內(nèi)有乾坤 為材料而戰(zhàn)

劉玉杰

作為一種新型材料，離子液體與石墨烯、氣凝膠等一同入選了“21世紀(jì)全球十大創(chuàng)新性材料”之列，它不但于近年來被廣泛應(yīng)用于軍工、航空航天等重要領(lǐng)域，還在藥品、食品、日化美妝和醫(yī)療保健等領(lǐng)域里發(fā)揮重要作用。

就在2019年年初，我國研發(fā)的離子液體微電推進(jìn)器，成功完成了多次在軌點(diǎn)火試驗(yàn)、微電推搭載試驗(yàn)，使我國成為繼美國之后，世界上第二個(gè)在立方體衛(wèi)星平臺(tái)開展離子液體微電推進(jìn)空間驗(yàn)證試驗(yàn)的國家。

“離子液體雖不如石墨烯那樣家喻戶曉，但它是一個(gè)有巨大研究價(jià)值與研究前景的領(lǐng)域?！弊鳛殚L期研究離子液體這種新材料的科研學(xué)者，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）材料科學(xué)與工程學(xué)院教授張嘉恒對(duì)離子液體抱有別樣的情感。在他看來，離子液體渾身都是寶，利用這種新型材料，可以在綠色化學(xué)、航天航空推進(jìn)劑系統(tǒng)、新離子液體合成及應(yīng)用、新型離子液體微萃取方法設(shè)計(jì)等研究領(lǐng)域里發(fā)揮重要作用。多年來，張嘉恒在該領(lǐng)域里相繼取得了多項(xiàng)高水平的創(chuàng)新性成果，也讓離子液體走進(jìn)更多人的視線中。

探秘離子液體之美

在張嘉恒多年的科研歷程中，都有離子液體的陪伴，這是一類在21世紀(jì)初才在化學(xué)化工領(lǐng)域里興起的新型綠色介質(zhì)和環(huán)境友好的軟性功能材料，通常被認(rèn)為是熔點(diǎn)低于100℃、由有機(jī)陰陽離子構(gòu)成的鹽類材料。“通俗來講，就像我們天天都會(huì)用到的食用鹽，這就是一種離子化合物。”張嘉恒解釋道。

在離子液體的發(fā)展初期，其作用還比較單一，主要被用作反應(yīng)介質(zhì)、電解質(zhì)或催化劑，其在催化、有機(jī)合成、分離分析、電化學(xué)等領(lǐng)域取得了巨大的成功。但隨著研究的逐漸深入，研究人員漸漸發(fā)現(xiàn)離子液體潛藏的秘密，它不僅僅可以被看作是一種反應(yīng)介質(zhì)或電解質(zhì)，很多離子液體本身還具備功能材料的性質(zhì)和用途。新的驚喜出現(xiàn)后，研究人員便在這樣的背景下，開始研究離子液體功能材料。到目前為止，離子液體作為功能材料，已被快速應(yīng)用到光電材料、潤滑材料、能源材料（太陽能儲(chǔ)存）、核廢料回收、生命科學(xué)、磁流體材料等多種領(lǐng)域，為這些領(lǐng)域的發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。

張嘉恒在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)本碩博連讀期間，在植物學(xué)、醫(yī)學(xué)和離子液體等方面均打下了扎實(shí)的科研基礎(chǔ)。博士期間，他的研究方向?yàn)橹参锘钚晕锏母咝崛〖皯?yīng)用，他基于離子液體，開發(fā)出多種液分散微萃取技術(shù)，并將這些技術(shù)應(yīng)用于食品、環(huán)境樣品中農(nóng)獸藥的檢測中，取得良好效果。其間他還參與了原農(nóng)業(yè)部、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（原“973”）和國家自然科學(xué)基金的多個(gè)項(xiàng)目。除了與上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院展開合作，他還積極“走出去”，與德國萊布尼茨分析科學(xué)研究所和美國艾默斯實(shí)驗(yàn)室就多項(xiàng)分析化學(xué)領(lǐng)域的課題開展了合作研究。

為了加深研究程度，博士畢業(yè)后張嘉恒決定“走更遠(yuǎn)的路，看更大的世界”。于是，自2012年起他開始留學(xué)美國，師從Jeanne M. Shreeve教授，分別作為項(xiàng)目研究員助理和博士后研究員在美國海軍研究署聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（Office of Naval Research（ONR）-University of Idaho）從事研究。后來張嘉恒又于2015年入選日本學(xué)術(shù)振興會(huì)（JSPS）研究員，隨后他在世界知名離子液體和電化學(xué)專家Masayoshi Watanabe教授的指導(dǎo)下，于日本橫濱國立大學(xué)從事研究，并做出多項(xiàng)重要科研突破。

