“執(zhí)著”連通納米材料與現(xiàn)實(shí)世界
——記南方科技大學(xué)化學(xué)系黃立民教授

本刊記者 王 軍

“執(zhí)著”連通納米材料與現(xiàn)實(shí)世界
——記南方科技大學(xué)化學(xué)系黃立民教授

本刊記者 王 軍

上個(gè)世紀(jì)，錢學(xué)森院士曾經(jīng)預(yù)言：“納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科技發(fā)展的特點(diǎn)，會(huì)是一次技術(shù)革命，從而將是21世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命?！睍r(shí)光荏苒，在21世紀(jì)的今天，納米技術(shù)基礎(chǔ)理論研究和新材料開發(fā)等應(yīng)用研究都得到了快速的發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程也正如火如荼。

在中國，很多科學(xué)家在納米材料領(lǐng)域做出了卓越的成績，南方科技大學(xué)化學(xué)系黃立民教授就是他們中的一員，他擁有超過十五年關(guān)于納米材料合成，表征和應(yīng)用的研究經(jīng)驗(yàn)，他在軟模板技術(shù)與納米晶體自組裝，納米多孔材料，單壁碳納米管的定向生長、表征及其應(yīng)用和可打印的鈣鈦礦納米氧化物晶體等多個(gè)納米研究領(lǐng)域作出了大量創(chuàng)新性的工作。

在神秘的納米材料世界里，黃立民以他對(duì)納米材料研究的執(zhí)著追求連通起納米材料與現(xiàn)實(shí)世界。

決意回國 白手起家

要不是一次演講，黃立民如今應(yīng)該依然在美國安居樂業(yè)。

一次偶然的機(jī)會(huì)，黃立民在哥倫比亞大學(xué)遇到了朱清時(shí)，這位中國科學(xué)院院士，原中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長正在進(jìn)行一場(chǎng)關(guān)于創(chuàng)建南方科技大學(xué)（以下簡稱：南科大）的演講。朱清時(shí)那番“改革，是南科大之魂，要辦出一所不一樣的大學(xué)”的話語令黃立民心底那份創(chuàng)業(yè)的想法再次掀起波瀾。

一番聯(lián)絡(luò)之后，黃立民滿懷熱情的投入到了這場(chǎng)中國高等教育的改革當(dāng)中，從此，“建設(shè)南科大”成了他的關(guān)鍵詞。

2012年，黃立民初到南科大，當(dāng)時(shí)全校僅有兩棟辦公樓，根本不可能有獨(dú)立的辦公室和屬于自己的實(shí)驗(yàn)室?！耙苍S我跟南科大有緣，我剛來不久，南科大就‘去籌’成功，拿到教育部‘準(zhǔn)生證’的時(shí)候，恰好是我生日前夕?！?/p>

作為一所國內(nèi)初創(chuàng)高校，教學(xué)和招生是不可回避的難題。對(duì)于工作，黃立民懷著極大的熱情，義不容辭地承擔(dān)了化學(xué)系“物理化學(xué)”的全英文教學(xué)、編寫教學(xué)大綱和培養(yǎng)方案的工作。除此之外，他還連續(xù)3年擔(dān)任湖北省招生組組長，3年間他幾乎走遍了整個(gè)湖北的重點(diǎn)中學(xué)。

除了招生，實(shí)驗(yàn)的建設(shè)也離不開黃立民的親力親為。從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、施工，到通風(fēng)廚的安裝，事無巨細(xì)，他都全程參與。他把自己完全了投入了工作中，體驗(yàn)著這份創(chuàng)業(yè)的艱辛與喜悅。

辛苦的付出必然會(huì)換來滿意的回報(bào)。經(jīng)過兩年的奮斗，南方科技大學(xué)已經(jīng)改頭換面，隨著新校區(qū)的投入使用，目前，黃立民已經(jīng)初步建設(shè)起了屬于自己的科研實(shí)驗(yàn)室和研究團(tuán)隊(duì)。實(shí)驗(yàn)室條件已經(jīng)初具規(guī)模，可以和在美國的實(shí)驗(yàn)室條件相媲美，從材料的合成，器件的構(gòu)建和性能的測(cè)試等都基本可以在自己的實(shí)驗(yàn)室里完成，學(xué)校的公共測(cè)試平臺(tái)也開始著手建立。

