情系中原速歸來 矢志創(chuàng)新促發(fā)展
——記國家“千人計劃”專家、鄭州大學特聘教授邵國勝

◎ 本刊記者 翟萬江

他生于中原，長于中原。2011年，在經(jīng)歷了20余年英國的科學工作和生活后受邀回歸故鄉(xiāng)母校，依托自己在海外積累的學術成就，為中原科技興省積極開拓“產(chǎn)學研”工作。

從英國回到鄭州大學后，2013年他領銜建立中英納米多功能材料研究中心，于2015年被認定為國家級低碳環(huán)保材料國際聯(lián)合研究中心;2016年他創(chuàng)立了鄭州新世紀材料基因組工程研究院，2年后入選河南省重大新型研發(fā)機構(gòu)，成為中原先進制造的技術標桿。

他是國際知名的材料智能設計和制造專家、河南省第一個創(chuàng)新A類“國千”特聘教授。他有英國薩里大學高級研究官、布魯奈爾大學副教授、博爾頓大學計算材料學教授、新能源研究所所長、理工及體育學部主任及英國材料化學委員會委員、材料學會專業(yè)會員等職業(yè)經(jīng)歷。他在前沿能源及環(huán)境材料研發(fā)方面取得了諸多成就， “裁剪”材料學（材料多尺度理論設計方法）、新型多功能材料及器件的制備、先進材料表征、新型能源材料及應用器件等是他目前的主要研究領域。在Nature、Acta Materialia、Applied Physics Letters, Journal of Materials Chemistry等SCI國際核心刊物發(fā)表論文200余篇，申請并獲得國內(nèi)外發(fā)明專利30余項。

他就是邵國勝，我國材料科學與工程領域一名出色的學者。

傾心研發(fā)新材料

邵國勝是一位嚴謹治學、注重創(chuàng)新的材料專家，也是比較喜歡挑戰(zhàn)性創(chuàng)新的人。他的目光緊盯著前沿材料領域科技發(fā)展的動態(tài)，努力在新時代科學發(fā)展的軌道上找到新支點，創(chuàng)造新技術新方法。

他自1991年留學英國以來，就從大學學的鑄造（冶金）專業(yè)逐步跨入到材料學的基礎理論、先進表征技術中，開展了一系列前沿材料研究，提出了首個關于非晶相形成的熱力學理論模型，并首次預見且成功制備出無定形金屬硅化物半導體，有望成為新型低成本、高性能太陽能電池的核心材料；發(fā)展了以多尺度理論計算為基礎的“裁剪”材料設計方法，設計并成功實現(xiàn)了寬能帶氧化物半導體的大幅度能帶改造，使之適用于新型低成本、高性能太陽能電池及可見光區(qū)自清潔材料；發(fā)展了一系列全新固體電解質(zhì)，為發(fā)展安全金屬離子電池奠定了關鍵材料技術基礎。

他對材料設計方法十分熟悉，他的講述形象而通俗。他說，新材料研發(fā)是國家的一個重要方略，而材料設計方法的前沿領域、材料基因組工程，就是把材料理論計算模擬、材料大數(shù)據(jù)整合和高通量材料制備技術結(jié)合在一起，像三駕馬車一樣支起一個很大的平臺。他做的正是材料理論模擬支撐下的研究，稱之為“裁剪”材料設計方法，相當于裁縫量體裁衣那樣根據(jù)材料的性能需要，從材料基礎理論出發(fā)去設計材料分子或晶體結(jié)構(gòu)和成分，使之滿足研究者的需要。他同時還做材料結(jié)構(gòu)先進表征技術方面的工作，加上對各種各樣材料技術比較感興趣，在科研工作中逐漸形成了“理論先行、試驗驗證、工藝優(yōu)化”的研究思想。材料基因組工程方法的本質(zhì)就是用理論、數(shù)據(jù)支撐比較快速地縮減材料試驗的范圍。比如，當一個人戴的戒指掉到一個游泳池里要把它找出來是很難的，游泳池越大尋找的范圍越大，但通過裁減材料理論，把它縮減到一個水桶里就很容易找到戒指了。

他對材料新方法是十分關心的。近10多年來，他在新型能源材料與環(huán)境清潔技術方面作了有意義的探索。2012年，他回國時對國內(nèi)由于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)造成的環(huán)境惡化問題深有感觸， 因此，他專注新能源材料技術的研發(fā)，在諸如化學儲能的電池材料、太陽能的關鍵材料、環(huán)境催化劑等，在清除空氣、水和土質(zhì)等環(huán)境污染等方面做了大量研究工作，這些工作與老百姓的生產(chǎn)生活息息相關。

