7月8日，2025年度国家科学技术奖揭晓，陕西科研团队多项成果获奖。其中，魏炳波院士团队攻克空间极端材料核心技术，获国家技术发明奖一等奖；郭烈锦院士团队深耕碳基能源绿色低碳转化，获国家自然科学奖二等奖。本报刊发相关稿件，记录院士团队潜心基础研究、勇闯工程前沿的求索之路，展现陕西科技工作者自立自强、服务国家重大需求的使命担当。

开启空间材料科学“新纪元”

魏炳波院士在实验室介绍空间材料科学研究进展（资料照片）。

西北工业大学科研团队成员在实验室调试实验装置（资料照片）。

高温金属材料，尤其是难熔金属，堪称材料研究领域的“珠穆朗玛峰”。这类金属熔点普遍超过2000摄氏度，在地面冶炼时，往往还未加热到位，容器就已先熔化，这一问题长期困扰着全球材料科学界。

太空中的微重力环境，恰好为这一难题提供了解决方案。在空间站中，对难熔合金进行激光加热、熔化、冷却、过冷和凝固实验，可有效规避容器限制，获得地面无法企及的实验条件。

中国科学院院士、西北工业大学教授魏炳波带领团队采用自主设计研制的实验装置，成功获取了难熔合金熔体的关键热物理性质，在空间凝固制备方面取得了多项科学新发现，有力推动了难熔合金研究从地面走向外太空。团队完成的“空间极端条件下高温金属材料超常调制技术与科学实验系统”项目，荣获2025年度国家技术发明奖一等奖。

“该项目历经26年自主设计和研创，采用静电场、超声场和电磁场调控重力场，构建了空间微重力、无容器和深过冷极端条件，国际首创了高温金属材料的超常调制系列技术和科学实验系统，18项核心技术达到国际领先水平。”魏炳波介绍，该项目相关技术已广泛应用于中国空间站材料系统和超常凝固技术领域，标志着我国进入空间材料科学世界前沿。

太空微重力、无容器、深过冷等极端环境，是突破地面材料研发瓶颈的“天然实验场”。自20世纪90年代起，团队立足国家载人航天重大战略需求，摒弃国外既有技术路径，开启空间材料科学研究的自主创新攻坚之路。

“科研的初心从来不是为了获奖，而是打通前沿基础研究与产业发展、经济建设的壁垒，把论文写在祖国大地上。”魏炳波说。团队从零起步，逐一攻克五大技术难关，融合静电场、超声场和电磁场调控手段，成功在地面模拟出太空极端实验环境，建成国内首个、国际领先的天地协同空间材料科研体系，彻底打破欧美航天强国技术垄断。

项目推进过程中，团队坚持边建设、边研制、边研究，从图纸设计到零部件安装、设备调试，团队成员都亲力亲为，所有实验设备均拥有完全自主知识产权。针对国际传统静电悬浮、超声调控、电磁悬浮等技术普遍存在的稳定性差、尺度受限、调控单一、无法模拟太空极端条件等瓶颈，团队逐一突破，最终形成5项功能互补的原创核心技术，构筑起完整的地面实验平台体系。

“传统静电悬浮尺度小、稳定性差、检测维度单一，难以支撑超高温难熔材料研究。”团队成员、西北工业大学物理科学与技术学院教授王海鹏介绍，团队首创大尺度超高温静电悬浮调制技术，实现4006摄氏度超高温、10毫米至15毫米大尺度合金稳定悬浮，并通过六向同步检测精准获取材料热物理参数，解决了国际长期存在的检测误差难题。同时，团队创新远场悬浮与深过冷双联制造技术，突破传统电磁悬浮成形短板，实现公斤级高温金属稳定制备与可控成形，可落地地面模拟太空制造，具备半产业化能力。

超声调控领域同样实现了颠覆性突破。传统一维超声能量衰减快、调控不均，无法精准控制合金凝固过程。团队成员、西北工业大学物理科学与技术学院教授翟薇表示：“我们首创三维超声场极端调制技术，构建三维正交声场动态调控体系，主动优化金属材料凝固组织与力学性能，填补了高温超声精准调控的国际空白。”

此外，团队攻克了关键配套技术。多重无容器与动态微重力集成调制技术和实验装置，融合多种技术优势，实现材料熔炼、成形、检测一体化，破解了传统设备功能单一的问题；大浮力宽温域超声悬浮调制技术和实验装置，解决传统超声悬浮力弱、温域受限的问题，可适配多品类材料全域实验。

