與一根「金屬絲」較量近20年

    在機械聲迴蕩的實驗室里，白色的工作燈映照下，一群年輕的科研人員正凝視著一根細如髮絲卻又強韌有加的金屬絲。

    它並不起眼，甚至單憑肉眼很難感知到它的存在，但它在芯片製造、航天傳感器、醫療設備等領域，卻扮演著不可或缺的角色，承載著無數科技應用的未來——它讓芯片運行得更快、飛行器操作得更穩、醫療影像呈現得更清晰。

    這根細絲，河南理工大學機械與動力工程學院副教授曹軍與它較量了整整20年，從材料性能到線徑精度，每一點提升的背後都經過無數次試驗和改進。

    從興趣到使命，科研是一個「自我修行」的過程

    「興趣是最好的老師」，這句話曹軍一遍遍在心裡重覆著。從碩士生到博士生，再到工作中的項目合作，曹軍被金屬絲材料的特殊屬性和應用價值所吸引。「每一次提升材料的性能，每一次研發取得新成果，都給我帶來一種極大的成就感。」而正是這種成就感，促使曹軍在金屬絲領域不斷突破、深入探索。

    1999年，曹軍考入焦作工學院（河南理工大學前身）機械系材料成型與控制工程專業。在校期間，他打下了紮實的理論基礎，為深入開展銅基/貴金屬基微細絲研究奠定了堅實根基。2005年，在攻讀碩士學位時，曹軍聽說導師正與一家企業合作研究高性能金屬材料項目，便主動申請加入。

    「一開始，芯片封裝用到的鍵合線都是黃金做的，可黃金貴呀，我研究生做這個課題，就是想用銅來替代黃金。」這讓曹軍充滿幹勁。畢業時，他圍繞「鍵合銅線」項目累計發表了6篇學術論文，拿到了甘肅省的某個科技攻關項目，這對一個碩士研究生來說是巨大的鼓勵，也進一步堅定了他往後的科研方向。

    曹軍常用古詩詞來形容他的科研歷程：「剛開始科研時是‘獨上高樓，望盡天涯路’，充滿理想與憧憬；隨後進入‘衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴’的階段，不畏艱辛，只為攻克難關；最終當‘驀然回首，那人卻在燈火闌珊處’時，雖嚐到了成功的喜悅，卻知道新的挑戰才剛剛開始。」

    起初，研究團隊遇到了連鑄杆坯表面光潔度不達標、材料強度不足等問題。為了找到問題的最優解，曹軍和他的學生們經常連續熬夜實驗，「我們通過一次次的反復實驗，優化設計結晶器尺寸，提高過冷度，減小凝固區間，實現連鑄杆坯‘鏡面’一樣光潔的最終目標。」

    隨著反復實驗、創新製備工藝和材料配方，團隊逐步優化成型過程的參數和設備配置，終於在2013年解決了這一技術難題，實現了高強度高導電銅銀合金材料的成功製備並產業化。同時，這也是他團隊在金屬絲研發道路上的重要轉折點，標誌著國產金屬絲在性能及尺寸精度方面達到了國際先進水平。

    從99分到100分，不放過一粒「灰塵」

    「為了讓品質進一步提升，必須把技術細節做到極致，產品才可以在市場立於不敗之地。」曹軍說。

    在一次高純銅材料的實際生產中，團隊就遇到過矽元素雜質含量偏高的問題。「在我們的實驗里，一粒1到2微米的小灰塵就可能成為一個關鍵的影響因素，最終導致終端集成電路報廢。」曹軍帶領團隊通過現場調查和實驗，經過反復排查，發現問題出在灰塵微粒的殘留上。儘管製備過程中使用了真空熔煉設備，但生產環境中的極微量灰塵仍然進入了設備，導致矽元素超標。於是，曹軍提議建立一個淨化車間，減少灰塵干擾，從而成功控制了矽的含量。「只有把科研做到極致，才能實現從99分到100分的突破。」曹軍強調。

