建立起科研與成果轉(zhuǎn)化自信尤為重要
——訪2020級星友，東華大學(xué)材料學(xué)院副研究員成艷華

2021-07-23 10:54:12侯璟瓊,江世亮

世界科學(xué) 2021年7期

成艷華東華大學(xué)材料學(xué)院副研究員

2021年6月15日，我們在東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院訪問了該學(xué)院副研究員、2020級星友成艷華。兩個月前，艷華星友剛?cè)脒x了“上?？萍记嗄?5人引領(lǐng)計(jì)劃”提名獎。

一個熱愛工科的女生

1986年，成艷華出生在南通一個普通家庭。艷華的父親經(jīng)營著一家建筑公司，母親則全職照顧家人的生活與工作。由于父親工作需要，出生之后的小艷華先是隨父母在江西工作生活，到了讀書的年紀(jì)，又隨父母返回南通，開始過相對穩(wěn)定的生活。如果說江西為小艷華崇尚自由與熱愛自然的天性提供了一方沃土，那么故鄉(xiāng)南通給予她更多回憶的則是重教之風(fēng)，以及她在求學(xué)中的成長。人本主義心理學(xué)先驅(qū)，現(xiàn)代自我心理學(xué)之父阿爾弗雷德·阿德勒（Alfred Adler）說：“幸運(yùn)的人一生都被童年治愈，不幸的人一生都在治愈童年?！逼G華星友在介紹自己童年生活的時(shí)候，引用了這句名言，并且告訴筆者，她認(rèn)為自己屬于幸運(yùn)的人。

中學(xué)時(shí)代給成艷華的印象最為深刻。她用了兩個詞概括：魔鬼化訓(xùn)練與半軍事化管理。艷華的數(shù)學(xué)成績突出，物理也是她的優(yōu)勢學(xué)科。那一時(shí)期的她受家庭的影響很大，一直想學(xué)建筑專業(yè)。然而，并不盡如人意的高考結(jié)果，似乎一直在磨練成艷華的耐性與韌性。

成艷華自嘲，她的高考很不順。第一志愿（考前填）報(bào)了復(fù)旦大學(xué)生命學(xué)院未果。她不得不選擇去東華大學(xué)。而后她又參加了一次東華校內(nèi)換專業(yè)的考試，到了專業(yè)相對強(qiáng)勢的材料學(xué)院。當(dāng)時(shí)學(xué)校允許1%學(xué)業(yè)優(yōu)異的大二學(xué)生可選導(dǎo)師進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。成艷華選擇了朱美芳老師。成艷華鼓足勇氣，開門見山地向時(shí)任東華大學(xué)副校長的朱美芳自我介紹。她的敢說敢為給朱老師留下了深刻的印象。

東華、北大、UCLA，在“折騰”中磨礪和成長

大三那年，朱老師讓她隨師兄一起到北大化學(xué)學(xué)院周其鳳老師那里做甲殼型液晶高分子紡絲。兩周后，整個實(shí)驗(yàn)還差7步中的最后一步尚待完成，成艷華就又向朱老師申請了一個月時(shí)間。她非常喜歡北大的氛圍，于是大四下半學(xué)期，艷華再次向朱老師提出想到北大去做畢業(yè)設(shè)計(jì)，朱老師同意了，并鼓勵她把甲殼型液晶高分子紡絲做出來。畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)果出來后，北大老師建議成艷華再接再厲，嘗試去改變高分子片段的化學(xué)結(jié)構(gòu)。液晶基元改變可以影響材料的相態(tài)，對材料的宏觀性質(zhì)有影響。這類課題在北大比較成熟，相比之下，東華當(dāng)時(shí)還未開展這方面課題。已獲留校保研的成艷華再次向朱老師申請兩年時(shí)間，留在北大完成課題實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然朱老師又一次同意了。盡管成艷華只是借讀北大，但三年的北大學(xué)習(xí)生涯讓她收獲頗豐。她還記得在北大碩士第一門課就是學(xué)術(shù)道德與規(guī)范。

