俞書宏： 會變戲法的材料“魔術師”

近日，在北京舉行的第二屆全國創(chuàng)新爭先獎表彰獎勵大會上，中科院院士、中國科學技術大學教授俞書宏被授予全國創(chuàng)新爭先獎章。沉甸甸的獎章，展現(xiàn)了被譽為材料“魔術師”的俞書宏在無機仿生材料領域的卓越成就。

瞄準原始創(chuàng)新

大自然就像是一個奇妙的“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。研究這些生物材料的結(jié)構和性能，能為人們在微尺度上的仿生材料設計開辟新的途徑。從事無機材料研究20余年以來，俞書宏不斷地觀察自然，獲取仿生合成的靈感;又不斷解密自然，追溯新型材料組裝原理。近年來，他率領團隊建立了人工仿生合成珍珠母、人工木材、人工盔甲等多級結(jié)構材料的合成方法，闡釋了其生長機理，發(fā)現(xiàn)了無機仿生材料跨尺度合成的新途徑，在無機化學領域摘得累累碩果。

“這種新型天然納米纖維素高性能仿生結(jié)構材料，具有優(yōu)異的綜合性能。它的密度僅為鋼的六分之一，而比強度和比韌性均超過傳統(tǒng)合金材料、陶瓷及工程塑料，所以它有望替代現(xiàn)有的工程塑料，在航空、航天、軍事、國防、民生等領域具有廣泛的應用前景?！辈痪们?，俞書宏公布了團隊的最新科研成果。

在他的實驗室里，有制造這種新型材料的基礎材料——一種白色果凍狀半凝固體?！八饕抢锰烊焕w維素制成，別看它相貌平平，卻可以衍生制造出一系列致密又透氣的材料產(chǎn)品。比如，可以制作醫(yī)用口罩的過濾層，有望用來替代熔噴布;可以制造輕巧耐用美觀又防火的家具;可以制成飛行器部件、環(huán)保涂料、包裝袋等?！庇釙杲榻B道，因為在自然界中有大量可利用纖維素存在于灌木、秸稈等生物質(zhì)中，所以原料成本更低，甚至可以變廢為寶，一舉兩得。

俞書宏介紹，該材料的輕質(zhì)高強韌性能主要來自材料微米級層狀結(jié)構和納米三維網(wǎng)絡結(jié)構設計，纖維素納米纖維內(nèi)部高度結(jié)晶可以提供極高的強度，纖維之間通過大量氫鍵等可逆相互作用網(wǎng)絡進行結(jié)合，在外力作用下這種高密度的可逆相互作用網(wǎng)絡可以迅速解離和重構，吸收大量能量，使材料在具有高強度的同時實現(xiàn)高韌性，克服了傳統(tǒng)結(jié)構材料難以兼具高強度與高韌性的問題。

材料對于人類的發(fā)展影響巨大，一種革命性的新材料可以顛覆一種產(chǎn)業(yè)。當前，我國在很多高技術領域被國外“卡脖子”，其實很重要的一個方面就是關鍵材料被“卡脖子”?！拔覀円o緊瞄準從‘0到‘1的原始創(chuàng)新，為自己定下一個更高的目標，多解決材料方面的‘卡脖子問題，為國家的發(fā)展多作貢獻?！庇釙暾f，中國科學家完全有能力、有信心做更好的創(chuàng)新。

指揮科技為人服務

自2002年以來，俞書宏便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(jié)構材料的仿生制備及應用，他進行了系統(tǒng)性探索研究。

俞書宏帶領課題組近年來在仿生材料方面取得了系列進展，包括建立和發(fā)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(zhì)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(fā)中空結(jié)構啟發(fā)，研制的新型輕質(zhì)、保溫、隔熱碳材料;防火、隔熱、耐腐蝕的仿生聚合物木材等。

從俞書宏實驗室走出的這些綜合性能全面超越傳統(tǒng)材料的新材料，不僅對軍事、國防、工業(yè)等相關領域具有重要戰(zhàn)略意義，也對提升老百姓生活品質(zhì)有著重要作用。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(jié)構，與天然珍珠母相似，力學性能相當，密度更低，具有優(yōu)越的抗斷裂性能。

“珍珠母是貝殼中的內(nèi)層材料，與珍珠具有相似的組成和結(jié)構，通常含有95%以上的碳酸鈣。但這種碳酸鈣并不是傳統(tǒng)意義上的粉末，它形成了一種特殊的結(jié)構?！庇釙晖嘎叮难芯烤褪菑囊粋€側(cè)面來模仿貝殼、珍珠、骨骼等結(jié)構，制備出性能可以與自然界依靠生命體創(chuàng)造的材料相媲美的新材料。據(jù)介紹，這種新材料可以用于人工骨骼、人工牙齒的制作，目前正在和相關醫(yī)院進行合作試驗。

