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【新安晚报】中科院院士俞书宏:巧夺天工的仿生大师

 

时间:2020-06-24
来源:新安晚报  【责任编辑:】
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  新安晚报 安徽网 大皖客户端讯   海滩旁捡到的贝壳能在实验室里人工合成出来吗?答案是肯定的,来自中国科大的俞书宏院士近年来建立了人工仿生合成珍珠母、人工木材等多级结构材料的合成方法,阐释了其生长机理,发现了无机仿生材料跨尺度合成的新途径,在无机化学领域取得了突出成就。对于所做的这些研究,他说都是为了今后能够借用这一机理,在实验室中制作诸如人工骨骼和牙齿等,应用在老百姓触手可及的医疗以及多个生活领域。 

   

  俞书宏

  深耕:在仿生材料领域不断取得新突破 

  仿生材料指模仿生物的各种特点或特性而开发的材料。俞书宏介绍说,自然就像是一个先进的“合成工厂”,不断制造出具有各种奇异功能的生物材料或生物体,通过对这些生物材料的结构和性能研究,能为人们在微尺度上的仿生材料设计开辟新的途径。 

  俞书宏表示,人类对生物矿物的研究已逾百年,主要研究对象包括贝壳、骨骼、牙齿、磁小体、硅藻等,研究内容包括矿化生长机理和生物矿物微观结构等。通过对生物矿物微观结构的观察和深入研究,人们认识到多级有序结构对材料宏观性能的提升能起到至关重要的作用,从而开启了对仿生结构材料的研究。 

  多年来,俞书宏在科研上得到的启示,很多源于大自然。“我自2002 年回国以来,便基于自然启发,开始从事仿生材料领域的研究工作。从早些年无机纳米材料的仿生合成,到近年来对宏观尺度纳米复合结构材料的仿生制备及应用,进行了较系统的探索研究。” 

  俞书宏说,目前他带领课题组在仿生材料方面取得了系列进展,包括建立和发展了系列无机纳米材料的仿生合成、自组装技术及模拟生物矿化方法,并基于这些技术方法成功仿生合成了多种神奇的宏观尺度轻质高强新材料。 

  例如与天然珍珠母高度类似的人工合成珍珠母;受北极熊毛发中空结构启发,研制的新型轻质、保温、隔热碳材料;防火、隔热、耐腐蚀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关领域进行成果转化。 

  2016 年,参照软体动物合成天然珍珠母的砌墙式策略,俞书宏和团队提出一种新的“组装与矿化”合成方法,从源头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。 

  发展:关注基础科学问题锚定研究方向 

  对于当前纳米材料合成面临的问题,俞书宏指出,简单组分与结构的纳米材料的可控合成已十分成熟,但其稳定性及服役性能往往不佳,难以满足实际应用需求。“在进行材料设计时,也应该以功能化应用为导向,而非漫无目的地将原材料加进去、一锅法反应后再简单评估产物形貌和质量如何。” 

  他判断,设计制备新型多组分异质纳米结构,以及实现对纳米结构单元的表界面性质的调控,将会是未来纳米材料合成领域研究的重要方向之一。 

  

俞书宏课题组研究人员正在工作。 

  对于无机纳米线的宏量制备,俞书宏则强调了对基础科学问题的理解。实现一种纳米材料的宏量制备,表面上看似乎是个单纯的工程问题,但在这个过程中,大规模的宏量制备和小规模的实验室制备是完全不同的物理和化学过程。如何保证宏量制备纳米材料的组分与形貌的一致性和稳定性,其中也涉及大量的基础科学问题,需要研究者对纳米材料合成的条件、机理与过程有深入和细致的了解。 

  最近,俞书宏带领课题组实现了纤维素纳米纤维的宏量制备,相对于成本高、过程复杂、耗时超过3 天的传统制备方法,他们研发的方法可以在半小时内实现纤维素纳米纤维的快速宏量制备,且具有更好的形貌和性能。“这主要是因为,我们对一系列关键基础科学问题进行了深入研究,基于这些研究结论,设计并引入了一系列全新的化学和物理调控手段。” 

  责任:用两个等式鞭策年轻人不断进步 

  在从事仿生材料研究的近20 年里,俞书宏屡屡创新,不断突破原有成就。俞书宏表示,点滴成绩都是过去,作为普通科研人员,他感到大家遇到了一个新时代,不论是在全国还是安徽,对科教越来越重视,科技创新对经济、社会包括在国际上大国的地位,都起到重要的支撑作用。 

  他说,科技创新正在祖国大地蓬勃开展,这更迫切需要广大科技工作者积极投身其中,奉献智慧和力量,把本职工作做好。目前国家急需从0 到1 的基础研究和“卡脖子”技术的突破,他将继续坚持前瞻性、高水平的科学研究和高端人才培养工作,积极推动科研成果的转化和应用,为加快创新型国家建设作出应有的努力。 

  对于如何做好基础研究、对年轻的科研人员又有哪些建议,俞书宏表示,首先应志存高远,坐得了“冷板凳”,专注一个方向,坚持做一些从0 到1 的原创性工作。“要培养自己面对困难的勇气和解决问题的能力,而不是围着‘帽子’和‘票子’转。”其次,应重视与同事及其他领域研究者的合作,不要故步自封,科研合作经常是“1+1 远大于2”,“希望年轻人在确定科研方向时,多结合国情,多思考国家战略和老百姓日常生活中的需求,用所学回报社会。” 

  在俞书宏院士课题组中,副研究员高怀岭在中国科大度过了10年时光。在实验室里,他很爱穿一件内部定做的文化衫,背后写了两个等式,他说那是俞老师的名言:1.01的365次方=37.8,0.99的365次方=0.03。两个等式乍一看没什么差别,可是结果却是大相径庭。他解释说:“俞老师也在用这样的方式激励年轻科研工作者,不能懈怠,每天都要进步,哪怕只有一点点,一年下来也会有收获。”  

  新安晚报 安徽网 大皖客户端 记者陈牧 摄影报道 

  □院士档案 

  俞书宏,1967年8 月生,合肥庐江人,中国科学技术大学化学系教授,博士生导师,2019 年当选中国科学院院士。现任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,中国科大苏州研究院副院长,安徽省化学学会理事长,中国化学会常务理事。 

  目前已在国际顶尖期刊发表SCI论文430余篇,被引用52300余次,H因子128,2014-2019年连续入选全球高被引科学家名录。以第一完成人两次获得国家自然科学二等奖,2018 年获安徽省重大科技成就奖,曾获国际水热-溶剂热联合会Roy-Somiya 奖章、英国皇家化学会《化学会评论》新科学家奖、第四届中国化学会-德国巴斯夫公司青年知识创新奖、第十届中国青年科技奖,以及第二届全国创新争先奖章等。 

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