前沿观察：自超滑技术的艰难突围

从清华到深圳的迁徙，是一次从“象牙塔”走向“产业战场”的战略转型。深圳以其政策创新、产业链优势和市场活力，为“自超滑”技术提供了从实验室到市场的“最后一公里”解决方案

文 | 汪斌

宏观世界中，摩擦现象极其普遍——从日常生活中指尖的搓动，到工业生产中齿轮的咬合，且摩擦“必然”伴随磨损。直到今日全球还有逾20%的一次能源消耗源于摩擦，80%的设备报废源于磨损。这不仅制约了工业效率的提升，更对可持续发展提出了重大挑战。然而，宇观世界的星际运动和微观世界原子内部的电子运动，都是零摩擦。传统上，解决宏观世界摩擦磨损问题的原理是“避免”直接接触，方案是添加润滑剂、气悬浮或磁悬浮。有没有保持直接接触、同时又避免摩擦磨损的革命性解决方案呢？

近20年来诞生的“自超滑”技术，就是这样一个革命性突破，它的颠覆性不仅体现在技术本身的突破，更在于对传统认知的挑战和对未知领域的探索。

“自超滑”（Self-superlubricity，原“结构超滑”）定义为两个固体表面间无润滑剂受压直接接触滑动时，出现零磨损、零静摩擦和近零摩擦系数的极致理想状态。这有点像超导现象——电阻体现了导体对电子在导体中流动的“摩擦”；超导现象的两个决定性特征为零电阻和完全抗磁性。自超滑技术的出现，不仅有望在宏观世界延长设备寿命、提升能源效率、降低碳排放等领域引发机械工程的范式变革，还可能在毫米以下尺度开辟无限广阔的技术和产品“新大陆”。

引领这场变革的力量正扎根于深圳。由中国科学院院士郑泉水领衔的清华大学和深圳清华大学研究院超滑技术研究所（下称“深超所”）的自超滑研究团队，近十年贡献了相关领域全球顶尖期刊中超半数的研究成果。目前，该团队已成功制备全球最大尺度（毫米级）的自超滑材料，并依托产业化载体——深圳清力技术有限公司（下称“清力公司”），研发多款自超滑技术产品，加速产业化落地。

从纳米到毫米：核心技术的20年长跑

在过去很长一段时间内，国内外关于结构超滑的研究一直停留在理论阶段。彼时，学界普遍认为结构超滑现象仅是理论猜想，固体接触必然存在摩擦，差异仅在于程度大小。尽管理论推测是可以实现“零”摩擦的，但现实中“零摩擦不可能”的认知依旧占据主流。

转折点在2002年，郑泉水与合作者蒋庆教授受A. Zettl教授团队和R.S. Ruoff教授团队分别于2000年报道的两个实验观察的启发，提出用多壁碳纳米管实现人们期待已久的技术里程碑——10亿赫兹振荡器。这项预测受到国内外学术界的广泛关注，其设想的实验验证获得国家自然科学基金委和清华大学大力资助，获得物理、力学和材料科学与技术等领域的多位院士参与合作研究。

郑泉水，清华大学钱学森班创办首席教授、深圳零一学院创始院长，两次获得国家自然科学奖二等奖（第一获奖人），是自超滑技术开拓者和引领者。

确定方向后，挑战才刚刚开始。纳米级的超滑现象虽被证实，但因尺寸太小甚至都无法用显微镜分辨，更不用说探索应用了。自2002年起，郑泉水团队在清华大学、中科院物理所和北京大学等的合作实验室里反复尝试，历时十年，终于在2012年将实验室观察到的结构超滑现象，从纳米级推进至学术界长期认为“不可能”的微米级——在两个微米级石墨表面间实现了结构超滑，形成重大突破。这是结构超滑乃至自超滑技术的又一个里程碑式的节点。