在如何解決空氣、水和土壤的環(huán)境污染問題上，他帶領團隊研發(fā)了一系列納米材料制成的光致催化劑，通過光照射把污染物分解。污染空氣的 不只是氣味很重的污染物，還有各種各樣的顆粒，他們?yōu)檫^濾空氣發(fā)明了一種新的石墨烯-納米材料復合過濾膜，有效吸收過濾亞微米級污染顆粒。水也是這樣，把這類催化劑放在水里，通過光照就能降解掉水里的污物。土壤里的污染包括金屬和有機物污染，重金屬污染比空氣污染、水污染更嚴重很難拔除，重金屬污染像汞、鉛、鎘等危害很大，即使100年都不算長。最近他一直在深度思考如何結(jié)合納米技術綜合、快速地治理土壤問題。

懷有家國情懷，對國家、對社會有著高度責任心的科學研究者，他們的科研思想和行動往往是高度吻合的，在推動應用科學技術創(chuàng)新、創(chuàng)造更多更好的新材料新技術方面從不會停止思索和發(fā)現(xiàn)，因為他們心里裝著社會和百姓，早一天開發(fā)出新技術就會早一天解決困擾社會發(fā)展的問題，讓百姓生活更安全更健康。

發(fā)明石墨烯新技術

石墨烯作為新材料之王，與環(huán)境的關系十分密切。邵國勝發(fā)明石墨烯新技術的初衷是由于世界上缺乏一個既能低成本、大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯粉體，又能讓質(zhì)量有保證、制備過程對環(huán)境也沒有污染排放壓力的新材料技術。

他們通過材料基因組工程方法，不到6個月的時間就發(fā)明了一個全新的、低成本石墨烯粉體材料的綠色制造技術，這個方法可以在規(guī)?；A上生產(chǎn)出完美的石墨烯粉體，克服了目前主流化學方法產(chǎn)品質(zhì)量極低、實質(zhì)上是“二維炭黑”的關鍵技術瓶頸，為規(guī)?；瘧檬┑於藞詫嵉牟牧现苽浼夹g基礎。

邵教授說低成本、高質(zhì)量、環(huán)境友好、資源可持續(xù)是他們進行新材料技術開拓的準則。他們發(fā)明的石墨烯技術，從根本上解決了國際上主流技術“三高一低”的技術缺陷，即氧化還原方法的高污染、高缺陷及電弧法的高能耗、低產(chǎn)率問題，因而可以大幅度降低制造成本，制造過程綠色環(huán)保，不會在石墨片層中產(chǎn)生缺陷。通過他們發(fā)明的辦法，每個小小的石墨顆粒瞬間就可以蝶化為“石墨烯玫瑰”，每個花瓣就是一個結(jié)構(gòu)完美的石墨烯片。這是國際上獨樹一幟、綠色亮麗的產(chǎn)業(yè)技術。這個技術發(fā)明在2017年春節(jié)前后做出了第一版后，便在試驗生產(chǎn)基地建立了一條生產(chǎn)線，一年能生產(chǎn)幾十噸，從根本上克服了優(yōu)質(zhì)石墨烯粉體量產(chǎn)的技術瓶頸。

說起石墨烯與下一代高性能鋰電池的關系，他認為新能源汽車、手機都在用鋰電池，問題是電池能用多長時間很值得探究。國際上在鋰硫電池方面已做了很多年重要的研究，硫作為正極具有很高的容量、蓄電多，遺憾的是一充一放過程中體積變化太大，幾次沖放電循環(huán)電池就壞掉了。因此，人們花了大量精力通過添加石墨烯等，試圖發(fā)揮硫的超級儲能性能，但結(jié)果發(fā)現(xiàn)作用十分有限，只能在正極中混入很低比例的硫時才有效果， 電池的整體儲能密度則缺乏競爭能力。究其原因就是石墨烯結(jié)構(gòu)不完美，缺陷太多。而在正極中加入僅10%的由他們研發(fā)的優(yōu)質(zhì)石墨烯粉體就可以裹住90%的硫，硫顆粒即使碎了也不要緊，因為他們給每個硫顆粒都穿上了石墨烯“魔法”保護服，原因是僅10%的石墨烯無處不在。石墨烯對電子和離子同時具有超強的傳輸能力，即使在硫顆粒破碎的情況下，也能維持充放電高速運轉(zhuǎn)不斷，從而能夠在正極中大量負載硫磺，全電池儲能密度可提升到當前商業(yè)電池的3倍以上。