“國外學(xué)習(xí)的這段經(jīng)歷令我印象深刻，在研究思路、學(xué)術(shù)態(tài)度上都讓我有了新的認(rèn)識(shí)?！睆埣魏愀锌?。

勇做科研時(shí)代標(biāo)兵

留學(xué)美國期間，張嘉恒參與了多個(gè)有關(guān)離子液體的重要項(xiàng)目的研究。其中，他參與了美國海軍研究署和美國國防部的軍工項(xiàng)目“高性能離子液體火箭推進(jìn)劑”的研發(fā)，并做出突出成果。

含能離子液體是一類新型的離子液體材料，由于安全綠色含能材料需求量明顯加大，也得以推動(dòng)其快速發(fā)展，并迅速成為近年來研究的前沿與熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的含能材料相比，離子液體具備的一系列低溫離子型化合物特點(diǎn)，如不易揮發(fā)、液態(tài)區(qū)間寬、無毒、低毒等都使其占據(jù)很大優(yōu)勢(shì)。據(jù)悉，近幾年已經(jīng)陸續(xù)在高氯酸鹽、二硝胺鹽、疊氮鹽及硝酰鋁酸鹽等中發(fā)現(xiàn)了早前被隱藏已久的含能鹽熔點(diǎn)較低、具有離子液體等多種特點(diǎn)。但它們對(duì)空氣或水不穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性差、機(jī)械感度高，再加上其還存在合成復(fù)雜、有腐蝕性和毒性等不足之處，都在極大程度上制約了這些離子鹽的應(yīng)用。

因此，要想獲得高性能的含能離子液體材料，需要針對(duì)低熔點(diǎn)、高能量、低感度、低成本等特征進(jìn)行功能化設(shè)計(jì)，這樣一來，就有希望得到優(yōu)化的功能化離子液體結(jié)構(gòu)，可有效提升含能離子液體的性能，實(shí)現(xiàn)新型高能液體燃料的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

為此，張嘉恒將很大精力放在“高性能離子液體火箭推進(jìn)劑”項(xiàng)目的研發(fā)中，經(jīng)過艱難攻關(guān)，他成功開發(fā)出綠色環(huán)境友好型的硼烷類含能離子液體推進(jìn)劑。經(jīng)驗(yàn)證，其性能全面超越了傳統(tǒng)劇毒的肼類衍生物，獲得眾多國內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注，被視為該領(lǐng)域的突破性工作。

作為研究骨干，張嘉恒還參與了美國國防威脅降低局的軍工項(xiàng)目“新型含能材料設(shè)計(jì)”的研發(fā)，他開發(fā)的固態(tài)高能材料具有環(huán)境友好、爆速爆壓高、密度高、感度適中等特點(diǎn)，性能甚至可以超越目前美國軍方大規(guī)模使用的高能含能材料RDX（黑索金）和HMX（奧克托今）。

此外，在與美國海軍研究署合作的軍工項(xiàng)目“高性能氧化劑設(shè)計(jì)”中，張嘉恒還開發(fā)出一系列固態(tài)氧化劑，這些氧化劑具有高氧平衡、高密度、點(diǎn)火延遲低等優(yōu)點(diǎn)，可以用于替換推進(jìn)劑中大規(guī)模使用的高氯酸銨。

在美國學(xué)習(xí)期間，研究進(jìn)展得很順利，張嘉恒利用離子液體在航天航空技術(shù)等領(lǐng)域里取得的成績也讓他小有名聲，但他并沒有止步于此，而是開始想要進(jìn)一步拓展研究范疇，開闊學(xué)術(shù)眼界。碰巧，當(dāng)時(shí)鋰電池一度成為科研學(xué)者競相研究的“搶手貨”，這讓張嘉恒也頗為“心動(dòng)”，抱著試試看的心態(tài)，他開始在電檢驗(yàn)及鋰電池研究上下功夫。正是這次偶然的研究想法，讓張嘉恒在研究過程中發(fā)現(xiàn)，他所研究的離子液體同樣可以應(yīng)用于該研究方向，欣喜中他也對(duì)其產(chǎn)生了濃厚的研究興趣。

