中新網蘭州11月29日電 (記者 丁思 李亞龍)「如果讓我選擇，在黑暗中摸索，或者走一條光明大道，我想走一條沒人走過、沒人想過的路。我不害怕在黑暗中摸索，沒有黑暗也就沒有光明。」蘭州大學物理科學與技術學院李建功教授團隊用20年時間，研製出製備韌性氧化鋁陶瓷的原料——剛玉納米顆粒，他接受記者採訪談及他所認為的「科研的美妙之處」。
與陶瓷「較勁」，黑暗中摸索20年
之所以鍾情於陶瓷研究，在李建功看來，「這是中國人最為寶貴的文化」。「中國的陶瓷技術在歷史上享譽世界，china用作陶瓷的英語也可以顯示出，陶瓷就是中國的標誌。」李建功說，希望再次復興陶瓷文化是他研究陶瓷的「文化」情懷；其次，陶瓷在生活中的廣泛應用性，有著耐高溫、耐腐蝕等諸多優點，但「脆弱易碎、韌性不足」是它的致命弱點。
陶瓷，屬於材料家族的一份子，比塑料硬朗，比木頭光滑，比金屬耐腐蝕、抗氧化、耐高溫；在人們的生活中無處不在，也是現代社會生產生活最常用到的三大材料之一。
氧化鋁陶瓷是「陶瓷家族」中綜合性能最好、價格最低、最常用的陶瓷。阿爾法氧化鋁，也叫剛玉，是大塊氧化鋁熱力學上最穩定的一種。
1997年，本科期間學習金屬材料，80年代師從國際著名材料科學家、納米材料研究領域開創者、德國科學院院士赫伯特·格萊特教授的李建功，無意間看到《Science》發表的普林斯頓大學Navrotsky團隊的一篇論文，上面寫道：阿爾法氧化鋁(剛玉)，當比表面積高於100㎡/g，或顆粒尺寸小於15納米時，成為熱力學非穩定相，這成為了剛玉納米顆粒製備的瓶頸和「魔咒」，很多人嘗試多年都無法突破。
「《Science》否定了的方向肯定是很難突破的，通常人不會選擇，這對我來說就是一個無人競爭的好機會，我不需要和他人比速度。更重要的是，如果開發出剛玉納米顆粒，這件事本身就非常有價值。哪怕最後我失敗了，失敗本身也是一種成果。」李建功的「逆向思維」，讓他決定與剛玉納米顆粒「死磕」。
春去秋來，送走20屆學生，李建功帶領團隊一走就走了7000多個日夜。
打破學科「魔咒」，解決卡脖子難題
當剛玉納米顆粒尺寸小於15納米時，每個顆粒因為表面能過高而就變成了一個個活躍的「熊孩子」，在一起「抱團兒」。它們「親密無間」，怎麼拽也拽不開，專業術語稱之為燒結或硬團聚。科學家們怎麼「拉扯」它們也「扯」不開，得不到分散的顆粒，也就不能用來製造性能優異的氧化鋁陶瓷，這也成為了剛玉納米顆粒製備的瓶頸和「魔咒」。
1998年至2003年間，李建功笑言，是團隊「驗證別人觀點都是正確的5年」，他們嘗試了此前研究者提出的各種方法，都行不通，看來《Science》那篇文章說的可能是真的。
2003年至2008年，李建功帶領學生通過第二相包覆來降低剛玉表面能，或者提供充足能量讓剛玉納米顆粒在非平衡條件下形成。2008-2013年間，多名研究生按照李建功的思路做實驗，卻只得到了15納米以上的顆粒。
10多年過去了，仍舊沒有打破「魔咒」，團隊裡有不少學生放棄。2013年6月的一天，李建功的研究生蒲三旭隨手將離心分離後看似清澈無物的離心清液倒入用過的廢鹽酸燒杯中，原本清澈的廢液突然變渾濁，沒想到這一次意外竟成為了團隊科研突破的重大轉折點。
用不同濃度的鹽酸讓不同尺寸的納米顆粒沉降的「分級聚沉法」、共沉澱-煅燒-選擇腐蝕法、球磨法……就這樣，團隊從幾百納米做到30納米、再到20納米，再到偶爾見15納米的顆粒，最終做到3.3納米。
這一進步用了近20年，李建功團隊真正在剛玉納米顆粒方向達到世界最高水平。
加強國際合作，冀復興中國陶瓷技術
李建功團隊不斷改進位備方法、分離工藝，獲得尺寸更小、比表面積更高、尺寸分布更窄的分散、超細、等軸剛玉納米顆粒。該項進展在2020年5月29日國際頂級學術期刊《Science》以評論文章形式發表，引發世界關注。
「困擾這麼多年的難題，竟然是關於化學的問題，如果我早一點請教化學相關的同行，可能會提前突破這個卡點。」20多年在黑暗中的摸索，也讓李建功更加明白，「國際合作非常重要。」
以分散、超細、等軸剛玉納米顆粒為原料，煅燒出緻密度99.5%和平均晶粒尺寸30納米的氧化鋁陶瓷，其韌性比常規多晶氧化鋁陶瓷高60%。
目前，團隊正在以超細剛玉納米顆粒為原料，與國內外合作，通過超高壓熱壓技術，朝著緻密度99%以上和平均晶粒尺寸15納米以下的超細晶氧化鋁納米晶陶瓷發起衝擊。
近日，麻省理工學院、蘭州大學、賓夕法尼亞大學等機構科研人員合作，在塊體納米晶和超細晶材料領域取得重要進展，首次提出「超均勻納米晶材料」的概念，並進行了系統的理論分析和實驗論證。
讓李建功欣喜的是，就在前幾日，導師赫伯特·格萊特被聘為蘭州大學兼職院士，這也是蘭州大學歷史上選聘的第一位外籍雙聘院士。
格萊特院士將在蘭大促進材料、納米科技及相關學科的發展，指導青年教師、培養研究生；以適時開設前沿講座、選修課程形式，開展前沿科學介紹和研究理念指導；推動相關領域人員深度開展國際合作。
「如果有一天，我們把納米陶瓷也做到世界第一，那麼也是為復興中華文化貢獻了自己的力量。」李建功心中復興中國陶瓷文化至世界領先的夢想越來越近了。
在未來，也許你手中的納米陶瓷水杯掉在地上不會摔碎；將納米剛玉顆粒塗在車床高耐磨度刀具表面，「削鐵如泥」就會變成現實。