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【新安晚報】西藏快三院士俞書宏:巧奪天工的仿生大師

 

時間:2020-06-24
來源:新安晚報  【責任編輯:】
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  新安晚報 安徽網 大皖客戶端訊   海灘旁撿到的貝殼能在實驗室里人工合成出來嗎?答案是肯定的,來自中國科大的俞書宏院士近年來建立了人工仿生合成珍珠母、人工木材等多級結構材料的合成方法,闡釋了其生長機理,發現了無機仿生材料跨尺度合成的新途徑,在無機化學領域取得了突出成就。對于所做的這些研究,他說都是為了今后能夠借用這一機理,在實驗室中制作諸如人工骨骼和牙齒等,應用在老百姓觸手可及的醫療以及多個生活領域。 

   

  俞書宏

  深耕:在仿生材料領域不斷取得新突破 

  仿生材料指模仿生物的各種特點或特性而開發的材料。俞書宏介紹說,自然就像是一個先進的“合成工廠”,不斷制造出具有各種奇異功能的生物材料或生物體,通過對這些生物材料的結構和性能研究,能為人們在微尺度上的仿生材料設計開辟新的途徑。 

  俞書宏表示,人類對生物礦物的研究已逾百年,主要研究對象包括貝殼、骨骼、牙齒、磁小體、硅藻等,研究內容包括礦化生長機理和生物礦物微觀結構等。通過對生物礦物微觀結構的觀察和深入研究,人們認識到多級有序結構對材料宏觀性能的提升能起到至關重要的作用,從而開啟了對仿生結構材料的研究。 

  多年來,俞書宏在科研上得到的啟示,很多源于大自然。“我自2002 年回國以來,便基于自然啟發,開始從事仿生材料領域的研究工作。從早些年無機納米材料的仿生合成,到近年來對宏觀尺度納米復合結構材料的仿生制備及應用,進行了較系統的探索研究。” 

  俞書宏說,目前他帶領課題組在仿生材料方面取得了系列進展,包括建立和發展了系列無機納米材料的仿生合成、自組裝技術及模擬生物礦化方法,并基于這些技術方法成功仿生合成了多種神奇的宏觀尺度輕質高強新材料。 

  例如與天然珍珠母高度類似的人工合成珍珠母;受北極熊毛發中空結構啟發,研制的新型輕質、保溫、隔熱碳材料;防火、隔熱、耐腐蝕的仿生聚合物木材等。他表示,目前很多成果也在往安徽省的相關領域進行成果轉化。 

  2016 年,參照軟體動物合成天然珍珠母的砌墻式策略,俞書宏和團隊提出一種新的“組裝與礦化”合成方法,從源頭模仿天然貝殼珍珠層的形成過程和化學組分,在世界上首次成功礦化合成了人工珍珠母。這種仿珍珠母材料的化學組分、結構,與天然珍珠母相似,力學性能相當,密度更低,具有優越的抗斷裂性能。 

  發展:關注基礎科學問題錨定研究方向 

  對于當前納米材料合成面臨的問題,俞書宏指出,簡單組分與結構的納米材料的可控合成已十分成熟,但其穩定性及服役性能往往不佳,難以滿足實際應用需求。“在進行材料設計時,也應該以功能化應用為導向,而非漫無目的地將原材料加進去、一鍋法反應后再簡單評估產物形貌和質量如何。” 

  他判斷,設計制備新型多組分異質納米結構,以及實現對納米結構單元的表界面性質的調控,將會是未來納米材料合成領域研究的重要方向之一。 

  

俞書宏課題組研究人員正在工作。 

  對于無機納米線的宏量制備,俞書宏則強調了對基礎科學問題的理解。實現一種納米材料的宏量制備,表面上看似乎是個單純的工程問題,但在這個過程中,大規模的宏量制備和小規模的實驗室制備是完全不同的物理和化學過程。如何保證宏量制備納米材料的組分與形貌的一致性和穩定性,其中也涉及大量的基礎科學問題,需要研究者對納米材料合成的條件、機理與過程有深入和細致的了解。 

  最近,俞書宏帶領課題組實現了纖維素納米纖維的宏量制備,相對于成本高、過程復雜、耗時超過3 天的傳統制備方法,他們研發的方法可以在半小時內實現纖維素納米纖維的快速宏量制備,且具有更好的形貌和性能。“這主要是因為,我們對一系列關鍵基礎科學問題進行了深入研究,基于這些研究結論,設計并引入了一系列全新的化學和物理調控手段。” 

  責任:用兩個等式鞭策年輕人不斷進步 

  在從事仿生材料研究的近20 年里,俞書宏屢屢創新,不斷突破原有成就。俞書宏表示,點滴成績都是過去,作為普通科研人員,他感到大家遇到了一個新時代,不論是在全國還是安徽,對科教越來越重視,科技創新對經濟、社會包括在國際上大國的地位,都起到重要的支撐作用。 

  他說,科技創新正在祖國大地蓬勃開展,這更迫切需要廣大科技工作者積極投身其中,奉獻智慧和力量,把本職工作做好。目前國家急需從0 到1 的基礎研究和“卡脖子”技術的突破,他將繼續堅持前瞻性、高水平的科學研究和高端人才培養工作,積極推動科研成果的轉化和應用,為加快創新型國家建設作出應有的努力。 

  對于如何做好基礎研究、對年輕的科研人員又有哪些建議,俞書宏表示,首先應志存高遠,坐得了“冷板凳”,專注一個方向,堅持做一些從0 到1 的原創性工作。“要培養自己面對困難的勇氣和解決問題的能力,而不是圍著‘帽子’和‘票子’轉。”其次,應重視與同事及其他領域研究者的合作,不要故步自封,科研合作經常是“1+1 遠大于2”,“希望年輕人在確定科研方向時,多結合國情,多思考國家戰略和老百姓日常生活中的需求,用所學回報社會。” 

  在俞書宏院士課題組中,副研究員高懷嶺在中國科大度過了10年時光。在實驗室里,他很愛穿一件內部定做的文化衫,背后寫了兩個等式,他說那是俞老師的名言:1.01的365次方=37.8,0.99的365次方=0.03。兩個等式乍一看沒什么差別,可是結果卻是大相徑庭。他解釋說:“俞老師也在用這樣的方式激勵年輕科研工作者,不能懈怠,每天都要進步,哪怕只有一點點,一年下來也會有收獲。”  

  新安晚報 安徽網 大皖客戶端 記者陳牧 攝影報道 

  □院士檔案 

  俞書宏,1967年8 月生,合肥廬江人,中國科學技術大學化學系教授,博士生導師,2019 年當選中國科學院院士。現任合肥微尺度物質科學國家研究中心納米材料與化學研究部主任,中國科大蘇州研究院副院長,安徽省化學學會理事長,中國化學會常務理事。 

  目前已在國際頂尖期刊發表SCI論文430余篇,被引用52300余次,H因子128,2014-2019年連續入選全球高被引科學家名錄。以第一完成人兩次獲得國家自然科學二等獎,2018 年獲安徽省重大科技成就獎,曾獲國際水熱-溶劑熱聯合會Roy-Somiya 獎章、英國皇家化學會《化學會評論》新科學家獎、第四屆中國化學會-德國巴斯夫公司青年知識創新獎、第十屆中國青年科技獎,以及第二屆全國創新爭先獎章等。 

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