AI赋能助力新能源新材料高端装备创新——记杭州电子科技大学教授董源

2020年9月22日，领导人在第七十五届联合国大会上宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”中国提出的碳达峰、碳中和目标（“双碳”目标），对世界科技产业的发展产生了深远的影响。

为了实现“双碳”目标，需要众多领域团结协作。目前，我国在发改、城乡建设、海洋、工业、交通运输、材料、氢能、金融等领域都分别制定了实现“双碳”目标的行动方案。各种新兴技术及其产业应用在国家政策的大力推动下，如雨后春笋一般，迅速出现在公众眼前。

（董源教授）

杭州电子科技大学董源教授，作为一名青年科技工作者，率先将人工智能、半导体新材料、智能系统集成控制技术等综合运用于钙钛矿光电半导体新材料的核心工艺与设备创新中。他领衔研发了高光电转化效率、长寿命的钙钛矿光电半导体新材料生产设备，助力高性能新一代太阳能电池组件的低成本批量化生产，为我国低碳能源的发展注入了一股新的力量。

倾力科研 创新突破

作为一名“八五后”青年科技工作者，董源在科研中不断探索创新。他师从清华大学过增元院士，坚持从事原创基础研究，在过院士提出的“热质理论”领域取得了一系列代表性成果。他时刻铭记着毕业时导师的谆谆叮咛：“你要做一名有国际化视野的青年科学工作者！”

为了接触世界前沿的先进技术，董源曾经在美国麻省理工学院（MIT）、美国密苏里大学哥伦比亚分校从事多年科研和教育工作，开阔了视野、得到了历练，成为他人生中宝贵的财富。在此期间，董源对半导体新材料做了一系列创新探索研究，他开创性地将人工智能和半导体新材料的设计相结合，将深度学习技术和对抗生成网络技术用于半导体新材料的识别和自动化设计，此举大大缩短了新材料的研发周期。

一直以来，半导体新材料都面临着产业化周期漫长的问题，这是因为半导体新材料的化学成分、掺杂比例、空间结构、界面特征乃至制备工艺都存在大量的待定参数。在巨量的材料学变量中要找到符合要求的最佳材料犹如大海捞针，完全依赖专家的科研经验。以石墨烯为例，该新材料具有特殊性质，在电子芯片、能源环保、医疗健康领域有巨大的应用潜力，自发现以来备受关注。多年来，通过掺杂手段调控石墨烯的带隙逐渐成为研究热点，传统实验和理论计算手段往往只能获取少量掺杂结构的性质，无法全面、优化地设计掺杂石墨烯结构。针对此难题，董源率先将人工智能应用到石墨烯－氮化硼掺杂材料中，设计了一套将高通量量子化学计算与深度学习－对抗生成学习等人工智能耦合起来的方法。通过学习高通量计算得到结构－带隙之间的对应关系，可准确预测出任意石墨烯－氮化硼掺杂结构的带隙。发展了适用于新材料的深度卷积神经网络和对抗生成网络方法，不仅可以高准确率、极高运算速度预测半导体材料的物性，并且进一步根据所需的物性反向设计出新型半导体材料，大大推动了半导体新材料的研发速度。相关研究成果在国际顶级期刊npj Computational Materials和Carbon上一经发布就广受关注，得到国际同行多次引用，先后被《中国日报网》、《科技日报》和《人民日报海外版》等媒体报道。

艰难困苦玉汝成，筚路蓝缕启山林。回顾这些年科研路，董源感慨万千，他说：“我博士阶段研究的课题是微纳尺度传热。该领域研究成果不仅在航空航天领域得到应用，在激光技术、集成电路热管理、半导体新材料技术等方面也有重要应用潜力。”每每提及自己所做工作的意义，董源都倍感欣慰和自豪。他希望将基础原创科研成果应用到提升我国核心领域竞争力的高端制造业当中，助力我国在先进芯片制造技术、高性能航空材料、药物研发等领域的创新发展，为我国早日突破这些技术瓶颈提供强有力的支持。除此之外，在不断创新积累过程中，他也收获了科学辩证的思维方法，为他以后科研工作的开展打下了坚实的基础。

产业应用 报效祖国

党的十八大以来，习近平总书记高度重视青年科技人才队伍建设，曾多次寄语广大青年科技人才——“青年兴则国家兴，中国发展要靠广大青年挺膺担当。年轻充满朝气，青春孕育希望。”董源认为，当代青年科学家的责任和担当，必须要有家国情怀、利国利民，作为建设科技强国的青年主力军，2019年9月底，他回国并入职杭州电子科技大学，担任机械工程学院教授。

回国后的董源，迅速投入教学和科研工作中。四年时间里，他带领学生聚焦前沿领域，了解业界最新进展和学科前沿知识，在科研道路上持续创新，取得了不菲的成绩。他所指导的本科生、研究生多次获得国家级竞赛奖项，多人进入清华大学、浙江大学、哥伦比亚大学等世界名校深造。

科技兴国，强国有我。董源的科研方向始终围绕着半导体新材料及其核心工艺与装备展开。他的目标非常明确：半导体新材料对集成电路、低碳能源等领域都具有重要意义。我国在相关领域的设备国产化程度较低，面临国外“卡脖子”威胁。他希望利用多学科交叉的前沿知识，设计制造国产化的核心装备和全套生产线，为新一代半导体材料的产业化做出贡献。

迄今为止，董源已经先后主持和参与了科技部重点研发项目、国家自然科学基金、浙江省重点研发项目等科研项目，研究内容涉及集成电路热管理技术、先进制造技术、智能生产线技术、石墨烯新材料技术等多个领域。当前人工智能技术方兴未艾，它与新材料的结合研究却依然处于初级阶段。董源希望在未来5年到10年，将人工智能应用于半导体新材料设计，提升产业化效率，获取更多创新成果。

在新一代钙钛矿半导体新材料的核心装备方面，董源带领团队攻关，现已取得了显著的产业化成果，预期将在短期内实现大规模产业化应用。他与长三角地区开展了广泛的产学研合作，领衔成立了杭州电子科技大学长三角（湖州）产业合作区研究院，助力当地高科技产业发展、高层次人才引育。除此之外，董源还担任杭州市钱塘区欧美同学会副会长、杭州市青年人才大使等社会兼职，为团结海内外留学归国人员、加强交流，推动他们创新创业奋斗报国不懈努力。

“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，董源将毕生所学献于科技报国的道路上。未来，他将继续坚定前行，踔厉奋发、笃行不怠，推动科技创新和产业升级，为祖国发展贡献力量，实现自己的科研使命和担当。（文／李杰）

（董源教授在实验室与研究生讨论工作）

（董源教授出席清华校友三创大赛集成电路与物联网全球总决赛并作交流）