石墨烯還可以用在地板、地毯上，讓它在弱電狀態(tài)下發(fā)射遠紅外波，在實現(xiàn)高效率供暖的同時，對人的健康也有好處。它也能在國防、光電、醫(yī)療衛(wèi)生等方面應用，說它是一個“超級材料”真是名副其實。

邵國勝說：“材料結(jié)構(gòu)決定其性能，石墨烯本征的優(yōu)異性能是建立在完美晶體結(jié)構(gòu)的基礎上的，就像做飯一樣，用精粉做面條是可以的，如果用紅薯面或者高粱面就不行。這就是高缺陷石墨烯效果差的主要原因?！?/p>

他認為，應用科學的核心是面向?qū)嶋H應用發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，書架上的學問最終要落實在應用的檢驗上。因此，他主張技術保護先行、學術文章后發(fā)。比如，在開拓新一代安全固態(tài)金屬離子電池方面，他們是在申請了一系列專利后，一口氣在英國皇家化學學會主管的材料化學雜志發(fā)表了6篇學術論文，為安全電池奠定了關鍵材料的學術基礎。他說，新世紀材料基因組工程研究院作為鄭州大學的研究生創(chuàng)新基地，其核心理念就是學術與技術雙峰并峙，雙峰輪廓對應英文單詞“材料”的字頭就是“M”。這確實是一個具有科學內(nèi)涵的創(chuàng)新思想。

迎難而上擴大產(chǎn)業(yè)

他說，受邀回到母校任教，是榮譽也有很大壓力。因此，他在專注學術隊伍建設的同時，積極布局“產(chǎn)學研”工作，提出了“著眼國際前沿、立足中國制造、外引內(nèi)聯(lián)、產(chǎn)學研一體化”的科研方針。目的是通過前沿技術給中國制造業(yè)注入新鮮血液和生機，對外加強國際合作，對內(nèi)通過產(chǎn)學研政商聯(lián)合驅(qū)動，實現(xiàn)書架向貨架的跨越。

他說，自2016年全職回國后，在產(chǎn)學研方面取得了可喜的進展，他領銜成立的新世紀材料基因組工程研究院在短期內(nèi)入選河南省重大新型研發(fā)機構(gòu)，聚焦石墨烯等先進碳材料、化學儲能、環(huán)境凈化及可持續(xù)光電薄膜等核心技術領域，試圖通過核心技術引領，促生產(chǎn)業(yè)技術孵化、科技園區(qū)建設、帶動產(chǎn)業(yè)板塊聯(lián)盟的集結(jié)與形成。

科技創(chuàng)新引領在我國實際上是一個新鮮事物，要求科學研究者通過原創(chuàng)技術帶動工業(yè)發(fā)展還有不少困難。邵國勝認為，這個很正常，因為科學研究的本身就是要為解決困難而工作。個人要有很強的榮譽感事業(yè)心，個人做得好才能得到別人的認可。目前，他的創(chuàng)新平臺在河南省內(nèi)已形成一定影響，得到了地方政府的積極支持，他在推動創(chuàng)新平臺建設中雖然有“摸著石頭過河”的感覺，但他有信心做好產(chǎn)學研工作，所謂箭在弦上，勢在必發(fā)。

科學就是一個求真的過程。他對學生培養(yǎng)上堅持鼓勵學生要敢于挑戰(zhàn)老師，千萬不要把身份、地位想得太多，千萬不要有懼怕權(quán)威的意識，有了對權(quán)威的畏懼就永遠沒有超越了。他給團隊定的基本指導思想是“忠誠、協(xié)作、能力、堅持”這八個字，勉勵團隊要積極向上，攜手協(xié)作，共同發(fā)展。

世界上沒有最好只有更好。邵國勝的科研寶典里閃爍著“向著更好奮斗”的人生信條，為故鄉(xiāng)、為社會、為國家做貢獻是珍藏在他心底的愿望，他是那種不做事情就會感到人生會無聊的人，他加盟鄭州大學、回歸中原，就是要為河南的學術進步、技術升級，為國家的創(chuàng)新發(fā)展、科技興國添磚加瓦。