為了延續(xù)對(duì)鋰電池的研究熱情，張嘉恒狠下心，舍棄了美國優(yōu)厚的研究條件，也暫且終止了在含能材料領(lǐng)域里探索的腳步。他遵從內(nèi)心想法，轉(zhuǎn)戰(zhàn)日本，開辟了一條在生命科學(xué)方面進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新的研究道路。

在日本橫濱國立大學(xué)日本學(xué)術(shù)振興會(huì)工作期間，張嘉恒開始涉獵電化學(xué)清潔能源，他對(duì)包括鋰離子電池、鈉離子電池、鋰空電池及鋰硫電池在內(nèi)的多種清潔能源電池中電解質(zhì)的開發(fā)進(jìn)行了深入的研究。他在系統(tǒng)研究溶劑化離子液體概念的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出多種新型的多氰基電解質(zhì)。與此同時(shí)，他還設(shè)計(jì)合成了多種共軛羰基有機(jī)物電極材料，并將這些電極材料成功地應(yīng)用于鋰離子電池和鈉離子電池體系中，具有高理論比容量、低成本、綠色環(huán)保、操作安全等優(yōu)點(diǎn)。

“還記得前幾年頻頻出現(xiàn)手機(jī)爆炸事件，那就是鋰電池出現(xiàn)問題所造成的?！碧崞痄囯姵匕踩詥栴}，張嘉恒頗為擔(dān)憂。而離子液體讓他看到了希望，他表示，離子液體本身具備的蒸氣壓低、無可燃性、熱容量大等優(yōu)點(diǎn)，極有可能徹底解決鋰離子電池的安全性問題。事實(shí)證明，張嘉恒的想法是正確的。他用離子液體添加劑替代傳統(tǒng)添加劑，順利解決了傳統(tǒng)添加劑熱穩(wěn)定性效果差、耐高壓性能差和功能單一等缺點(diǎn)。使用離子液體共溶劑類電解液后，張嘉恒發(fā)現(xiàn)不僅電池安全性能得到了提高，還大幅度提高了電池的高溫及循環(huán)性能。此外，他還從鋰離子電池的“血液”——電解液入手，成功開發(fā)出新一代的離子液體電解液，可充分滿足電池在容量、壽命、安全等方面的要求。張嘉恒所做的努力使得超級(jí)電容器、大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的升級(jí)換代有了確切的新途徑，還為推動(dòng)電動(dòng)汽車和新能源千億級(jí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。

將技術(shù)成果轉(zhuǎn)化落地，張嘉恒明白這是一條漫長的研究之路，但他從不曾有過一日懈怠。2017年張嘉恒通過“國家高層次人才引進(jìn)計(jì)劃”被引進(jìn)回國并加入哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳），將科研基礎(chǔ)研究與成果產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化兩手抓，先后主持參與了深圳市石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心扶持計(jì)劃項(xiàng)目“用于柔性印刷電子的石墨烯基材料與含能儲(chǔ)能器件研發(fā)”、深圳市孔雀團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目“柔性可穿戴電子器件中關(guān)鍵材料研發(fā)”、深圳市科創(chuàng)委學(xué)科布局項(xiàng)目“新型硼烷類‘自點(diǎn)火離子液體推進(jìn)劑的合成及性能研究”等。并于近5年內(nèi)發(fā)表SCI論文150多篇，論文總影響因子之和大于500，引用次數(shù)達(dá)4100余次，h指數(shù)為38，其中3篇J. Am. Chem. Soc.一作研究文章和1篇Dalton Trans.入選了ESI高引論文。

在嚴(yán)謹(jǐn)而精細(xì)的離子液體領(lǐng)域里縱橫多年，練就了張嘉恒如今的性格。他做事認(rèn)真負(fù)責(zé)，幾乎每天都要承受高強(qiáng)度的工作壓力，但在旁人看來，他似乎從不知疲倦，任何時(shí)候只要一有研究想法，他就要努力去嘗試，去驗(yàn)證。在他看來，這些都是他樂意去做的，也是每一位科研人成功的必經(jīng)之路。

一場材料競賽

在忙著研究離子液體這一前沿課題的同時(shí)，張嘉恒還不忘帶領(lǐng)更多人向獨(dú)立創(chuàng)業(yè)的路上砥礪前行。

美國前總統(tǒng)林肯曾說過：“專利制度就是給天才之火添加利益之油?！弊屑?xì)想想，其最終目的無非為了能讓創(chuàng)新成果可以盡快地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化，使之最大限度地造福社會(huì)。這也許是每一位科研人員的“終極夢(mèng)想”，張嘉恒也早早加入了讓離子液體技術(shù)“落地”的創(chuàng)業(yè)競賽中。

