AI賦能助力新能源新材料高端裝備創新——記杭州電子科技大學教授董源

2020年9月22日，領導人在第七十五屆聯合國大會上宣佈：“中國將提高國家自主貢獻力度，採取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。”中國提出的碳達峰、碳中和目標（“雙碳”目標），對世界科技産業的發展産生了深遠的影響。

為了實現“雙碳”目標，需要眾多領域團結協作。目前，我國在發改、城鄉建設、海洋、工業、交通運輸、材料、氫能、金融等領域都分別制定了實現“雙碳”目標的行動方案。各種新興技術及其産業應用在國家政策的大力推動下，如雨後春筍一般，迅速出現在公眾眼前。

（董源教授）

杭州電子科技大學董源教授，作為一名青年科技工作者，率先將人工智慧、半導體新材料、智慧系統整合控制技術等綜合運用於鈣鈦礦光電半導體新材料的核心工藝與設備創新中。他領銜研發了高光電轉化效率、長壽命的鈣鈦礦光電半導體新材料生産設備，助力高性能新一代太陽能電池組件的低成本批量化生産，為我國低碳能源的發展注入了一股新的力量。

傾力科研 創新突破

作為一名“八五後”青年科技工作者，董源在科研中不斷探索創新。他師從清華大學過增元院士，堅持從事原創基礎研究，在過院士提出的“熱質理論”領域取得了一系列代表性成果。他時刻銘記著畢業時導師的諄諄叮嚀：“你要做一名有國際化視野的青年科學工作者！”

為了接觸世界前沿的先進技術，董源曾經在美國麻省理工學院（MIT）、美國密蘇裏大學哥倫比亞分校從事多年科研和教育工作，開闊了視野、得到了歷練，成為他人生中寶貴的財富。在此期間，董源對半導體新材料做了一系列創新探索研究，他開創性地將人工智慧和半導體新材料的設計相結合，將深度學習技術和對抗生成網路技術用於半導體新材料的識別和自動化設計，此舉大大縮短了新材料的研發週期。

一直以來，半導體新材料都面臨著産業化週期漫長的問題，這是因為半導體新材料的化學成分、摻雜比例、空間結構、界面特徵乃至製備工藝都存在大量的待定參數。在巨量的材料學變數中要找到符合要求的最佳材料猶如大海撈針，完全依賴專家的科研經驗。以石墨烯為例，該新材料具有特殊性質，在電子晶片、能源環保、醫療健康領域有巨大的應用潛力，自發現以來備受關注。多年來，通過摻雜手段調控石墨烯的帶隙逐漸成為研究熱點，傳統實驗和理論計算手段往往只能獲取少量摻雜結構的性質，無法全面、優化地設計摻雜石墨烯結構。針對此難題，董源率先將人工智慧應用到石墨烯－氮化硼摻雜材料中，設計了一套將高通量量子化學計算與深度學習－對抗生成學習等人工智慧耦合起來的方法。通過學習高通量計算得到結構－帶隙之間的對應關係，可準確預測出任意石墨烯－氮化硼摻雜結構的帶隙。發展了適用於新材料的深度卷積神經網路和對抗生成網路方法，不僅可以高準確率、極高運算速度預測半導體材料的物性，並且進一步根據所需的物性反向設計出新型半導體材料，大大推動了半導體新材料的研發速度。相關研究成果在國際頂級期刊npj Computational Materials和Carbon上一經發佈就廣受關注，得到國際同行多次引用，先後被《中國日報網》、《科技日報》和《人民日報海外版》等媒體報道。

艱難困苦玉汝成，篳路藍縷啟山林。回顧這些年科研路，董源感慨萬千，他説：“我博士階段研究的課題是微納尺度傳熱。該領域研究成果不僅在航空航太領域得到應用，在鐳射技術、積體電路熱管理、半導體新材料技術等方面也有重要應用潛力。”每每提及自己所做工作的意義，董源都倍感欣慰和自豪。他希望將基礎原創科研成果應用到提升我國核心領域競爭力的高端製造業當中，助力我國在先進晶片製造技術、高性能航空材料、藥物研發等領域的創新發展，為我國早日突破這些技術瓶頸提供強有力的支援。除此之外，在不斷創新積累過程中，他也收穫了科學辯證的思維方法，為他以後科研工作的開展打下了堅實的基礎。

産業應用 報效祖國

黨的十八大以來，習近平總書記高度重視青年科技人才隊伍建設，曾多次寄語廣大青年科技人才——“青年興則國家興，中國發展要靠廣大青年挺膺擔當。年輕充滿朝氣，青春孕育希望。”董源認為，當代青年科學家的責任和擔當，必須要有家國情懷、利國利民，作為建設科技強國的青年主力軍，2019年9月底，他回國併入職杭州電子科技大學，擔任機械工程學院教授。

回國後的董源，迅速投入教學和科研工作中。四年時間裏，他帶領學生聚焦前沿領域，了解業界最新進展和學科前沿知識，在科研道路上持續創新，取得了不菲的成績。他所指導的本科生、研究生多次獲得國家級競賽獎項，多人進入清華大學、浙江大學、哥倫比亞大學等世界名校深造。

科技興國，強國有我。董源的科研方向始終圍繞著半導體新材料及其核心工藝與裝備展開。他的目標非常明確：半導體新材料對積體電路、低碳能源等領域都具有重要意義。我國在相關領域的設備國産化程度較低，面臨國外“卡脖子”威脅。他希望利用多學科交叉的前沿知識，設計製造國産化的核心裝備和全套生産線，為新一代半導體材料的産業化做出貢獻。

迄今為止，董源已經先後主持和參與了科技部重點研發項目、國家自然科學基金、浙江省重點研發項目等科研項目，研究內容涉及積體電路熱管理技術、先進製造技術、智慧生産線技術、石墨烯新材料技術等多個領域。當前人工智慧技術方興未艾，它與新材料的結合研究卻依然處於初級階段。董源希望在未來5年到10年，將人工智慧應用於半導體新材料設計，提升産業化效率，獲取更多創新成果。

在新一代鈣鈦礦半導體新材料的核心裝備方面，董源帶領團隊攻關，現已取得了顯著的産業化成果，預期將在短期內實現大規模産業化應用。他與長三角地區開展了廣泛的産學研合作，領銜成立了杭州電子科技大學長三角（湖州）産業合作區研究院，助力當地高科技産業發展、高層次人才引育。除此之外，董源還擔任杭州市錢塘區歐美同學會副會長、杭州市青年人才大使等社會兼職，為團結海內外留學歸國人員、加強交流，推動他們創新創業奮鬥報國不懈努力。

“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”，董源將畢生所學獻于科技報國的道路上。未來，他將繼續堅定前行，踔厲奮發、篤行不怠，推動科技創新和産業升級，為祖國發展貢獻力量，實現自己的科研使命和擔當。（文／李傑）

（董源教授在實驗室與研究生討論工作）

（董源教授出席清華校友三創大賽積體電路與物聯網全球總決賽並作交流）