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【安徽科技报】倾心于仿生材料的“魔术师”

发布人: 永乐国际官网平台 来源: 永乐国际官网平台登录 发布时间: 2020-06-20 09:32

  贝壳、珍珠,在眼里只会留心它们美丽的一面,而在俞书宏看来破解它们形成的科学原理,并最终为人类所用才更具挑战性,为此他和他的团队“畅游”在纳米级的微观世界里探索着物质的内部结构。

  俞书宏自2002年回国以来,十几年的时间里一直在从事无机合成化学研究,并在无机化学领域取得突出成就,成功研发出人工珍珠母等新材料,为今后社会发展做出了巨大贡献。“我也非常开心,这是国家还有科学界对我们多年来工作的一个认可,更重要的是对我们的一个鼓励。”荣获全国创新争先章后,俞书宏表示,今后他们将一如既往地做好基础研究,努力为国家研发出更多急需的新材料。

  作为一名科学家,俞书宏非常喜欢自然界的矿物质和动植物,喜欢琢磨它们的结构与成分。无论是贝壳、珍珠,还是北极熊、爬山虎,都是他的研究对象。当他看到沙滩上的珍珠母贝壳,脑海中就会思考如何才能够在化学实验室里将它人工合成出来,又怎样能够将贝壳里的珍珠人工进行合成。俞书宏坦言:“大自然本身就是一个神奇的魔术师,它能给材料设计带来很多。人类应该大自然所带来的。”

  自然界中生命体系如软体动物,需要经过几十万年的进化,才能够创造诸如珍珠母等性能卓越的矿物材料,它具有超乎想象的机械强度和韧性,但如何仿生制备珍珠母仍然是一个世界的难题。“贝壳是一个软体动物的重要矿物,它的形成过程非常有趣。它有一种很好的层状结构,就像阶梯教室一样,一层一层堆积而成,这种砌墙式的砖泥结构强度、韧性非常好。”俞书宏介绍,他们团队参照软体动物合成天然珍珠母的砌墙式策略,提出一种新的“组装与矿化”法,从源头上模仿天然贝壳珍珠层的形成过程和化学组分,界上首次成功矿化合成了人工珍珠母,解决了这一世界的难题。

  这种仿生珍珠母材料与天然珍珠母相似,具有突出的强度和硬度,化学性能相当,密度更低,具有优越的抗断裂性能,该研究2016年被《科学》高度评价,认为其“提出的矿化方法是一项突破性进展”。德、美等国著名学者也评价称其为“开创性的工作”、“真正的合成珍珠母”,多部材料制备理论专著对其进行了详细评述。

  “珍珠母是贝壳中的内层材料,与珍珠具有相似的组成和结构,通常含有95%以上的碳酸钙。但这种碳酸钙并不是传统意义上的粉末,它形成了一种特殊的结构。”俞书宏透露,他的研究就是从一个侧面来模仿贝壳、珍珠、骨骼等结构,制备出性能可以与自然界依靠生命体创造的材料相媲美的新材料。如今,这些从小小“碳酸钙”中诞生的新材料,已在航空、航天、军事、国防、民生等领域大展身手。

  除了仿生珍珠母,俞书宏团队受北极熊毛发中空结构的,成功研制出一种新型轻质保温隔热材料,未来有望在建筑和航空航天领域广泛应用。模仿竹节的结构,他们团队设计了一种“脉冲式轴向外延生长”方法,成功制备出纳米“竹子”,这种新型半导体纳米材料可以将太阳能制氢效率提高一个数量级,为开发新型高效太阳能制氢材料提供了新途径。“当前,我们还在模仿骨骼生长方式研发新材料,有望高度重现骨骼的强度和韧性,有效避免材料植入人体的排异反应,改变这一材料依赖进口的局面。”俞书宏介绍,而像他们研发的高性能仿生材料、新型隔热防火材料、生物质涂料等,也正在与安徽方面接洽,力争尽快实现产业化,让市场。