2021年4月，在“上海市科技青年35人引領(lǐng)計(jì)劃”提名獎頒獎現(xiàn)場

2010年底，臨近碩士學(xué)業(yè)結(jié)束時(shí)，朱老師建議成艷華申請國家公派留學(xué)計(jì)劃，并如愿進(jìn)入美國加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）開始了公派留學(xué)的生活。初來乍到的艷華發(fā)覺自己面對的是一個全新領(lǐng)域——偏無機(jī)材料的鋰離子電池器件，與她原先做的高分子幾乎無關(guān)。盡管第一年她有點(diǎn)迷茫，但是做成樣品后得到課題組盧云峰老師肯定，而后為解決實(shí)驗(yàn)電池性能不穩(wěn)定問題，她又差不多用了一年，其間她還寫了三篇文章。說起英文論文寫作，成艷華說她之前完全不知該怎樣寫，只能一點(diǎn)一點(diǎn)地學(xué)。為了解決邏輯的問題，她從網(wǎng)上下載各種范文。第一篇文章她用了半年時(shí)間。這個過程中，盧老師教她怎樣“講故事”，怎樣理順邏輯關(guān)系，關(guān)鍵是怎樣把故事的核心講清楚。成艷華說，這是她真正知道怎樣寫SCI論文的開始。

參與納米材料與AIE項(xiàng)目，在材料科研領(lǐng)域深耕

轉(zhuǎn)眼間到了博士最后一年。成艷華回到東華大學(xué)，參加由朱美芳老師牽頭、復(fù)旦大學(xué)彭慧勝團(tuán)隊(duì)、上海交大馮新亮團(tuán)隊(duì)三家共同承擔(dān)的納米材料重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。項(xiàng)目要講明雜化材料的重要性，以及通過怎樣的手段把納米的優(yōu)異性質(zhì)在宏觀層面上呈現(xiàn)出來，服務(wù)于能源存儲和智能感應(yīng)等領(lǐng)域。這個項(xiàng)目也是她在朱老師指導(dǎo)下開展并完成的。這一年，也讓多年在校外漂泊的艷華同學(xué)比較系統(tǒng)地補(bǔ)習(xí)了東華材料科學(xué)與工程的課程，特別是關(guān)于納米雜化思想對她博士后課題研究有直接的內(nèi)在聯(lián)系。2015年底，成艷華博士論文答辯，周其鳳老師、洛杉磯分校的盧老師都專程從北京、美國趕來東華為學(xué)生鼓勁加油。

2016年5月，經(jīng)朱老師推薦，成艷華去香港科技大學(xué)唐本忠院士那里做博士后課題，開始聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）的研究工作。聚集誘導(dǎo)發(fā)光是唐院士首先發(fā)現(xiàn)的一種熒光分子的反常發(fā)光現(xiàn)象，傳統(tǒng)熒光分子在溶液里發(fā)光，固態(tài)下不發(fā)光，而AIE熒光分子則相反。唐院士對這一現(xiàn)象深入研究后在概念和理論層面上做了總結(jié)，并在許多領(lǐng)域得到驗(yàn)證、應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)分子固體發(fā)光淬滅的問題。這項(xiàng)原創(chuàng)性工作后來得到了2017年度國家自然科學(xué)獎一等獎。由于成艷華來自東華大學(xué)，唐院士希望艷華探索AIE技術(shù)如何用在纖維材料上，通過加入這種熒光分子產(chǎn)生的光子信號來逆向感知（高分子纖維）凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。由于準(zhǔn)備充分，成艷華在香港科技大學(xué)的科研工作很順利。讓她最有成就感的是終于做成了濕度感應(yīng)纖維材料，通過發(fā)光顏色變化能感知三維空間的濕度變化，通過濕度變化探究皮膚汗腺孔的可視化變化。

從“不相干”到“相干”：AIE + 纖維

AIE技術(shù)如何與不相干材料相干是我們想進(jìn)一步了解的問題。

一個學(xué)術(shù)概念或思想的提出能打開一個領(lǐng)域，也能指導(dǎo)更多的科研和生產(chǎn)實(shí)踐，正如20世紀(jì)中葉，為突破細(xì)胞生物學(xué)遠(yuǎn)緣物種細(xì)胞雜交的屏障而開展的開拓性工作，為后來的體細(xì)胞融合做了前期準(zhǔn)備和有益探索一樣。當(dāng)聽說成艷華的課題也是圍繞雜化思路開展，我們覺得是找對人了。結(jié)合以上成艷華提到的聚集誘導(dǎo)發(fā)光有機(jī)分子和高分子網(wǎng)絡(luò)（纖維）這兩種不相干材料的雜化內(nèi)容，就請她就此做一些展開介紹。