碩士時(shí)期，張嘉恒就開始在創(chuàng)業(yè)路上“小試牛刀”，他聚焦大健康產(chǎn)業(yè)，充分利用離子液體具備的生物相融性、溶解性等出色性能，將這種新技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)用在生命科學(xué)應(yīng)用藥物、化妝品等產(chǎn)品的研發(fā)上，一點(diǎn)點(diǎn)通過自身與團(tuán)隊(duì)的共同努力為離子液體“正名”，使更多人看到了它的巨大價(jià)值，并被逐漸重視起來。

隨后在經(jīng)歷多年海外留學(xué)與工作后，張嘉恒拓寬了研究視野，也意識(shí)到離子液體介質(zhì)與功能材料還有很多值得挖掘的潛在價(jià)值。為了驗(yàn)證自己的想法，回國后，他把參與創(chuàng)建的廣東萱嘉醫(yī)品健康科技有限公司作為研發(fā)平臺(tái)，在將離子液體新技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的道路上不斷創(chuàng)新，攜轉(zhuǎn)化成果參與多個(gè)國家級(jí)、省級(jí)創(chuàng)賽并獲得優(yōu)異成績，其研究成果“植物源超分子溶劑及其綠色提取技術(shù)”順利通過韶關(guān)市科學(xué)技術(shù)局科技成果登記的審核評(píng)定，完成了科技成果登記。

張嘉恒從不打無準(zhǔn)備之仗，在產(chǎn)品研發(fā)前，他先是對(duì)離子液體的相互作用譜、離子鍵的設(shè)計(jì)方法及離子的化學(xué)、物理和生物性質(zhì)等做到充分了解，進(jìn)而在理論基礎(chǔ)上開始實(shí)踐，最終開發(fā)出“天然離子液體（鹽）”“天然深度共融溶劑”“超臨界流體萃取”等多項(xiàng)新技術(shù)，打破了國外多年的技術(shù)封鎖，并將這些新技術(shù)用于動(dòng)植物藥用活性成分提取及應(yīng)用、多種軟性材料的生產(chǎn)及應(yīng)用整合技術(shù)上，成功打造了離子液體技術(shù)支持的日化及美妝產(chǎn)品。

在張嘉恒的帶領(lǐng)下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在植物原料的選取上格外費(fèi)心，嚴(yán)格把好“質(zhì)量關(guān)”，選擇的原料均具有很高的離子液體油相萃取植物活性成分。團(tuán)隊(duì)還利用離子液體親水、親油及可調(diào)性等特點(diǎn)，對(duì)護(hù)膚產(chǎn)品的原料及配方進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其在兼顧功效性、穩(wěn)定性的同時(shí)，還提高了安全性。除此之外，這一系列產(chǎn)品選取的部分植物活性成分都具有抗菌性，可完全替代添加劑，從而減少對(duì)皮膚的刺激性。值得一提的是，使用產(chǎn)品后有效成分的吸收率也大大提升，功勞就源于生物堿離子液體技術(shù)?！皯?yīng)用這種技術(shù)后，可提高其溶解度，這樣就有利于深層穿透，還能促進(jìn)生物堿與有機(jī)酸的結(jié)合，從而產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)?！睆埣魏憬忉尩馈?/p>

銳意進(jìn)取的科研意識(shí)和一步一個(gè)腳印的研發(fā)規(guī)劃，使得張嘉恒在技術(shù)成果及產(chǎn)品生產(chǎn)方面取得了一個(gè)又一個(gè)的重要成果。其中，不得不提的便是“植物源超分子溶劑及其綠色提取技術(shù)”。

和傳統(tǒng)有機(jī)溶劑相比，植物源超分子溶劑及其綠色提取技術(shù)在天然成分提取中具有十分突出的優(yōu)勢(shì)。首先，植物源超分子溶劑與水的可溶性強(qiáng)，可解決一些天然成分溶解性差、難以吸收等問題;其次，植物源超分子溶劑原料種類豐富，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，有利于根據(jù)待提取物設(shè)計(jì)超分子溶劑，富集待提取物，提高提取率;同時(shí)，植物源超分子溶劑本身為綠色天然成分，在使用后不須分離，可直接作為大健康產(chǎn)品的原料使用，安全環(huán)保，免去了分離提純的步驟，節(jié)約時(shí)間和成本。由此來看，植物源超分子溶劑及其綠色提取技術(shù)是一種十分有前景的天然成分提取技術(shù)。