最讓他感到欣慰的是，在克服了科研上的種種困難后，黃立民的科研團(tuán)隊(duì)終于開始在Nature出版社的Scientific Reports上發(fā)表文章了。

醉心科研 成果顯著

在奇妙的納米世界里，碳納米管是最具代表性的材料之一。它以具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景，成為全世界科學(xué)家都在關(guān)注和追尋的焦點(diǎn)。

“單壁碳納米管的定向生長，表征及其在電子學(xué)方面的應(yīng)用”是黃立民的研究課題之一。

在哥倫比亞大學(xué)納米中心工作期間，黃立民與IBM TJ Watson研究中心的科學(xué)家合作開發(fā)了以金屬薄膜和介孔材料為基礎(chǔ)的新型催化劑，乙醇為碳源的定向合成獨(dú)立單壁碳納米管的化學(xué)氣相沉積方法，成功地合成出厘米級(jí)長度的可定位定向，可自由懸空的獨(dú)立單壁碳納米管，這使得哥倫比亞大學(xué)納米中心成為世界上首批掌握該定向合成技術(shù)的研究中心，獲得了美國科學(xué)院院士、國際納米權(quán)威Louis Brus教授的高度贊譽(yù)。

在此基礎(chǔ)上黃立民通過與布魯海文國家實(shí)驗(yàn)室 (Brookhaven National Lab)合作，成功地實(shí)現(xiàn)了用電鏡和光譜技術(shù)對(duì)定向懸空的單根單壁碳納米管進(jìn)行原位表征，從而首次將碳納米管的手性結(jié)構(gòu)、電子學(xué)性能與光學(xué)性質(zhì)關(guān)聯(lián)起來看，讓世界知曉可定位定向的單壁碳納米管在構(gòu)建多功能的納米/微電子器件方面提供無可比擬的優(yōu)越性。

“可打印單分散納米材料的合成、表征，多功能納米體系的構(gòu)建, 應(yīng)用及產(chǎn)品研發(fā)”是黃立民的又一研究課題。

在紐約城市大學(xué)能源所和南科大工作期間，黃立民與哥倫比亞大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校的同行們合作從事美國能源部先進(jìn)能源項(xiàng)目研究機(jī)構(gòu)資助的 “Metacapacitors ”研發(fā)項(xiàng)目（1.57百萬美元），主要領(lǐng)導(dǎo)其中可打印鈣鈦礦氧化物納米晶體的合成，器件制造及介電性能測(cè)試的工作。

經(jīng)過不斷的努力，黃立民團(tuán)隊(duì)從理論上成功地建立了研究鈣鈦礦納米晶體材料介電頻率響應(yīng)的理論模型，實(shí)驗(yàn)上首次設(shè)計(jì)合成了可打印、可聚合的鈣鈦礦復(fù)合氧化物納米晶體溶液，全面提升納米介電薄膜的介電性能和機(jī)械強(qiáng)度。該項(xiàng)成果為開發(fā)可快速打印高介電常數(shù)納米材料薄膜技術(shù)及其在LED照明、電容儲(chǔ)能、納米發(fā)電和柔性有機(jī)電子學(xué)等方面的應(yīng)用，提供了廣闊的工業(yè)化前景。

進(jìn)入南方科技大學(xué)后，黃立民將研究方向側(cè)重于開發(fā)可打印的復(fù)合金屬氧化物納米技術(shù)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)基于有機(jī)-無機(jī)強(qiáng)結(jié)合的新型多功能納米體系，并探索其在催化、能源、電子和生物醫(yī)學(xué)診斷方面的應(yīng)用。

由黃立民課題組開發(fā)合成的系列性能可調(diào)的穩(wěn)定的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物納米晶體及其溶液的綠色技術(shù)，可應(yīng)用于大規(guī)模的合成?；谶@種穩(wěn)定的溶液，課題組已經(jīng)著手開發(fā)一種可編程控制的打?。ò?D打印）技術(shù)，在常溫/低溫下可以實(shí)現(xiàn)高通量地定點(diǎn)沉積納米功能體系，該技術(shù)尤其匹配于在柔性載體上有機(jī)電子器件的構(gòu)建。該復(fù)合材料也可用于燃料電池和太陽能轉(zhuǎn)化的電極材料和電催化劑，目標(biāo)是以其穩(wěn)定高效及價(jià)廉等優(yōu)異性能取代昂貴的貴金屬催化材料，開辟廣闊的應(yīng)用前景。