5项核心技术和实验装置协同互补，构筑起体系完整、国际领先的空间材料地面实验平台。目前，整套技术已全面应用于中国空间站无容器材料实验系统，累计支撑数百组太空材料在轨实验。在此基础上，团队先后发现共晶合金解耦生长、微重力液滴特殊凝固结构等新科学规律，精准获取难熔合金关键热物性参数，为我国新一代航空航天高端材料自主研发提供了坚实的理论支撑与技术路径。

这项世界级原创成果，深深扎根于陕西这片创新沃土。“陕西始终坚持科技长远布局，尊重基础研究、鼓励原始创新，持续为高校科研团队搭建优质平台、完善激励政策、给予充分自由探索空间。”魏炳波说，“正是这种脚踏实地、潜心治学的氛围，让科研人员能够沉下心来啃‘硬骨头’、持之以恒攻坚前沿难题。”

“中国空间站的全面建成，为空间材料科学带来了更广阔前景。”魏炳波表示，“未来我们一定会取得更多国际领先成果，更好服务科技强国建设。”

坚定不移走自立自强之路

访谈嘉宾：

中国科学院院士、西北工业大学教授 魏炳波

魏炳波院士团队在空间材料科学领域取得系列重大突破。为什么要开展空间材料科学研究？空间微重力环境为材料科学带来了哪些颠覆性认知？扎根陕西的科研团队如何走出自立自强之路？带着这些问题，本报记者专访了魏炳波教授。

破题：从“容器之困”到“天工开物”

记者：您带领团队开创我国空间材料科学研究，这项研究有何重大意义？我国空间材料科学是如何发展起来的？

魏炳波：空间材料科学是材料科学与航天技术交叉形成的前沿学科，核心是依托太空独有的微重力、无容器、深过冷极端环境，揭示金属材料熔化、凝固底层物理规律。相关成果既能突破航空航天高温核心部件材料瓶颈，也能赋能地面冶金、高端制造产业，是支撑航天强国、装备强国建设的核心基础。

我们的研究始于1992年，当年我归国，恰逢国家启动载人航天工程。陕西省紧扣国家战略需求、对接地方产业发展，提出打通基础科研到产业化全链条的攻关思路，坚定了团队自主研发的方向。1993年项目获陕西省立项，实验室成为陕西省首批重点实验室；1994年拿到国家自然科学基金项目，正式纳入国家级科研体系；1995年进入载人航天工程配套序列。1996年起，我们开启数年的持续攻关，无数次试验、跌倒再站起来，迭代研发多代自主实验装置，建成全球领先的静电悬浮综合实验系统，补齐我国空间材料领域关键实验装备短板，也为中国空间站配置无容器材料实验柜奠定核心技术基础。

解码：从“上天实验”到“地面反哺”

记者：这套实验系统支撑中国空间站在轨实验后，团队观测到哪些地面无法复刻的独特物理现象？系列成果如何助力我国航空航天高端材料自主可控研发？

魏炳波：这套地面综合实验系统是空间站无容器材料实验柜核心地面模拟、预演配套平台。我们已完成6批次空间在轨实验，上百组难熔合金样品搭乘飞船上行，4批次实验样品随神舟飞船返回地面分析，取得多项国际首创发现：一是精准测得铌、锆等难熔合金超高温区间密度、表面张力等核心热物理参数；二是发现微重力环境下共晶合金可实现解耦生长，颠覆地面传统凝固理论认知；三是厘清液滴涡旋组织、凝固收缩演化规律，实现合金微观组织、宏观形态双重精准调控。

这套系统18项核心技术达到国际领先水平，彻底摆脱了对国外设备的依赖，已广泛应用于中国空间站材料系统和超常凝固技术领域。在航天领域，它可以直接支撑航天器发动机、热端耐高温部件的研发，为深空探测、载人航天提供新型战略材料。目前，我们的公斤级电磁悬浮、三维超声装置已具备半生产能力，有望在3年至5年内实现产业化应用，用于高端特种冶金等领域。除航空航天外，相关技术还可延伸至生物医用植入金属材料等民用方向。同时，整套设备还能为全国材料科研单位提供极端条件模拟平台，让太空实验的成本大幅降低。

