從“0到1”，堅定的守望
——記中國科學院院士黃維科研團隊

文/羅旭

黃維院士在實驗室（圖/荔枝新聞網(wǎng)）

原始創(chuàng)新之路，是一條荊棘叢生、危機四伏的懸崖小路。也正因如此，雖然有無數(shù)科研工作者向往原始創(chuàng)新，但真正走上這條道路的人卻少之又少。

然而，在我國柔性電子學領(lǐng)域，卻有這樣一支科研團隊，始終聚焦國家戰(zhàn)略需求，在原始創(chuàng)新的“無人區(qū)”執(zhí)著深耕。這就是由中國科學院院士、西北工業(yè)大學常務(wù)副校長黃維教授領(lǐng)銜的科研團隊。

科研“無人區(qū)”里雖然暗藏風險，但也富含著科學寶藏。近年來，黃維團隊的顛覆性科研成果不斷涌現(xiàn)，陸續(xù)發(fā)表在世界頂級學術(shù)期刊上，包括被列入“化學與材料學領(lǐng)域十大熱點前沿”的“有機超長余輝材料研究”、入選“中國高等學校十大科技進展”的“高效鈣鈦礦發(fā)光器件研究”，還有無墨噴水打印的多彩“復(fù)寫紙”、無限保鮮的“層狀鈣鈦礦電池”、回歸有機半導(dǎo)體本質(zhì)的“有機納米聚合物”……堪稱科研界的“寶藏團隊”。

為何瞄準原始創(chuàng)新

4月7日，黃維團隊的成果“層間相互作用調(diào)控構(gòu)建高效穩(wěn)定層狀鈣鈦礦太陽能電池”入選“2020年中國半導(dǎo)體十大研究進展”候選推薦名單。

南京工業(yè)大學先進材料研究院教授陳永華是這一研究方向的主要負責人。他說，自己在讀書時期就被黃維開創(chuàng)的柔性電子學科所吸引。2015年，他從海外回國申請加入了這支向往已久的團隊，來到南京工業(yè)大學工作（黃維時任南京工業(yè)大學校長）。

作為中國有機電子學與柔性電子學的主要奠基者，黃維一直奮戰(zhàn)于科研第一線。他于1979年進入北京大學化學系學習，并出任第二十屆中華全國學生聯(lián)合會主席，博士畢業(yè)后留校執(zhí)教。1993年，他遠赴新加坡開展“有機光電子”這一國際前沿領(lǐng)域的科學研究，并很快在眾多國際同行中脫穎而出。2001年回國后，他主導(dǎo)創(chuàng)建了復(fù)旦大學先進材料研究院、南京郵電大學信息材料與納米技術(shù)研究院、南京工業(yè)大學先進材料研究院和先進化學制造研究院、西北工業(yè)大學柔性電子研究院、西安生物醫(yī)學材料與工程研究院等研究機構(gòu)，并開創(chuàng)了柔性電子學這一全新學科。

“黃維老師極為重視人才隊伍的培養(yǎng)與建設(shè)，在他工作過的地方，都建立了優(yōu)秀的科研團隊。”陳永華介紹，這支團隊始終聚焦國家戰(zhàn)略需求，在原始創(chuàng)新的“無人區(qū)”深耕，取得了很多顛覆性科研創(chuàng)新成果。例如，創(chuàng)新性地提出了有機半導(dǎo)體p-n能帶調(diào)控理論，解決了有機藍光器件穩(wěn)定性差這一世界性難題，相關(guān)成果成為國際上通行的解決方案；首創(chuàng)了可降解柔性發(fā)光薄膜與纖維技術(shù)，開啟了綠色發(fā)光照明新篇章，為全球解決電子垃圾提供中國方案；開創(chuàng)性地將皮革與納米材料相結(jié)合，實現(xiàn)了具有感知能力的柔性可穿戴式設(shè)備，將實質(zhì)性推動可穿戴式設(shè)備由“戴”到“穿”的發(fā)展進程。