然而，微米级的结构超滑技术依然面临应用场景匮乏的困境，由于摩擦磨损“拦路虎”的存在，毫米尺度以下的机器一直没有找到市场。为了将结构超滑技术从微米级推进到毫米级，从更偏特殊材料的“结构超滑”凝练提升至物理本质高度的“自超滑”，从机械运动，进入第四次工业革命将面临越来越多、越来越关键的机械—电子学—声子（热）学等多维度运动，郑泉水团队又经过十余年潜心攻坚，才艰难完成这一跨越。

2023年，团队首次制备出毫米级自超滑材料和自超滑界面组构技术，全链条掌握核心工艺和配套技术，实现自超滑集成片的批量化制备，标志着自超滑技术从“微观奇迹”跃迁至“肉眼可见”、“工程可用”。

从纳米级，到微米级，再到毫米级材料的自超滑，从滑移界面极地摩擦到零磨损静摩擦，再到滑移界面最高导电性、最低电阻率和最低热阻率的技术实现，在20年的研究长跑后，郑泉水团队终于实现了从“0到1”的突破，确立了中国在该技术领域的持续领先地位。

自此，自超滑技术终于迎来从实验室，一方面向上（毫米以上）迈向对现有产品的颠覆性换代（“红海”）、另一方面向下（毫米以下）开辟新品类产业（“蓝海”）的关键拐点。例如，通过使用毫米级自超滑导电界面，市场潜力巨大的人形机器人急需的长寿命、低能耗、高功率微特电机，将得到换代提升；假以时日，通过郑泉水团队率先发明的微米—亚毫米级自超滑肖特基原理微动发电机，可望利用遍布大脑的微血管脉动，实现脑机通讯无外源无需充电的永续自供电。

尽管将自超滑技术从毫米级拓展至厘米级乃至更大尺度器件仍需长期攻关，但当前毫米级技术的突破已打开广阔市场空间的大门。清力公司CTO（首席技术官）向小健博士介绍，基于毫米级自超滑界面，公司已开发出三款核心产品样机或中试产品：自超滑射频开关、自超滑微特电机、自超滑微动发电机，每个都孕育着千亿、万亿级的市场潜力。可以说自超滑技术已进入产业化爆发前夜。

源头创新“根技术”的产业化布局

当前，深超所和清力公司聚焦于自超滑副的材料制备和组构等共性技术的不断突破、开展长期性国家战略需求的布局和探索、加速推进对区域优势产业的赋能和颠覆性换代等三大方向。

在前述三款核心产品样机或中试产品中，自超滑射频开关可显著提升信号传输功率、信噪比和设备寿命，适用于无线通信基站、手机射频前端、卫星通信等领域，具有低功耗、低插入损耗、高线性度、高隔离度等优异特性。性能上，摩擦系数接近零，实现亿次开合无磨损，满足未来5.5G/6G基站对高频信号稳定性的严苛需求；成本上，采用单晶石墨替代贵金属材料，性价比远超美国GE同类产品。

自超滑微动发电机则主要通过自超滑材料构建的发电界面，可将环境中微弱、低频的随机机械能高效转化为电能，同时实现器件的超长寿命与微型化，为物联网和人体内部微传感器的供电难题提供了全新解决方案。以电网高压输电线监测为例，传统方案往往依赖故障指示器或无人机巡检，存在效率低、响应滞后等痛点。而自超滑微动发电机则可以直接利用电缆在空中轻微的晃动进行发电，供电给小型传感器工作，从而起到持久耐用且实时监控的作用。

而自超滑微特电机可解决有刷电机由于摩擦磨损引起的寿命短、功效低等行业痛点问题：通过解决刷片与换向器的磨损问题提高有刷电机的转化效率，利用自超滑界面高电流密度的特点提升电机功率，从而实现高能量密度微小电机；同时，基于自超滑界面极低磨损特性，大幅提升有刷电机寿命。比如可将自超滑微特电机安装于人形机器人的手指关节处，从而更加灵巧地进行手指活动同时大幅提升使用寿命。

综上，三款产品的共同特点是高性能、长寿命、低成本，但均面临规模化“最后一公里”落地的挑战。比如自超滑射频开关量产，需投入3亿-5亿元升级8英寸晶圆产线才能达成量产良率的目标。

