2026 年了，生化环材还是天坑吗？

作为一个材料学博士，也是材料学的大学老师，今年再来说说材这个专业吧。

先讲个故事。

高超这个名字很有意思，人也确实做出了配得上这个名字的科研工作。

如果只看履历，他身上的头衔很多：浙江大学高分子科学与工程学系求是特聘教授、博士生导师，浙江大学高分子科学研究所所长，先进纤维材料研究中心主任，也是浙大纳米高分子团队的创建者和负责人，后来还成为杭州高烯科技有限公司的创始人、首席科学家，并入选国家杰出青年基金。

但老实说，真正让我记住他的，并不是这一长串身份。

高校里有名头的人很多，论文做得漂亮的人也不少。高超让我印象深的地方，是他的材料成果后来真的走出了实验室，有了比较好的转化应用。这一点，在材料领域并不容易。

2013年前后，他带领团队做出了一种超轻全碳气凝胶。这个材料当时最吸引外界注意的，是它极低的密度：只有0.16 mg/cm³。也正因为这个指标，它一度刷新了“世界最轻材料”的纪录，并获得了吉尼斯世界纪录认证。

当然，材料的价值不只是“轻”。

这种全碳气凝胶更重要的地方在于，它把超轻、高弹性、高吸附能力和良好的隔热性能结合到了一起。也就是说，它不是一个只能拿来展示的“实验室奇观”，而是在能源、环境治理、航空航天等方向上，都能让人看到应用想象空间的材料。

从材料科学角度看，它很典型地体现了纳米结构设计和宏观性能之间的关系：微观上通过碳材料构筑出高度多孔、连续的三维网络；宏观上则表现出轻质、柔韧、吸附和隔热等一系列性能。这也是为什么当年这个成果会受到很多关注，并获得世界创新论坛“金袋鼠”创新奖。

那时候对外宣传这项成果时，有一张图非常出圈：研究人员把一块体积约100立方厘米的超轻全碳气凝胶放在一朵花上。正常人第一反应会觉得，这么大一块材料压在花上，花应该撑不住。但画面里，花瓣几乎没有明显变形。

这张图其实很聪明。它没有用一堆专业术语解释密度，也没有让普通人去计算0.16 mg/cm³到底意味着什么，而是直接把“轻”这个概念变成了一个可以被看见的画面。对科研传播来说，这比单纯罗列参数有效得多。

还有一张图是放在花蕊上展示的。

有人可能会问：材料轻到这个程度，除了看起来厉害，到底有什么实际用处？

这个问题其实很正常。普通人第一次看到“世界最轻材料”这类说法，很容易把它理解成一个纪录，甚至觉得只是实验室里做出来的噱头。但在材料科学里，真正值得看的，往往不是“轻”这个结果，而是它为什么能做到这么轻。

高超团队做的这款超轻全碳气凝胶，并不是把普通碳材料简单做薄、做小。它的制备思路，是先把石墨烯和碳纳米管这两类纳米碳材料分散到水溶液中，再通过低温冻干的方式把水分去掉，同时把内部的三维骨架保留下来。

简单说，就是水走了，骨架留下了。

最后得到的材料，看上去是一整块，但里面其实是极其疏松、连续的碳网络。也正是这种结构，让它的密度低到了空气的七分之一左右。更关键的是，它不只是轻，还很有弹性，并且可以吸收自身质量约900倍的有机溶剂。

这就不只是“放在花上不会压弯花瓣”的展示效果了。

如果一种材料既轻，又能快速吸附大量有机液体，它在环境污染处理、油品吸附、特殊防护材料等方向上，就有了现实想象空间。很多材料之所以难转化，不是因为论文不漂亮，而是因为性能只停留在单一指标上。高超团队这类材料受到关注，一个重要原因就是它的性能组合比较完整。

当时这款超轻全碳气凝胶也确实引来了不少产业端的兴趣。包括欧莱雅在内的一些化妆品企业，都曾对这种材料表现出购买意愿。那段时间，这个材料的价格一度被炒到比黄金还高。

但问题也很现实：实验室不是工厂。

据当时的说法，高超教授实验室一天只能制备二十多克这种材料。材料越新，制备越难，产量越小，早期价格越夸张，这在科研成果刚进入产业视野时并不罕见。真正难的地方，往往不是做出第一块样品，而是把它稳定、批量、低成本地做出来。

高超团队后来没有停在这一项成果上。

2016年，他们又成功制备出第一块由纯石墨烯纤维构成的无纺布织物。这个材料听起来像“布”，但它不是普通意义上的纺织品，而是由石墨烯纤维构筑出来的二维宏观材料。它的柔性很好，同时还具备较高的导电和导热能力：导电率达到28000 S/m，导热率达到301 W/m·K，而密度只有0.22 g/cm³。