  俞书宏表示:“做科研的确辛苦,但真正感兴趣,就会苦中有乐。只有兴趣驱动的科研,才是最原汁原味的,也是最有推动力的。”

  当我们来到中国科学技术大学理化大楼8楼的仿生与纳米化学实验室,狭小的空间内摆放了各种各样的实验器材,中间的实验台上大大小小的化学试剂整齐的陈列在工作台上。

  原以为我们会在实验室亲眼看见俞书宏院士的实验过程,询问之下才得知,他正在办公室里工作。听到这,记者产生了一丝疑问,科研工作不应该大多数都在实验室里吗?中国科学技术大学特任教授刘建伟告诉我们,这是对于科学家的一个。科研工作的前期工作是需要时刻了解世界各地科研工作的进展情况和查阅相关资料,团队里的一天中几乎有70%-80%的时间都是坐在电脑前工作,只有充足的前期准备,才能为后来的工作打下良好的基础。

  在投身科学研究的同时,俞书宏也非常重视人才培养,注重学生养成良好的学习习惯。他给予了学生宽松、舒适的科研氛围,主张发挥学生学习的主动性,认为兴趣是学习最好的老师,应该让学生主动学习,热爱学习。他幽默风趣、生动形象的教学方式深受学生们的喜爱,促使更多的人投身到了科研工作中。

  在教学上,俞书宏告诉学生,科研不是故步自封,他希望学生能够按照自己的兴趣发挥潜能,而不是住他们的思维,紧紧围绕一个点进行研究。正所谓“条条大通罗马”,一条不通就要及时换思,换途径。他提倡学习的自主性,而他对学生而言,起到的则是引导与把关的作用。

  中国科学技术大学副研究员高怀岭告诉记者:“科研应当遵循着从发现到发明再到创造的一种过程,这也是俞书宏院士引导我们进行科研的一种思维模式。”

  在外人眼中,俞书宏是一个杰出的科学家,而在他的学生眼里,他就是一个普通的优秀教师。他是一个极具感染力的人,他经常告诉自己的学生,“要认为自己是最优秀的人,你们的目标不应该止步于毕业之后找到一份好的工作,而应该将目光放得长远,立志于为国家解决那些难以完成的‘卡脖子’问题。”他的话常能够将学生号召起来,共同去做一些很难解决的科研难题。

  早上7点多到实验室,晚上快11点离开,这几乎是俞书宏工作的常态。在他的眼里,似乎没有周末,没有假期,科研工作就是他的全部。每次出差回来,他的落脚点永远是实验室,直至他将最后一份工作邮件回复完成才会回家。

  在对待科研工作上,俞书宏学生应该志存高远,坐得了“冷板凳”,专注一个方向,做从“0”到“1”的原创性工作;而不是围着“帽子”和“票子”转;其次,要积极与同事及其他领域的研究者开展合作,不要故步自封,科研上的交流合作常常会产生“1+1远大于2”的效果。

  作为一名优秀的导师,俞书宏时常在学生进行科研工作时耐心地进行,鼓励他们进行创新思维。迄今为止,由他培养的博士就超过了80人,其中有多人获全国优博、中科院优博和中科院院长特别,而他自己于2019年当选中国科学院院士。

  作为一名科研专家,十几年的科研时间让他获得多项荣誉。他曾以第一完获2010年和2016年国家自然科学二等,2018年获得安徽省重大科技成就,2010年获得国际水热-溶剂热联合会Roy-Somiya章和Chem Soc Rev新科学家、中国青年科技等多个项。

  千磨万击还坚劲,任尔东西南北风。十几年的时间,俞书宏深深扎根在科学研究的道上,荣获了无数的荣耀。但俞书宏表示,再辉煌的成绩都会成为过去,它最终只会成为一个新的起点。俞书宏希望年轻人在确定自己科研方向时,多结合国情,多思考国家战略和老百姓日常生活中的需求,用自己所学回会。

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