深耕：三秦大地为何能结出创新“硕果”？

记者：通常认为先进材料研究依赖国际合作与尖端设备，地域属性在弱化。但您的团队恰恰在陕西扎根并取得了世界级成果。您觉得陕西的科研生态和长期布局，为这种“十年磨一剑”的基础研究提供了哪些不可替代的支撑？

魏炳波：高端科研必须依托海外平台，地域无关紧要——这是常见的误解。30多年扎根三秦大地的实践让我深切感受到，陕西独特的创新土壤，正是我们啃下世界级“硬骨头”的关键所在。

这种支撑首先体现在战略定力上。陕西省始终坚持科技长远布局，坚决落实“四个面向”，持续为高校科研团队搭建优质平台，完善激励政策，给予充足的自由探索空间。正是这种尊重基础研究、鼓励原始创新的制度环境，让科研人员能够沉下心来，持之以恒攻坚前沿难题。

更重要的是精神气质上的契合。陕西科研领域素来脚踏实地、不务虚名，不盲从国外体系、不迷信海外平台，倡导自主研制核心装备、攻克原创技术。这种摒弃浮躁、自力更生的氛围，与基础研究“十年磨一剑”的内在规律高度吻合。

此外，产业生态也提供了坚实后盾。陕西集聚了大量航空航天、材料领域的高校院所，产业链与科研链配套完善，为我们提供了稳定的人才支撑和实验条件。从最初的启动资金到政策延续，陕西在科研政策、荣誉激励、项目扶持等方面给予了全方位保障，让团队能够30年专注深耕一个领域，不受短期效益束缚。

可以说，正是三秦大地这种包容务实、潜心攻坚的科研“水土”，培育出了一支自力更生、艰苦奋斗的队伍，也给了我们走出自主创新道路的底气。

前瞻：从“空间制造”走向“新质生产力”

记者：中国空间站已全面建成运营，空间材料科学发展前景如何？团队下一阶段核心攻关方向是什么？

魏炳波：材料科学发展始终坚持“顶天立地”两条主线。“顶天”即冲刺世界科技前沿，依托极端环境挖掘全新材料相变机理，产出原创基础理论；“立地”即面向国民经济主战场，依靠变革性新技术培育新质生产力。我国已是全球材料科研与产业大国，随着深空、深海、深地探测不断推进，材料应用场景、极端制备条件边界持续拓宽。

未来10年至15年是中国空间站稳定运营周期，我们力争产出一批具备全球影响力的原创材料科研成果。团队将“双线并行”开展攻关：一方面持续深耕基础前沿，开展超高熔点钨基合金等极限难熔材料在轨实验，稳固我国在空间材料领域的全球领先地位；一方面加速核心技术产业化转化，把实验室尖端悬浮、超声调制技术转化为成套国产工艺装备，赋能高端材料、航空航天产业升级。同时我们会持续壮大空间材料科研队伍，为科技强国建设贡献力量。

解锁碳基能源绿色低碳新路径

西安交通大学教授郭烈锦（右三）和团队成员在实验室讨论科研进展（资料照片）。 照片均由记者 张梅摄

煤炭、石油、天然气等传统碳基能源仍是当前全球能源主体。然而，传统燃烧和气化方式能效偏低，且排放大量污染物及二氧化碳等温室气体。如何将已有碳基能源高效、洁净、低碳地转化利用，促进传统能源和新能源协同发展，保障能源安全、支撑绿色可持续发展，是我国面临的重大战略需求。

中国科学院院士、西安交通大学教授郭烈锦带领团队，历时20余年攻克了全球数十年未能突破的煤炭温和高效气化、低成本低碳清洁利用难题，为我国化石能源绿色低碳转型和能源安全自主可控提供了核心支撑。团队完成的“碳基能源的超临界水蒸有序转化理论与方法”项目，荣获国家自然科学奖二等奖。

这一原创成果的种子，萌发于一次跨洋考察。1997年，郭烈锦受邀参加国家自然科学基金委员会组织的能源高技术出国考察团，赴欧美国家学习先进能源技术。郭烈锦回忆，当时我国正步入工业快速发展期，发达国家正在探索生物质废弃物的超临界水气化技术，既能提升转化效率，又能减少污染，这为解决能源与环境矛盾提供了全新思路。