在推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室成果產(chǎn)業(yè)化方面，黃立民“有關(guān)乙醇為碳源定向合成單壁碳納米管技術(shù)”獲得美國專利，并已轉(zhuǎn)讓給美國Adesso Biosciences公司，成功地實(shí)現(xiàn)了單壁碳納米管納米技術(shù)用于分子診斷的產(chǎn)業(yè)化。目前，他正與紐約城市大學(xué)，哥倫比亞大學(xué)，普林斯頓大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校的教授們創(chuàng)立Metacapacitors公司，共同開發(fā)可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能固態(tài)照明的新型LED的驅(qū)動(dòng)器。

積極交流 勇于推銷

多年的科研工作中，黃立民一向推崇“走出去”的原則，他常常對(duì)團(tuán)隊(duì)成員說：“要敢于向外界展現(xiàn)自己，努力把自己‘推銷出去’。”

黃立民自己就一直勇于“走出去”，當(dāng)年在復(fù)旦大學(xué)讀博士，一畢業(yè)就在國家自然科學(xué)基金的資助下去美國巴爾的摩參加了國際分子篩會(huì)議和國際介孔材料研討會(huì)，那時(shí)候國內(nèi)出國開會(huì)的人還寥寥無幾，機(jī)會(huì)難得，會(huì)上，黃立民一次就做了兩個(gè)口頭報(bào)告。出國后，他堅(jiān)持在國際會(huì)議上做口頭報(bào)告。

提到報(bào)告經(jīng)驗(yàn)，黃立民總結(jié)道：“作報(bào)告就像做推銷，從PPT的準(zhǔn)備到演講時(shí)的語言、語調(diào)、內(nèi)容的邏輯性和前后關(guān)聯(lián)、甚至?xí)r間的控制上都要精心準(zhǔn)備，一定要鉆研內(nèi)容，突出要點(diǎn)，才能在短短的15分鐘內(nèi)給大家一個(gè)影響深刻且‘跟得上，聽得懂’的報(bào)告?！?/p>

當(dāng)然報(bào)告不僅僅是報(bào)告，還是一場(chǎng)交流，用黃立民的話來說，“開會(huì)是個(gè)交流新思想，結(jié)交新朋友，拓展自己社交圈子的好機(jī)會(huì)，一定要走出去，敢講多講，不要怕自己英文不好。自己人扎堆講中文是最要不得的，因?yàn)閯e人一看你們?cè)阎v自己的語言，就不過來跟你交流了，你就喪失了很多走出去和別人交流的機(jī)會(huì)。當(dāng)然我自己也有這個(gè)慣性，所以時(shí)時(shí)刻刻提醒自己一定要注意。”

黃立民，南方科技大學(xué)化學(xué)系教授，樹仁書院副院長。1997年獲復(fù)旦大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位；2000～2005年先后在美國加州大學(xué)河濱分校和哥倫比亞大學(xué)完成博士后研究，之后歷任哥倫比亞大學(xué)納米研究中心副研究科學(xué)家、布魯海文國家實(shí)驗(yàn)室客座研究人員（兼）和紐約城市大學(xué)能源研究所和城市學(xué)院化學(xué)系的高級(jí)研究科學(xué)家。主要研究納米材料及其在能源、電子和生物醫(yī)學(xué)診斷等方面的應(yīng)用，在國際國內(nèi)刊物上已發(fā)表文章75篇（包括3篇Science），文章已被他人引用3500次以上，h指數(shù)為36。參與國際會(huì)議交流報(bào)告57篇。已獲授權(quán)或申請(qǐng)美國專利6項(xiàng)，國際專利2項(xiàng)和中國專利2項(xiàng)。獲得過美國材料研究學(xué)會(huì)的最佳墻報(bào)獎(jiǎng)（2007）和上海市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（2005）。他是美國化學(xué)學(xué)會(huì)，美國材料學(xué)會(huì)和國際分子篩學(xué)會(huì)的會(huì)員。