不斷促進成果轉(zhuǎn)化、投入應用生產(chǎn)，是俞書宏追求的方向。“大規(guī)模的宏量制備和小規(guī)模的實驗室制備，是完全不同的物理和化學過程?！币虼?，如何保證宏量制備納米材料的組分與形貌的一致性和穩(wěn)定性，其中也涉及大量的基礎科學問題，俞書宏帶領團隊不斷努力著。最近，團隊實現(xiàn)了纖維素納米纖維的宏量制備，相比于高成本、過程復雜、耗時超過3天的傳統(tǒng)制備方法，他們研發(fā)的方法可以在半小時內(nèi)實現(xiàn)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，這讓纖維素納米纖維得到市場認可又向前邁進了一大步。這讓俞書宏非常高興，他說：“科技最終是要為人服務。成果得到認可，是科學家最開心的事。”

興趣是最好的老師

作為高校教師，俞書宏還承擔著培養(yǎng)人才的重任。他把發(fā)掘?qū)W生們的內(nèi)驅(qū)力放在人才培養(yǎng)的首位?！白隹蒲蟹浅Ｐ量?，但只要真正感興趣就會苦中有樂。只有興趣驅(qū)動的科研，才是最原汁原味的，也是最有推動力的?！庇釙暾f，他從事科研的動力是源于對自然和科學的熱愛，也希望幫助青年科技工作者們找到這種興趣。

一個人對于一種專業(yè)的興趣，未必天生就有，很多時候需要培養(yǎng)?！拔腋咧械臅r候，學得最好的是數(shù)學。高考時，考得最好的卻是化學?！庇釙晷ρ裕洗髮W時選擇無機化學作為專業(yè)，純屬機緣巧合，但在學習的過程中逐漸對無機化學產(chǎn)生了濃厚的興趣。20世紀90年代中期，他進入中國科學技術大學讀博士，師從著名無機化學家錢逸泰院士。讀博士期間，他與老師等合作完成的“納米非氧化物的溶劑熱合成與鑒定”項目，就獲得2001年度國家自然科學獎二等獎。

“錢老師特別注重對學生興趣的呵護，在你低谷的時候給你鼓勵，在你驕傲的時候適時潑點冷水。如今，錢老師快80歲的高齡，仍然堅持親自帶學生，還在一線工作，這一點大家非常敬佩?！庇釙昊貞浾f，老師對學生的世界觀、人生觀、價值觀影響非常大，很多時候這種影響是潛移默化的。在他自己當老師后，他傳承了錢逸泰院士的治學精神，更加注重培養(yǎng)學生對科研的興趣，并引導學生養(yǎng)成良好的科研習慣。

長期泡在實驗室，一待十幾個小時，對工作耐心是一種考驗?！皬氖驴蒲泄ぷ鞯哪贻p人應該志存高遠，坐得了‘冷板凳。要專注一個方向，堅持做從‘0到‘1的原創(chuàng)性工作;要培養(yǎng)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(zhuǎn);要積極與同事及其他領域的研究者開展合作，不要故步自封，科研上的交流合作常常會產(chǎn)生‘1+1遠大于2的效果?！边@是俞書宏對學生們反復提出的期望，他自己也是這么做的。

為了鼓勵更多的青年科技工作者奮進，俞書宏為全體實驗室人員設計了一款隊服。這是一件看起來很普通的黑色T恤，但后背上卻別出心裁地印著“1.01365=37.8”和“0.99365=0.03”兩行數(shù)學算式?！八闶缴狭谐隽?.01的365次方等于37.8;0.99的365次方等于0.03。意思就是提醒我們，每天多努力一點和少努力一點，一年累積下來的結(jié)果差距是巨大的?！庇釙陮嶒炇页蓡T、中國科學技術大學副研究員高懷嶺說，“俞老師常跟我們說，成績是下一步的起點，科學研究永遠在路上。”正是長年保持著這樣一股拼搏精神，俞書宏及其團隊成員才不斷突破自我，屢有建樹。

早上7點多到實驗室，晚上快11點離開，這是俞書宏工作的常態(tài)?！澳悻F(xiàn)在不缺科研經(jīng)費，也不需要發(fā)論文，為何還有這么大的干勁？”他的學生經(jīng)常問。“我們拿了國家這么多研究經(jīng)費，必須爭分奪秒，要拿出有含金量的東西來，回報國家和社會?！庇釙暾f得斬釘截鐵。（據(jù)《安徽日報》、中國科學技術大學官網(wǎng)）