2015年，當全球相關(guān)科研工作者的主要精力還都放在對第二代太陽能電池的研究上時，黃維就主導(dǎo)、支持陳永華團隊做第三代太陽能電池的研究。

作為第三代太陽能電池，鈣鈦礦電池不僅在效能上明顯優(yōu)于第一代硅電池和第二代薄膜電池，在應(yīng)用范圍上也將產(chǎn)生顛覆性變革。比如，基于鈣鈦礦材料的發(fā)光二極管燈泡可當路由器，可解決光纖傳遞信號存在的保密等問題，在光電子和傳感領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，由于鈣鈦礦電池可以克服以往太陽能電池對陽光照射條件的苛刻要求，利用可見光就能產(chǎn)生電能，生活方面可以讓感應(yīng)式水龍頭等設(shè)備不接電源，國防方面可以為很多野外和水下設(shè)備提供穩(wěn)定能源。

“基礎(chǔ)科研就是要做別人沒有做過的東西，要產(chǎn)生引領(lǐng)性成果，讓全世界跟著我們?nèi)プ??！秉S維經(jīng)常這樣說，“原始創(chuàng)新是從‘0到1’的突破，常常意味著漫長而艱難的探索，但卻可能產(chǎn)生顛覆性的變革，帶來顛覆性的技術(shù)和產(chǎn)品?！?/p>

近5年來，雖然做鈣鈦礦電池研究的國際團隊越來越多，但是陳永華團隊一直處于引領(lǐng)位置，不斷有新成果產(chǎn)生。2020年1月13日，陳永華團隊又有一項成果在國際頂尖光學雜志《自然·光子學》發(fā)表，讓第三代太陽能電池向真正投入使用又邁進了一步。

如何找到科學“無人區(qū)”

近年來，一批新發(fā)現(xiàn)的耐藥細菌對公共衛(wèi)生構(gòu)成了嚴重威脅。2019年11月，西北工業(yè)大學教授李鵬和南京工業(yè)大學教授安眾福、副教授史慧芳聯(lián)手，在全球首次發(fā)表了一項成果：成功制備出一種具有抗菌功能的純有機磷光納米粒子，可以在體外和體內(nèi)有效地殺滅多重耐藥細菌，并對正常細胞無明顯毒性。

“在高校做基礎(chǔ)研究，就是要面向未來，專注于原始創(chuàng)新。”黃維認為，“走入科研的‘無人區(qū)’，考驗著科研工作者的能力水平，也體現(xiàn)著科學報國的初心與情懷?！?/p>

闖入科研“無人區(qū)”，除了勇氣之外還需要什么呢？“我們團隊里一直提倡，要去做‘surprise’（別人想不到）的東西，而不是跟隨別人的工作?！痹?jīng)是黃維的博士生的史慧芳說，“問題是你怎么找到‘surprise’的東西呢？除了勇氣，還要一點運氣，而這點運氣往往來自于你長期的科研積累和精益求精的科學態(tài)度。”

這樣的“運氣”，在這支“寶藏團隊”中并不鮮見。2010年的一個晚上，時任南京郵電大學副校長的黃維接到博士生安眾福的電話——他準備離開實驗室時，在關(guān)掉紫外燈的一瞬間發(fā)現(xiàn)新合成的化合物發(fā)出“一閃而過”的亮光。

黃維和其學術(shù)助手陳潤鋒老師帶著安眾福反復(fù)試驗，并鼓勵他尋根究底，深耕這一方向。由此，安眾福走進了一個科研“無人區(qū)”，并從中發(fā)現(xiàn)了“顛覆教科書級別”的“有機超長余輝材料”，被業(yè)界譽為“有機夜明珠”。

黃維院士正在指導(dǎo)學生（圖/中新網(wǎng)）

“如果當時不是黃維老師和陳潤鋒老師的堅持，這一運氣很容易擦肩而過。科研‘無人區(qū)’的發(fā)現(xiàn)，往往就在于你多問句為什么?！笔坊鄯颊f，自己在帶學生時，也因為對細節(jié)的堅持，偶然發(fā)現(xiàn)了一種材料的新特質(zhì)，從而獲得了一個全新研究成果——運用有機光電技術(shù)把防偽信息做到六重。