考察结束后，郭烈锦立刻申请科研基金，在导师、我国能源动力学科奠基人陈学俊院士的支持下，带领团队正式开启超临界水蒸煤制氢、太阳能制氢等清洁能源技术的研究。

传统煤化工和燃煤发电，均依赖高温氧化（即燃烧或部分燃烧）来释放热量，过程温度动辄上千摄氏度，不仅能耗高，还不可避免地产生硫氧化物、氮氧化物和低浓度二氧化碳，后续捕集成本极高。

郭烈锦带领团队立足多年超临界水热物理特性研究积淀，跳出了这一全球通用的高温氧化固化框架。“全球深耕煤炭气化的研究者，始终没有突破氧化反应的固有思维。我们率先提出了一条完全不同的路径——利用超临界水作为反应介质和反应物，让煤炭在纯水环境中发生吸热还原反应，实现完全气化；生成的氢气再与纯氧进行中低温温和氧化放热，供给反应所需热量。”郭烈锦解释道。

通俗地讲，传统方式是“烧煤烧水”，而新方式是用“超临界水（温度压力高于临界点374.3℃、22.1MPa的水，具有特殊的溶解与传质特性）”作为反应媒介，使煤炭在分子层面与超临界水充分接触并发生反应。这一思路的关键在于：气化过程是纯还原反应，不引入氧气，因此反应温度可以控制在700℃以下，远低于传统工艺；同时，煤中的硫、氮及重金属等元素不参与气化反应，最终以固态灰渣的形式从反应器底部排出，从源头上杜绝了硫氧化物、氮氧化物和粉尘的排放。

在此基础上，团队创建了碳基能源在超临界水中“吸热还原气化”与“氢温和氧化放热”耦合的理论体系，并原创了定向调控方法，使整个过程不可逆损失最小化，成功攻克了煤炭温和、高效、完全气化的世界性难题。

更令人称道的是，该技术在高效气化的同时，实现了二氧化碳的“自然富集”。由于气化产物是氢气和二氧化碳的混合超临界流体，冷却后氢气仍为气态，而二氧化碳在高压下可被直接分离，得到近乎纯态的二氧化碳气流，无需额外能耗即可完成捕集。这彻底改变了传统烟气中低浓度二氧化碳捕集成本居高不下的困境。

团队还建立了完整的过程设计与系统构建准则，构建了氢碳循环与热力循环协同联产的氢、电、热一体化系统，并完成中试验证。历经20余年持续迭代，每小时产1000标方氢气的大型工业化试验装置已完成建设。经验证，依托该技术改造的百万千瓦级煤电机组，能源转化效率可达50%以上；相较于传统煤制氢、煤发电技术，一次性设备投资、制氢能耗与综合成本均下降20%以上，真正实现“清洁、低碳、高效、经济”多目标协同。

目前，团队已联合多家央企和民营企业推进大型产业化示范项目落地。据测算，该技术落地后，可实现年均减排数十亿吨二氧化碳，每年带动的新质生产力及产业链规模可达数十万亿元。

在郭烈锦看来，团队在超临界水蒸煤制氢领域的突破印证了一个朴素而深刻的道理：真正的原创性技术，必须从基础研究的根上长出来。

“当下不少科研存在碎片化问题，热衷于追逐热点、优化局部指标，像头痛医头、脚痛医脚那样进行浅层修补。”郭烈锦直言，这种“打补丁”式的研究，如果不从底层原理上重构体系，不从整体系统上寻找答案，就很难产出真正意义上的颠覆性成果。

他说，基础研究不是“纸上谈兵”，而是面向国家重大需求的长期坚守。能源动力学科的核心使命，是紧扣国家能源安全与绿色可持续发展的重大需求，扎扎实实从基础理论入手，吃透机理、打通逻辑，再立足全系统视角破解核心矛盾。“只有甘坐冷板凳、深耕厚植，把原理搞清楚、把路径想明白，才能从源头上攻克产业的‘卡脖子’难题，而不是在表面问题上绕圈子。”郭烈锦说。

正是这种“从根上解题”的科研定力，支撑团队二十余年如一日持续深耕，最终将基础理论的突破转化为服务国家战略的核心技术。

据了解，该项目开拓引领了碳基能源有序转化的新方向，促进了工程热物理与化工、材料等学科的深度交叉融合，被中外院士专家高度评价为“高效且洁净的转化”“原创性技术”与“先驱”。