憑借該技術(shù)，張嘉恒領(lǐng)導(dǎo)下的深圳市萱嘉生物科技有限公司現(xiàn)已成功開發(fā)出多個(gè)系列的植物源超分子溶劑并應(yīng)用于植物活性成分的提取，例如提取黃芪中生物堿、提取關(guān)黃柏中生物堿、提取橄欖中多酚類物質(zhì)等。相關(guān)技術(shù)已成功開發(fā)出植物源萃取精華、植物源美白精華、植物源抗炎精華等多種產(chǎn)品，且已達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn)水平，可保持產(chǎn)量充足。并且，由其研發(fā)的植物源超分子溶劑及其綠色提取技術(shù)適用于多種植物有效成分的提取，并且提取后不須將植物源超分子溶劑分離，可與植物活性成分共同作為食藥妝原料用于大健康產(chǎn)品領(lǐng)域。

企業(yè)應(yīng)該通過自己的實(shí)力去造福社會(huì)，推動(dòng)社會(huì)科技水平的進(jìn)步，在張嘉恒看來，這是企業(yè)應(yīng)該具備的使命與責(zé)任。因此，在他關(guān)于公司的發(fā)展規(guī)劃中，向社會(huì)推出高質(zhì)量的產(chǎn)品與鉆研先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)從來都是并行齊進(jìn)的。得益于他的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，深圳市萱嘉生物科技有限公司多年來才能夠取得一系列的先進(jìn)技術(shù)成果，并于2020年12月11日順利通過國家高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)定，收到由深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)、深圳市財(cái)政局、國家稅務(wù)總局深圳市稅務(wù)局聯(lián)合頒發(fā)的《高新技術(shù)企業(yè)證書》。不僅如此，2021年1月28日，萱嘉生物科技有限公司順利通過了質(zhì)量認(rèn)證的專項(xiàng)審核，正式獲得了ISO9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證證書。在張嘉恒看來，這是對(duì)公司經(jīng)營以來質(zhì)量管理體系工作實(shí)施的肯定，同時(shí)，這也說明了萱嘉生物研發(fā)的產(chǎn)品質(zhì)量得到了充分的保障，并且各項(xiàng)管理工作的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)到了國際標(biāo)準(zhǔn)水平。他說，在今后的發(fā)展中，他將會(huì)不斷提高公司的管理水平，保持公司在市場競爭中的良好企業(yè)形象和信譽(yù)，為社會(huì)創(chuàng)造更大的價(jià)值。

更上一層樓

古語云：“流水不爭先，爭的是滔滔不絕?！钡珜?duì)于張嘉恒及其領(lǐng)導(dǎo)的萱嘉生物科技有限公司來說，既要爭做行業(yè)領(lǐng)先，也要時(shí)刻保持不斷前進(jìn)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。2021年6月1日，歷時(shí)兩年，斥資過億元，占地22畝、建筑面積達(dá)26500m2的功能性化妝品及功能性食品產(chǎn)業(yè)園——萱嘉醫(yī)品科技產(chǎn)業(yè)園已作為韶關(guān)市百億重點(diǎn)項(xiàng)目之一正式竣工。該產(chǎn)業(yè)園位于韶關(guān)新區(qū)，占地20余畝，并配備有10萬級(jí)GMP生產(chǎn)車間，得到了韶關(guān)政府的高度重視。不僅如此，萱嘉生物科技有限公司還獲得了深圳市人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)三號(hào)基金和深圳市國華投資管理股份有限公司數(shù)千萬元A輪投資，以此來專注于新材料開發(fā)與具有核心自主技術(shù)的創(chuàng)新。

政府及外界其他相關(guān)資源的加持，以及強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)是張嘉恒保持先進(jìn)研發(fā)技術(shù)、提升轉(zhuǎn)化能力的關(guān)鍵武器。張嘉恒提到，如今，他的研發(fā)團(tuán)隊(duì)中已有多位高校博士后出站研究人員，其中多位在哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）材料學(xué)院從事博士后研究并經(jīng)考核出站全職加入了萱嘉生物，同時(shí)，深圳市政府也向萱嘉生物發(fā)放了近百萬元的配套研發(fā)經(jīng)費(fèi)。今后，張嘉恒將以萱嘉生物科技有限公司為平臺(tái)，通過先進(jìn)材料探索生命科學(xué)的奧秘，推動(dòng)科技創(chuàng)新工作走深走實(shí)，為建設(shè)科技強(qiáng)國貢獻(xiàn)一份力量。