敢為天下先，堅持走自主創(chuàng)新道路，在獨創(chuàng)獨有上下功夫，是這個團隊的特有氛圍?，F(xiàn)在史慧芳把主要精力放在將有機光電技術(shù)運用于生物成像與檢測。她在嘗試通過納米技術(shù)，用有機超長余輝材料定位人體病變部分，從而在手術(shù)時為醫(yī)生提供更精準的指引。

這個方向涉及有機光電、醫(yī)學診療、生物化學等多個領(lǐng)域，前途可以說是“長路漫漫”。為什么要一頭扎進這么復(fù)雜、艱難而又漫長的研究方向呢？“黃維老師一直要求我們迎難而上，要甘愿坐冷板凳?！笔坊鄯颊f，“我知道這個方向很難，也知道九死一生是科技創(chuàng)新的常態(tài)，但是你不去嘗試就永遠不知道能不能走下去。”

把“冷門”做成“熱點”靠什么

2020年4月2日，國務(wù)院學位委員會正式公布了《關(guān)于下達2019年學位授權(quán)自主審核單位撤銷和增列的學位授權(quán)點名單的通知》，西北工業(yè)大學獲得柔性電子學交叉學科博士學位授權(quán)點，意味著新生的柔性電子學正式成為一級學科。

柔性電子學是高度交叉融合的前沿學科，包括有機電子、塑料電子、印刷電子、納米電子、生物電子等二級學科。在這片全新的科研“無人區(qū)”中，很多科研工作者數(shù)年如一日甘于在實驗室坐冷板凳，把很多無人涉足的“冷門”領(lǐng)域做成了科研“熱點”。

安眾福從2010年起就專注于有機夜明珠方向的鉆研，冷板凳一坐就是5年。直到2015年，已在南京工業(yè)大學執(zhí)教的安眾福終于將“有機夜明珠”的創(chuàng)新理論和實踐成果發(fā)表于國際頂級科學雜志《自然·材料》上，在全世界第一次報道有機超長余輝材料。由此，越來越多的科研團隊開始這項研究。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國際上已有超過150個科研團隊在開展相關(guān)研究工作。2019年，該研究方向入選了中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院和科睿唯安公司評選的“化學與材料學領(lǐng)域十大熱點前沿”。

把冷板凳坐熱，在這個團隊里并不是個別現(xiàn)象?！?019年中國光學學會光學科技獎”獲獎名單中，位列一等獎第一名的成果“多量子阱鈣鈦礦發(fā)光二極管”也來自黃維團隊。南京工業(yè)大學教授王建浦是這一方向的研發(fā)負責人，2013年他從國外回來加入黃維團隊后，在國際上率先開展了鈣鈦礦發(fā)光二極管的研究。幾年來，王建浦團隊成果不斷，2016年就有成果入選“中國高等學校十大科技進展”，引領(lǐng)這個領(lǐng)域成為新的科研熱點。

2019年11月《自然·化學》雜志刊發(fā)的一篇文章引起全球科學界的普遍關(guān)注，黃維團隊晁潔教授用DNA納米技術(shù)編輯的捕獲探針，成功捕獲并識別了單個登革熱病毒?！安《臼羌{米級的微生物，只能在電子顯微鏡下才能看到，單個捕獲并識別出來難度極大，此前對病毒的分析基本上是群體分析?！蹦暇┼]電大學副校長汪聯(lián)輝說，這一成果為全球生物醫(yī)學基礎(chǔ)研究提供了全新的分析工具和手段。

創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，原始創(chuàng)新是源頭?！瓣J入‘無人區(qū)’的科學研究，才可能孕育顛覆性的結(jié)果?！秉S維說，“科研工作者必須有‘亦余心之所善兮，雖九死其猶未悔’的志氣，不騖于虛聲、不圖于虛名，求真求實、求知求是，才能在攀登科技高峰的征途上不斷前行，才能推動中國最終以創(chuàng)新贏得未來?！保〒?jù)《光明日報》）