成艷華說，這兩種不相干材料一個是AIE熒光分子——一種發(fā)光小分子，另一種是纖維材料，這兩種材料是風(fēng)馬牛不相干的。把熒光分子作為內(nèi)置傳感器引入到纖維，和纖維一起加工，利用AIE分子來感知纖維加工過程中的變化，希望讓纖維變得更智能。熒光分子遠(yuǎn)比纖維小，在纖維大環(huán)境中相當(dāng)于小機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)各種纖維加工參數(shù)的調(diào)控。這和國內(nèi)已有科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的發(fā)光發(fā)熱是不同的思路：借助分子小機(jī)器人來感知纖維結(jié)構(gòu)的改變，通過分子構(gòu)象、排列的改變產(chǎn)生可識別的光學(xué)信號，如顏色、強(qiáng)度等。

在線、可視化感知AIE+纖維牽手的細(xì)節(jié)

成艷華說，唐院士是讓她從纖維角度來驗(yàn)證AIE在高分子材料中的智能化響應(yīng)。具體而言就是采用AIE熒光分子作為“內(nèi)置傳感器”，利用其在不同微觀環(huán)境下發(fā)出不同熒光顏色的優(yōu)勢，與高分子網(wǎng)絡(luò)（纖維）進(jìn)行物理或共價(jià)鍵聯(lián)（化學(xué)鍵、離子鍵、氫鍵等），使原本不相干的熒光分子和高分子纖維這兩種材料相“勾連”，達(dá)到兩者“手拉手”的效果。進(jìn)一步根據(jù)熒光分子產(chǎn)生的宏觀光學(xué)信號來逆向感知高分子微環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)高分子鏈結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及其雜化結(jié)構(gòu)的在線可視化研究，建立高分子材料結(jié)構(gòu)與宏觀光信號之間的構(gòu)效關(guān)系，推動光學(xué)響應(yīng)性材料的智能化應(yīng)用。

通過光子信號感知濕度、粘度、溫度變化

為了說明如何推動光學(xué)響應(yīng)性材料的智能化應(yīng)用，成艷華以濕度感應(yīng)發(fā)光顏色變化為例做了解說：人類的生存和社會活動與水汽密切相關(guān)，熒光成像無需外接微電子設(shè)備，通過外界水汽對熒光材料誘發(fā)的微環(huán)境極性變化，利用UV光激發(fā)即得到不同的“肉眼”可見的顏色，從而實(shí)現(xiàn)對外界環(huán)境濕度的時(shí)間-空間實(shí)時(shí)響應(yīng)。制備得到的AIE傳感材料實(shí)現(xiàn)了濕度實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、定量、可視化檢測。成艷華介紹，進(jìn)一步通過非接觸誘導(dǎo)刺激實(shí)現(xiàn)對纖維材料非接觸感應(yīng)，濕度導(dǎo)致顏色的變化，這是手指上的濕度產(chǎn)生的，而且已經(jīng)可以從藍(lán)色、橙色到紅色的變化來顯示不同的濕度。除了濕度感應(yīng)，進(jìn)一步還可以與高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，通過光子信號來感知軟硬度、結(jié)晶度、變化，也可以感知手性方向變化。這些都已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了。

受這些實(shí)驗(yàn)成果的啟發(fā)和激勵，回到東華的成艷華在朱老師的鼓勵下，通過啟明星項(xiàng)目等資助，已成功通過紡絲技術(shù)將以上AIE傳感材料分別加工得到連續(xù)纖維，大幅增加材料的活性比表面積，提高智能材料的傳感性能，實(shí)現(xiàn)人體活動跟蹤監(jiān)測（甚至極少量水汽），包括指紋/汗孔成像應(yīng)用和人機(jī)界面定位等，為集成化新器件設(shè)計(jì)提供可能?？梢灶A(yù)見該類AIE濕度傳感纖維在電子工業(yè)、化學(xué)工程、環(huán)境科學(xué)、國家安全、航空航天等領(lǐng)域有著光明的應(yīng)用前景。

帶領(lǐng)學(xué)生一起進(jìn)行項(xiàng)目攻關(guān)試驗(yàn)