走进科大



俞书宏:会变戏法的材料“魔术师”

发布者:黄聃发布时间:2019-11-22浏览次数:10


11月22日,中国科学院公布2019年新增选院士名单,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心纳米材料与化学研究部主任俞书宏榜上有名。被誉为材料“魔术师”的俞书宏,自2002年回国以来,一直从事无机合成化学研究,在无机化学领域取得了突出成就,成功矿化合成了人工珍珠母等多种神奇的新材料。“入选院士是对我的鼓励,看到自己的研究成果得到国内外同行的认可,特别开心。”俞书宏表示,今后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。    


感恩大自然的启示


俞书宏喜欢自然界的矿物质和动植物,更喜欢琢磨它们的结构。无论是贝壳、珍珠,还是北极熊、爬山虎,都成了他的研究对象。“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启发。”俞书宏坦言,人类应该感恩大自然的启示。

经过几十万年的进化,生命体系如软体动物创造了诸如珍珠母等性能卓越的矿物材料。天然贝壳珍珠母,具有超乎想象的机械强度和韧性,但如何仿生制备人工珍珠母,是一个世界公认的难题。“贝壳是一个保护软体动物的重要矿物,它的形成过程非常有趣。贝壳是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,在世界上首次成功矿化合成了人工珍珠母。这种仿珍珠母材料的化学组分、结构,与天然珍珠母相似,力学性能相当,密度更低,具有优越的抗断裂性能,研究成果登上世界顶级学术期刊《科学》。

受北极熊毛发中空结构的启发,俞书宏团队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。”俞书宏透露。

实现仿生材料系列化,提升传统材料性能,是俞书宏一直努力的方向。近年来,他研究发现了聚合物和有机小分子模板对纳米结构单元的尺寸、形状、晶相的调控规律;建立人工仿生合成珍珠母、仿生聚合物木材、超弹性抗疲劳材料等多级结构材料的合成方法;提出的软-硬模板效应协同控制生长的机制,被成功用于宏量制备高质量纳米线和纳米电缆。近20年来,他3次荣获国家自然科学二等奖,其中2次是以第一完成人身份获奖。2018年,他还摘得安徽省重大科技成就奖。

        

眼光远才能飞得高


“做科研一定要志存高远,不能急功近利天天围着‘帽子’‘票子’转,要选择适合自己的方向去创新,不能老跟着别人跑。”俞书宏认为,做科研不能总做“短平快”的项目,而应该把眼光放远一点,这样才能飞得更高。

在俞书宏看来,材料对于人类的发展影响巨大,人类文明的进展可以按照材料来划分,比如石器时代、青铜器时代、铁器时代、硅器时代等,一种革命性的新材料可以颠覆一种产业,甚至改变整个世界。当前,我国在很多高技术领域被国外“卡脖子”,其实很重要的一个方面就是关键材料被“卡脖子”。“我们要紧紧瞄准从0到1的原始创新,为自己定下一个更高的目标,多解决材料方面的‘卡脖子’问题,为国家的发展做一点贡献。”俞书宏说,中国科学家完全有能力、有信心做更好的创新。

碳酸钙在自然界随处可见,很多人认为没啥可做,但俞书宏从2002年回到中科大工作后,一直在跟碳酸钙打交道。“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。

眼光远,还要真行动。“做科研就像跑马拉松,如果在最后几圈,你想挤进去,必须要有足够的力量和充分的准备。”俞书宏语重心长地说,无论做什么事情都贵在坚持,遇到困难不气馁,“虽然付出了未必有回报,但不付出肯定没回报”。

实验室的成果,只有转化为实实在在的产品,才能变成现实生产力。“未来,我们会努力把自己的成果推向实用化。”俞书宏介绍,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,正在与安徽方面接洽转化,力争尽快实现产业化,让成果走向市场。

    

兴趣是最好的老师

    

“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。”俞书宏说,他从事科研的动力是源于对自然和科学的热爱。“自然界给了人类非常多的启发,给我们的创新提供了源泉。”

一个人对于一种专业的兴趣,未必天生就有,很多时候需要培养。“我高中的时候,学的最好的是数学。高考时,考得最好的却是化学。”俞书宏笑言,他上大学时选择无机化学作为专业,纯属“机缘巧合”,但在学习的过程中逐渐对无机化学产生了浓厚的兴趣。上世纪90年代中期,他进入中科大读博士,师从著名无机化学家钱逸泰院士。读博士期间,他与老师等合作完成的 “纳米非氧化物的溶剂热合成与鉴定”项目,就夺得2001年度国家自然科学二等奖。

“钱老师特别注重对学生兴趣的呵护,在你低谷的时候给你鼓励,在你骄傲的时候适时泼点冷水。如今,钱老师快80岁的高龄,仍然坚持亲自带学生,还在一线工作,这一点大家非常敬佩。”俞书宏回忆说,老师对学生的世界观、人生观、价值观影响非常大,很多时候这种影响是潜移默化的。在他自己当老师后,他传承了钱逸泰院士的治学精神,更加注重培养学生对科研的兴趣,并引导学生养成良好的科研习惯。目前,他培养的博士生已有80余人,其中6人入选中组部“青年千人计划”。

早上7点多到实验室,晚上快11点离开,这是俞书宏工作的常态。“你现在不缺科研经费,也不需要发论文,为何还有这么大的干劲?”他的学生经常问。“我们拿了国家这么多研究经费,必须争分夺秒,要拿出有‘含金量’的东西来,回报国家和社会。”俞书宏表示。 


(新闻中心)