從0到1,最有意義的創新(治學)

2020-12-05 光明時政

  人造蜘蛛絲、人工肌肉……南開大學80後材料學教授劉遵峰——

  從0到1,最有意義的創新(治學)

  本報記者 朱 虹

  核心閱讀

  潛心於創新性研究,醉心於從0到1的突破,將天馬行空的思路與腳踏實地的應用相結合——在南開大學80後材料學教授劉遵峰看來,新材料的世界魅力無窮。他的多項研究成果發表在國際權威期刊。在他眼中,做科研的基本素質是好奇心和意志力。

  一件智能材料衣服,可以感知皮膚表面溼度,出汗時長袖變為短袖,汗幹後又恢復如初……

  一條人造蜘蛛絲,可以承受很大重量,緩慢拉伸且不會像橡皮筋一樣快速回彈,當遇到高層火災時,人們可以藉助它緩降自救……

  在南開大學化學學院80後教授、博士生導師劉遵峰的實驗室裡,這些天方夜譚般的新材料,都已成為可能。《科學》等國際權威期刊發表了他的多項研究成果。

  最喜歡——

  通過科研改變人類生活

  「人類的發展歷程也是材料的發展歷程,試想一下,如果我們能造出怎麼拉都不會斷的線,或許可以把地球和月球連接起來。」談起材料學,劉遵峰神採奕奕。在他眼裡,通過新型高分子功能材料研究,找出更強、更智能的材料,就是探索世界的奧秘。

  劉遵峰坦言,他喜歡創新性研究,「做科研不跟風追熱點,我最喜歡通過科研改變人類生活,我對未知充滿好奇。」

  2008年,劉遵峰到荷蘭萊頓大學做博士後,合作導師幫他選的研究題目是納米材料分離蛋白質,並輔助分析蛋白質的結構。這個課題很難,也很冷門,研究進展非常緩慢,好幾年也沒發表過重量級的論文。「但多年以後證明,當初的研究開創了一種新的方法來分析蛋白質的結構問題。」劉遵峰說,這段經歷讓他更深切地感受到,「創新性研究最為艱難,從0到1,是最有意義的創新。」

  劉遵峰把目光投向了一個「零」。目前,空調和冰箱廣泛應用壓縮原理製冷,製冷效率一般低於60%。如何提升製冷效率?常用的改進思路著眼於更換製冷劑、結構設計等方式,而劉遵峰並不滿足於此。他的團隊參與的一項研究,初步證實了「扭熱製冷」技術,這是一種新型柔性製冷方法,使用橡膠、釣魚線、紡織線等材料像「扭麻花」一樣實現製冷,製冷效率可以達到67%,還能降低製冷成本。「之前,人們並沒有意識到這些普通的材料可以用來製冷。」劉遵峰說,這種新型製冷技術為製冷領域擴充了一個新的板塊,為降低製冷領域能源損耗提供了新的途徑。這一研究發現,刊載於2019年10月11日在線出版的《科學》雜誌上,劉遵峰是論文的通訊作者。

  2013年,劉遵峰開始接觸智能材料,他現在的科研創新主線是,通過分析利用材料的特殊結構,發現材料的新性質,找到新的應用。

  在劉遵峰眼裡,創新思路可以天馬行空,但應用還得腳踏實地。「人工肌肉」可以模擬人類、動物的肌肉,在醫學、航空航天等領域具有廣泛的應用前景。然而,此前製備「人工肌肉」纖維主要採用納米碳材料等,造價昂貴、工藝複雜、舒適性差。劉遵峰帶著團隊獨闢蹊徑,利用天然純蠶絲代替傳統納米碳材料,不使用化學修飾和添加劑,通過常規工業流程來製作智能衣物。

  最興奮——

  心中的問號被「拉直」

  主持多個國家自然科學基金項目,入選國家、天津市等高端人才計劃……劉遵峰的簡歷讓人羨慕,然而他卻坦言,自己本科成績不拔尖,研究生也不是保送的,「我並不是老師眼中的學霸」。

  學生時代,相比於刷題取得高分,劉遵峰更痴迷於弄清楚問題背後的原理。牛頓第二定律中,加速度表示的到底是什麼意思呢?劉遵峰高中時曾對這個問題冥思苦想了一個星期。「這種思維模式,為我後來開展創新性研究打下了堅實的基礎。」劉遵峰說。

  1998年,劉遵峰考入南開大學化學系。在圖書館,劉遵峰發現了「新大陸」。每天除了上課,他幾乎全部時間都泡在圖書館,對不同領域都有涉獵,經濟、哲學、物理、生物等。回想起當年的經歷,劉遵峰感慨萬千:「大量涉獵各學科知識,極大地提升了我對事物的認知,這種認知方式促進了科研中的創新。」

  劉遵峰說,他最興奮的就是心中的問號被「拉直」。創新研究就像一棵大樹,有了牢固的根基,還要有很多枝杈才能枝繁葉茂,枝杈多了發現新現象的可能性也會增加。「你得知道世界上有什麼,才能知道沒有什麼」。在他的研究中,除了用到化學、材料學知識,還大量應用了物理、數學、生物等知識。

  最希望——

  學生為國家做更大貢獻

  2016年,劉遵峰到南開大學任教,擔任博士生導師,帶了十幾個碩士和博士研究生。博士生王潤忘不了研究「扭熱製冷」項目時的一次經歷。「當時測出『扭熱製冷』拉長7倍的橡膠收縮降溫的溫度數據一直很準確穩定,然而就在我們準備撰寫論文的時候,數據突然變化了,相差1—2攝氏度。」王潤回憶。

  劉遵峰帶著大家找原因。排查機器情況、樣品製備是否重複、操作手法是否規範、計算是否錯誤,一一排除後,研究還是陷入了僵局。王潤說:「我們百思不得其解,甚至懷疑之前的測試數據不準確。劉老師鼓勵我們不要放棄,為了獲得重複數據,折騰幾個月很正常。」最終他們發現,原來是天津夏天溼度較大,造成實驗數據發生了變化。

  劉遵峰常說:「好奇心和意志力,是做科研的基本素質。」學生們都知道,如果受到批評,肯定是因為做事敷衍。劉老師樂觀溫和,對學生們關心而寬容。在劉遵峰眼裡沒有壞學生,「他們只是還沒學會方法」。

  「最希望我的學生快速成長,將來為國家做更大貢獻。」劉遵峰說。

[ 責編:袁晴 ]

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