因为很多材料可以做到导电，很多材料也可以做到导热，但一旦要求它又轻、又柔、又能保持较好的电热传输能力，事情就变难了。高超团队这款石墨烯纤维无纺布的比导电率和比导热率，明显高于当时已有报道的碳基二维织物、薄膜材料以及商业化碳纤维纸。

到2017年，他们又在石墨烯组装膜上做出了新的进展。

这类石墨烯组装膜最突出的地方，是把高导热和高柔性放到了一起。按照当时的报道，它是目前导热率最高的宏观材料之一，同时又能反复折叠6000次，并承受十万次弯曲。

高导热材料通常容易偏硬、偏脆，柔性材料又往往很难做到特别高的热传导能力。高超团队这项工作，解决的正是宏观材料里一个长期存在的矛盾：怎么让材料既能高效传热，又能适应弯折、折叠、卷曲这类真实使用场景。

所以，这些成果不能只看成几项孤立的“新材料新闻”。

从超轻全碳气凝胶，到石墨烯纤维无纺布，再到高导热柔性石墨烯组装膜，背后其实有一条很清楚的主线：把纳米碳材料从微观尺度组织起来，做成可以被看见、被拿起、被测试，甚至有机会被应用的宏观材料。

这也是我一直觉得高超团队值得关注的地方。

他们做的不是停留在概念里的石墨烯故事，而是在不断回答同一个更难的问题：纳米材料性能很好，但怎样才能真正变成一块材料、一张膜、一匹布，最后进入真实产业场景？

2019年，高超教授团队成功在氧化石墨烯液晶水溶液中实现直接书写或雕刻，通过探针改变石墨烯片的局部排列取向，改变其对光的折射，从而实现了人类历史上首次在水溶液中或液体中的自由微雕刻。

高超教授是材料领域一个科研和产业化做得都很好的典型例子。可能在圈子外认识他的人不多，但他是我朋友的同学，所以很多年前我就知道他，也知道他一直都做得很好。

像这种材料学科的成果，往往都是躲在幕后的。大家会记得手上好用的产品的名字，但却一直会不经意的忽略到底是什么做出来这个产品的。

这几年还有一个很明显的变化：商家越来越懂得把“材料”变成卖点。过去普通消费者买手机，可能只看处理器、摄像头和电池；现在不一样了，小米会讲龙晶玻璃，华为会讲昆仑玻璃和玄武钢化昆仑玻璃，苹果会把钛金属机身讲成高端质感，三星也会拿钛金属边框和Gorilla Armor玻璃陶瓷盖板来强调耐用。折叠屏手机更典型，铰链原本是很工程化的部件，现在也成了宣传重点：vivo讲碳纤维龙骨铰链，OPPO讲3D打印钛合金铰链，荣耀讲超轻钛合金铰链。类似的逻辑也延伸到了家居用品里，比如苏泊尔的钛涂层不粘锅，以及市面上鱼龙混杂、打着健康旗号售卖的纯钛餐具。材料确实重要，但一旦进入消费市场，它就不只是性能参数了，也会被包装成价格、质感和信任感。

作为一个老材料人，对这些东西自然看法不一。毕竟商业宣传，有时候失真度还是不小的。但正是各种各样的产品，有选材和用材的需要，所以各行各业都有材料人的一席之地。

前面说的是材料在商业世界里的存在感。其实材料这件事，在科幻作品里也早就被写得很重了。

很多人应该都读过刘慈欣的《三体》。

第一部里，汪淼为什么会被三体文明盯上？并不是因为他本人有什么特殊身份，而是因为他正在研究一种很关键的纳米材料。小说里把它叫做“飞刃”。这种材料强度极高，可以轻松切割钢铁。到了故事后面，ETO 那艘船被切开，靠的就是这种材料。

这个情节当年给我的印象很深。

因为大刘没有把“外星文明害怕人类”写成一句空话，而是落在了一个很具体的技术点上：材料。一种足够强、足够轻、足够可控的纳米材料，如果继续发展下去，就可能支撑太空电梯这类工程构想。而太空电梯需要的，恰恰是极高比强度、极高可靠性的材料体系。

换句话说，三体文明真正忌惮的，不是汪淼这个人，而是他手里那条技术路线。

我第一次读到这里的时候，还是大三，本科读的是材料物理。那时当然知道材料重要，但理解还很浅。很多概念在课本里看起来就是公式、结构、性能、测试曲线，离现实很远。后来一路读完研究生、博士，又做了博后，还到国外访学了一段时间，才慢慢明白，材料并不是工业体系里的一个配角。

很多时候，它就是人类技术边界本身。飞机能不能更轻，发动机能不能更耐高温，芯片能不能继续缩小，电池能不能更安全，航天器能不能走得更远，背后都绕不开材料。所谓“材料进步一小步，人类进步一大步”，以前听起来像口号，后来越做科研越觉得，这话并不夸张。