值得肯定的是，深超所已与华为、南方电网等一批产业链头部企业开展合作。未来能否突破良率、环境适应性等瓶颈，将决定自超滑技术能否真正成为5.5G/6G通信、新能源监测、人形机器人等领域的“根技术”基石。

毅然南迁：产业化拐点的关键抉择

原始创新从来不存在捷径，尤其对具备跨行业赋能、颠覆现有行业和催生新行业潜力的范式变革性技术——“根技术”而言，从实验室到产业化的过程更是难上加难。回首来路，将研究基地南迁至深圳，可以说是郑泉水院士在寻找产业化出路时一次至关重要的抉择。

作为中国改革开放的前沿阵地，深圳始终以“敢为天下先”的精神引领科技创新。2019年，深圳市政府以前瞻性战略眼光将自超滑技术纳入重点布局。尽管当时自超滑技术产业化在全球范围内均待突破，存在很大风险，但深圳基于对这一技术的潜力的研判，毅然开启了这场关乎未来的科技攻坚。

2019年，在深圳市、坪山区两级人民政府与清华大学的协同推动下，深超所正式成立；清力公司获天使轮投资。2021年，由深超所搭建运营的深圳超滑技术平台在坪山落成。2023年获评深圳市重点实验室；通过国家高新技术企业认证。2025年，深超所获批工信部首批重点培育中试平台；清力公司成功达成Pre-A轮融资，估值较2019年天使轮提升10倍。

遥想当年，郑泉水团队从清华大学迁至深圳坪山的决策，是基于产业化落地、中美竞争加剧、深圳创新生态与现实关键需求的多重考量和深刻洞察。核心动因可以归结为以下几点：

其一，产业化落地的迫切需求。自超滑作为源头创新“根技术”，价值不能止步于理论突破，更要迈过产业化“死亡谷”，从实验室走向市场。基础研究阶段，清华大学和在京高校/研究机构/国家基础研究基金等，为技术萌芽提供了学术沃土，但产业化所需的资金、设备及产业链资源，已远超高校所能承载的边界。

其二，创新生态的系统赋能。深圳通过政策引导、资金投入、产业链协同等组合拳，为自超滑技术构建完整转化链条。资金方面，市政府斥资1.5亿元建设超滑技术平台，并配套1亿元运营经费，解决了产业化初期的资金缺口。郑泉水坦言：“五年前，深圳给了我们2.5亿元……没有这个，技术很可能走不出来。”

设备方面，深圳超滑技术平台拥有世界一流的微纳加工、封装以及测试表征等设备总计200余台套，其中大型核心设备40余台，同时配备有一台全球领先的5nm光刻机。相比之下，清华实验室难以达到这一规模的实验需求。

产业链方面，深圳的电子信息、新能源等产业集群，为自超滑技术提供了广泛的应用场景和上下游产业链。例如，与深圳龙头企业等合作，使自超滑技术在5.5G/6G基站开关、特高压电缆监测、机器人电机等场景中得以快速验证。

其三，政策环境与制度优势。在产业化拐点来临之际，如仍滞留于高校体系，很可能错失市场卡位的关键窗口。而深圳为科研提供了高效执行环境，正如郑泉水院士所说：“自超滑技术能够实现突破，深圳良好的创新创业环境发挥着重要作用，市区两级政府支持力度很大。”

这种高效机制在疫情期间展现得尤为突出：当其他地方完成同类实验流程平均耗时三个月时，深超所实验室却可以将研发周期压缩至一周内，实现技术迭代效率的10倍提升。更值得关注的是，深圳对原始创新的失败容忍度较高。郑泉水曾提到，自超滑技术在清华阶段因缺乏产业化条件难以推进，而深圳却愿意为“十年磨一剑”的长周期项目提供持续支持。这种对科研不确定性的包容，正是源头创新破茧而出的关键养分。

