其团队对科研的热爱与超乎常人的勤勉。

    1998年，35岁的赵东元结束了在加州大学圣巴巴拉分校的博士后工作，来到复旦大学。复旦为这位引进人才提供了3万元科研经费。赵东元买了一台电脑，很快在简陋的办公室写起了研究计划。没有电子绘图仪，他就用手描；没有高压反应釜，他就用塑料瓶代替。带着5名本科生，他开始了对功能介孔材料创制和合成的研究。

    2001年左右，整个介孔材料都局限于无机材料。赵东元突发奇想：做了这么多无机介孔材料，能不能创制一种有机的高分子材料，又软又轻又好用，还能在国民经济中创造出非常高的价值？

    为了攻克这个难题，赵东元组建科研团队，苦战5年。起初，实验怎么也做不出介孔。前4年多时间，团队几乎都在走弯路。“整个合成过程非常复杂，就像是在一个黑箱子里乱撞。”赵东元说。

    转机来自一名从复旦历史系转到化学系的本科生顾栋。“顾栋非常聪明，他提出把高分子先聚再合成，一下子把步骤从5个简化成2个。”赵东元在学生的启发下打开了思路。接下来的两个月，团队紧锣密鼓调节参数、测试分析，年底就基本得到了所有数据。

    2005年，赵东元在《德国应用化学》上发表文章，首次提出有机—有机自组装的新方法，并将实验方法公之于众，至今已经吸引60多个国家和地区的1500余家科研机构跟踪研究。国际学术界评价这项研究是“先驱”“里程碑”。

    “纳米世界这些粒子、这些形状，真像艺术品。”赵东元自称“造孔之人”，“相当于拿个凿子，在你们看不到的微观世界里造孔。”

    虽从事基础研究，但赵东元的研究跟实际应用结合得相当紧密。

    比如，将介孔材料作为催化剂使用，大大提高了重油转化效率，全国推广后每年可为中石化增产约150万吨的高质量油品；用于超级电容器，在北京奥运会的LED路灯和上海世博会的电动汽车上都得到了示范性应用。此外，还在生物检测、环境处理、电子材料等诸多方面得到广泛应用。

    研究多孔材料多年，他养成了一种职业病——平时但凡看到什么材料，他都想把它打成孔。各种“异想天开”，也成为他科研工作的动力和源泉。

    看到乐高世界的各种大型组装构件，他便联想：在微观世界，能不能也用各种功能基元搭建形成孔洞？随后便开辟了一个新的研究方向——介孔材料合成方法学中的模块化组装。

    去医院探望病人，对方韧带断裂，他又开始琢磨：能不能定向把两个孔给嫁接起来？于是，他的团队就开始寻找一种能够在微观下把两个孔慢慢诱导过来、再通过化学作用合在一起的材料，目前该研究已取得初步成果。

    2003年之前，赵东元只给研究生授课。时任复旦大学化学系副系主任、“普通化学”课程负责人王韵华邀请他为本科生授课。当时正值赵东元科研最繁忙的阶段，令王韵华感动的是，赵东元爽快地答应了。

    从备课开始，赵东元就一头扎了进去，经常邀请大家旁听、提意见。几年下来，他的课堂形成了自己的特色。

    “因为他科研做得很好，上课不光干巴巴地讲原理，而是融入很多实际应用，学生们很受启发。很多学生下课请教他，他总是很耐心地讲解，从不打击学生，非常爱护学生的兴趣。”王韵华说，赵东元也为课程建设作出很多贡献，每年都结合科学前沿，修改讲义。

    “作为一名科学家，创造了一些新型材料，又有应用，然后又教了这么多学生，我觉得就很好了。”赵东元说。

    本报上海11月3日电

推开超高清世界的门

——访2020年度国家技术发明奖一等奖获得者高文团队

本报记者 林焕新

    11月3日，2020年度国家科学技术奖励名单公布。中国工程院院士、北京大学博雅讲席教授、数字视频编解码技术国家工程实验室主任高文带领的团队，凭借“超高清视频多态基元编解码关键技术”，荣获2020年度国家技术发明奖一等奖。

    什么是视频编解码？

    实际上，人们日常生活中看电视、看视频，都与之有关。视频编解码属于信源编码领域，是数字电视与互联网等超高清视频产业的核心支撑技术。但长期以来，我国该领域核心专利的空心化问题突出，技术标准的国际话语权缺失，导致产业大而不强。

    时间回到2002年。一艘中国货船正缓缓驶入欧洲某港口，集装箱里满载着当时物美价廉、风靡欧美的中国产DVD机。然而就在船员们准备卸货的时候，当地海关官员却提出了一个让他们错愕不已的要求——请出示已经缴纳专利费的证据。

    “每一台机器要交差不多20美元的编码技术专利费。”高文说，当时中国厂商对于DVD机中所含的专利技术一无所知，面对这样的要求措手不及，提出当场交付专利费，却遭拒绝。“最后等于这些DVD机都扔到海里去了。”

    这一事件震动了当时中国的视频产业界。在那时，国内无人掌握视频编解码技术，这就成为悬在中国视频产业头上的达摩克利斯之剑，随时可能斩断国产VCD机、DVD机甚至整个视频产业的出口。

    面对困境，国家相关部门决定，由时任MPEG（活动图像专家组）中国代表团团长高文主持中国第一代视频编解码技术标准的制定和实现。2006年初，高文来到北京大学成立数字媒体研究所，组织团队继续攻关数字视频编解码技术，并主导完成第一代视频编解码技术标准的制定。

    “你做一个标准，要保证技术先进性。技术先进性大家都在研究，你有什么新的算法能够使它比别人更好，或者至少是相当的，这个挑战性还是挺大的。”北京大学博雅特聘教授、数字视频编解码技术国家工程实验室副主任黄铁军担任高文助手多年，深知这有多难。

    在制定视频编解码标准的初始阶段，这支年轻的团队一直摸着石头过河，他们提出的技术方案总是被高文一遍遍地推翻。

    经过无数次计算、优化、仿真、迭代，以及夜以继日的研究，团队最终攻克了难关，先后推出了AVS系列标准，填补了中国数字编码标准领域的空白。

    然而，于团队而言，这只是一个起点。

    从上海东方明珠广播电视塔在2008年正式采用AVS视频编码信号转播电视节目开始，以团队为主体研发的三代AVS视频编码技术标准，经过十几年的跨越式成长，成为世界领先的编解码技术标准体系，在VVC/H.266等国际标准制定中掌握了重要话语权。

    此次获奖的超高清视频多态基元编解码关键技术，突破了传统视频编码和计算框架，形成了完全自主的编解码技术体系。

    在国家视频产业跨越式发展中，高文团队的研究发明打下了技术基础。团队研制了自主的超高清实时编码器和解码芯片，支撑了我国第一个超高清频道CCTV-4K成功开播，并用于中华人民共和国成立70周年国庆阅兵等重大事件的直播，形成了“技术标准—芯片终端—系统应用”的完整产业链，成果应用到创维、海信、腾讯等公司研制的产品中。近3年累计新增销售额71.09亿元，新增利润10.38亿元，拉动产业规模近千亿元。

    曾经“一帮秀才”的质疑，早已消解。

    “其实我们从一开始就是解决实际问题的。电视台最后要用的，不能有任何一点问题。如果信号有任何一个比特的错误，千家万户就要出问题了。”黄铁军说。

    这是一项依靠技术不断迭代创新的事业。“如果不是这些技术创新在支撑它，发展可能要慢得多、晚得多。”北京大学博雅特聘教授、数字视频编解码技术国家工程实验室副主任马思伟说。