    在無數個日夜裡，數不清的實驗和分析下，團隊研究終於在關鍵時刻實現了突破，迎來了「驀然回首，那人卻在燈火闌珊處」的成果。他用實際行動帶領團隊成員不斷攻克技術難關，開發出純度高於99.9999%的高純單晶銅、高強度高導電銅合金及其高性能新型鍵合引線等高新材料，實現該類產品的進口替代；率先將鍵合銅線、鍵合合金線替代鍵合金線應用於微電子封裝中，在半導體封裝鍵合銅線、鍵合合金線及其可靠性等研究方面獲得了開創性的成果。

    與「金屬絲」較量的近20年間，曹軍深知金屬絲材料被賦予了越來越高的性能要求，特別是在芯片、數據線和醫療設備等領域，對金屬絲的精度、強度和韌性提出了更高需求。曹軍表示：「這項研究早已經進入‘深水區’，技術突破往往藏在細節之中。只有不斷專注和完善每一個環節，才能取得真正的突破。」

    「我們的目標不僅是把線徑做到12微米以下，還要實現±0.3微米的精度。這些看似微小的提升，將對未來高端製造產生深遠影響。」曹軍說，「如果我們能夠解決這個問題，將為我國實現合金材料的進口替代作出重要貢獻。」

    科學研究「從實踐中來到實踐中去」

    「越細的金屬絲越能提升芯片的集成度和傳輸性能，最直觀的感受就是，芯片的耗能越來越低，但功能卻越發強大。」隨著金屬絲材料精度的提高和直徑的縮小，其在航天航空、醫療設備、數據傳輸等領域的應用也將更加廣泛。

    有的手機數據線為什麼用了一段時間就斷裂，有的卻能使用一兩年依舊完好無損？曹軍將這個現實問題帶到河南理工大學的實驗室。他發現，傳統數據線容易因彎折性能不好導致內部線材斷裂，進而影響用戶體驗。團隊最終通過提升金屬絲的強度，使其在多次彎折下保持穩定，延長了數據線的使用壽命。

    此外，智能手機點擊屏幕時的觸摸震動也與曹軍所做的研究有關。曹軍解釋說，手機的觸感反饋源自內置的微型馬達，通過高性能金屬絲作為關鍵部件，能夠精確實現振動傳感，使觸感反饋更靈敏、穩定。

    這根金屬絲的應用延伸到了醫療行業。採用更細金屬絲，能夠顯著提高醫療檢測的舒適性和信號傳輸的精確度，在內窺觀察、微創手術等場景中提供更準確、清晰、無延遲的實時圖像。曹軍說：「我們的材料要符合手術器械中的高精度要求，這不僅關乎技術突破，更是責任和使命。」

    正因如此，曹軍常對學生強調，科研只有「yes or no」，沒有「差不多」。曾有段時間，他和團隊研究高強度材料項目，屢次試驗失敗，壓力甚至讓他在半夜突然驚醒，深夜在床上思索難題的解決方案。「做科研就是要耐得住寂寞，坐得住冷後備。」有時科研經歷雖充滿迷茫與壓力，但曹軍始終沒有放棄，反而在興趣與責任的支撐下，在科研之路上愈行愈遠。

    今年6月24日，曹軍參與完成的「高性能銅及貴金屬絲線材關鍵製備加工技術與應用」成果，榮獲國家科學技術進步獎二等獎。曹軍先後獲授權發明專利40項，並實現專利成果轉化180餘萬元，助力國內多家企業步入微細絲加工第一梯隊。

    一名新入學的研究生曾對他說：「老師，這個研究不就是把粗的東西變細嗎？研究的意義是什麼？」對於這樣的疑問，曹軍並未直接說教式地反駁，而是鼓勵學生親自動手實踐，在實踐中發現有意思的問題。

    「先放手去做，在做的過程中即使發現方案行不通，也是一種結論，至少可以幫助未來的研究者少走彎路。」曹軍相信，真正的科研精神不是講出來的，而是在一遍遍的試驗與失敗中體會到的，「沉下心來，保持耐性和定力，走到第一線，才能發現真需求，解決真問題」。

蘇麗敏 馬磊 實習生 孔文軒 中青報·中青網記者 王軍利 來源：中國青年報

2024年11月04日 06 版