如今，郑泉水团队扎根坪山五年，南迁这一战略选择以及深圳市和清华大学支持的价值随着时间的推移也愈发凸显。

源头创新更需政府先行

自超滑技术从实验室的突破走向产业化落地的曲折历程，深刻揭示了原始创新，尤其是源头创新所固有的高风险与长周期特性。

这类从“0到1”的突破性研究，充满了不确定性，往往需要数十年如一日的持续投入。企业受制于追求短期回报的市场逻辑和企业使命，常常缺乏足够的耐心和风险承受能力。试想，如果没有强有力的政府支持，像自超滑技术这样的项目极可能因漫长的研发周期带来的资金链压力或难以逾越的技术瓶颈而夭折。

不仅如此，原始创新成果，无论是基础理论还是共性技术，往往具有显著的公共产品属性，其产生的巨大效益难以被最初的投入主体完全独占，而是会更广泛地向外围辐射。这也导致企业会更倾向于选择风险相对可控的“跟随创新”，而非投入巨大却前景不明的原始探索，结果便是基础研究投入的普遍不足。另外不可忽视的是，社会资本面对这种看不到短期回报的项目也总是望而却步。

面对这一困境，政府的先行介入成为关键。美国国防高级研究计划局（DARPA）、以色列创新体系和深圳的实践等提供了有力证明。

深圳市政府实施了“投早投小”政策，为项目的关键阶段提供资金护航，有效避免了技术因资金断流而中途夭折。这不仅是应对资本压力的务实之举，更是对国家战略的深刻理解和积极响应。在当前的全球环境下，支持郑泉水团队的自超滑技术研究，一方面瞄准突破国外关键垄断技术，为实现国家战略产业的颠覆性换代，另一方面定义和开辟未来全新产品赛道，实现自主重大创新。

这一行动也恰逢其时地把握了深圳自身发展的历史性机遇。深圳正处于从依赖“三来一补”加工模式的第一增长曲线，到“跟随创新”为特征的第二增长曲线，向以“从0到1”原始创新为核心的第三增长曲线跃迁的关键时期。吸引郑泉水团队这样的重量级项目入驻，既为团队提供了施展才华的政策环境和产业链，也为深圳发展颠覆性技术和开辟产业新品类，构建更可持续的竞争力和长期增长潜力增添了重要砝码。

发展新质生产力的核心在于颠覆性技术、特别是源头创新技术，催生新产业、新模式、新动能。自超滑技术正是一项具有颠覆性和开辟“新大陆”意义的“根技术”，其潜力在于能够源源不断地催生出重大源头技术集群。以深圳重点发展的“20+8”产业集群为例，自超滑技术能为其中的大多数产业提供几无替代的颠覆性或关键赋能解决方案。

总的来看，深圳的创新生态链优势在企业端和市场端，基础研究是相对的短板。因此，深圳在全国率先以立法形式，硬性规定每年将不低于30%的市级科技研发资金投向基础研究和应用基础研究，旨在尽快补齐这块短板。

政府的“补短板”远非简单的资金投入，而是通过制度设计、平台建设和生态培育为原始创新构建起不可或缺的“安全网”和“加速器”。深圳的经验清晰印证：在原始创新这条充满未知与挑战的道路上，政府扮演先行者的角色，是推动其从“不可能”变为“可能”的关键力量。

当全球能源困局与产业竞争白热化之际，自超滑技术展现出的产业化潜力——

无论是赋能5.5G/6G通信基站，延长人形机器人的驱动寿命，还是开辟人体内全生命周期自供能——都清晰预示着一场由自超滑根技术驱动的产业变革正在加速到来。

郑泉水团队从清华到深圳的迁徙，是一次从“象牙塔”走向“产业战场”的战略转型。深圳以其政策创新、产业链优势和市场活力，为自超滑技术提供了从实验室到市场的“最后一公里”解决方案。这一选择不仅关乎技术本身的存续，更是中国在源头创新领域争夺全球话语权的重要一步。深圳的“自超滑故事”，正在书写中国科技创新的新篇章。

（作者为中国技术创业协会副理事长、北京高精尖科技开发院院长；编辑：张燕冬）

责编 | 杨明慧

封图来源 | 视觉中国