所以回头再看《三体》，会觉得大刘的眼光确实很毒。

他很早就抓住了一件事：真正能改变文明进程的技术，未必一开始就长得很宏大。它可能不是一艘飞船，也不是一个武器系统，而是一根肉眼几乎看不见的丝，一种强到离谱的纤维，一类能够支撑未来工程的先进材料。

这个小故事放在这里，其实只是想说明一点：先进材料不是实验室里的冷门东西。它一旦突破到某个程度，连科幻里的外星文明都会感到忌惮。

讲完这两个故事，我并不是想说材料专业有多么光鲜，或者劝大家一股脑去报材料。

不知道大家有没有注意到，前面两个故事里的主角，一个是顶尖高校的教授，一个是科幻小说里被外星文明盯上的科研人员。说白了，材料这个学科真正做出名堂，门槛是很高的。它不像有些专业，学几年就能很快看到清晰的岗位出口；材料往往要在实验室里熬很久，要懂结构、性能、工艺、表征，还要能把论文里的东西慢慢推向应用。

所以接下来我想认真说一说材料科学。

我不确定有多少人真的对这门学科感兴趣。大多数家长和考生看专业时，可能更关心的是就业、薪资、考研、去不去工厂、未来会不会被 AI 替代。这些问题都很现实，也应该问。

但也正因为高考志愿填报到了这个时候，有些话更应该讲清楚。材料科学到底学什么？它为什么重要？它难在哪里？普通学生到底适不适合报？这些问题，比简单说一句“材料有前途”或者“材料是天坑”都要重要得多。

我的理解是：

1、材料是一门很“杂”的学科。

它不是只学一种东西，而是会碰到物理、化学、生物、机械、电子、能源等很多知识。所以很多学生刚接触材料时，会觉得它范围太大，有点摸不着头脑。

2、材料大体可以分成金属、陶瓷、高分子三大类。

所以报材料专业时，不能只看学校有没有“材料学院”，还要看这个学院最强的方向是什么。比如一个学校的材料学院主要做金属材料，你却想去学高分子，那能得到的师资、平台和项目资源可能就会少很多。

3、不同基础的学生，适合的材料方向也不太一样。

物理比较好的学生，可能更适合金属材料、半导体材料、电子材料这类方向，如果再懂一点机械会更好。化学比较好的学生，可能更适合高分子、功能材料、能源材料。对生物感兴趣的学生，可以看看生物医用材料，但这个方向往往更杂，学起来也不轻松。

4、材料和材料之间，差异有时候非常大。

金属、高分子、陶瓷虽然都叫材料，但研究方法、实验设备、应用场景都不一样。我自己是金属材料博士，但如果让我讲高分子材料，我也只能讲一些基础内容，真正深入的东西并不敢说很懂。

5、材料看起来很散，但不是完全没有主线。

我教材料很多年，比较习惯先让学生建立一个整体认识：材料是什么？材料为什么会有不同性能？为什么同一种材料，经过不同加工后，强度、硬度、韧性会完全不一样？先把这个框架搭起来，再去学具体知识，才不会越学越乱。

6、材料科学本质上研究的是“物质为什么会有这样的性能”。

我们看到的手机、汽车、飞机、锅、骨科植入物、电池，都是由原子组成的。原子怎么排列，原子之间怎么结合，材料里面有什么组织、缺陷和界面，都会影响它最后是硬还是软、脆还是韧、导电还是绝缘、耐热还是怕腐蚀。也正因为如此，材料学要学的东西很多，但真正学明白后，会发现它其实是在解释整个物质世界。

这也是材料学科为什么会被称为天坑的原因。

真的学明白的话，材料学科要学习的东西太多了，而对应的薪资又不高。

学到本科，能学到大概对材料的认识，能从事一些基础的工作，但对材料的本质很难吃透。这个阶段很多同学都可能不从事自己本专业。

学到硕士，已经开始对材料有一定的认识了，懂得材料的合成，加工，测试，改进等等。

学到博士，已经在自己研究的材料领域内成为小专家了。

总结一下，材料像学医一样，要学出点名堂来，其实是要学好久好久。但材料和学医不一样的地方，是这个学科并不对接到像医院这类的工作单位，市场化很严重，高薪的门槛又很高。

所以大体上，面对材料科学，适合两类人去报考：（1）想追求高学历的人；（2）对物质科学有充分热爱的人。

如果仅仅是本科毕业就要出来找工作的，那找一些更偏应用的学科会更好，材料学科在本科阶段无论是起薪和发展，肯定不如现在的热门行业好。

像我这样对材料理解到一定程度的人，内心是真正热爱材料的，经常会用各种各样的材料和我孩子一起做一些奇奇怪怪的东西。不过爱好终归是爱好，无法当作生存的本钱。