稀土發(fā)光材料值得畢生相守、耕耘

孫麗寧

上海大學(xué)三級教授、博士生導(dǎo)師，德國洪堡學(xué)者

孫麗寧是我心存采訪念想多年的星友之一：稀土是重要的戰(zhàn)略資源，得知孫麗寧在上海大學(xué)從事稀土發(fā)光材料的研究和教學(xué)時就想采訪她；2022年新冠奧密克戎毒株突襲下的特殊時期，許多高校老師在封控期間在學(xué)校做志愿者，看到孫老師身穿防護(hù)服在校園推車送飯的一幕時更添了這種念想。近期，關(guān)注到孫麗寧課題組在稀土發(fā)光材料結(jié)合深度學(xué)習(xí)人工智能方面取得突破性進(jìn)展的新聞，終說服孫老師接受啟明星專訪。那天見面采訪更像老朋友聊天，孫老師談了她的經(jīng)歷、與稀土的緣分，以及由德國洪堡學(xué)者牽起的國際朋友圈……

孫麗寧的稀土情

如果說孫老師身上有幾張標(biāo)簽的話，那主要的一張應(yīng)該就是稀土了。說起稀土發(fā)光材料，孫老師舉了2001年“9 · 11”恐怖襲擊事件的例子：在斷電、濃煙彌漫的情況下，世貿(mào)中心雙子塔樓里，利用稀土長余輝發(fā)光材料制作的安全疏散指示牌，成功地從兩棟110層的摩天大樓里安全疏散了很多人。這種長余輝發(fā)光材料能吸收太陽光或人工光源來儲光，在停止照射的夜晚或黑暗處持續(xù)發(fā)光，是一種儲能、節(jié)能的發(fā)光材料。

當(dāng)然，這種白晝蓄光、夜間發(fā)光的長期循環(huán)蓄光、發(fā)光的長余輝材料只是稀土發(fā)光材料的一類。其實，作為不可再生資源的稀土早已在急救防災(zāi)、航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮著無可替代的作用，被視為攸關(guān)國家安全的戰(zhàn)略資源。稀土因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛用于新能源、新材料、節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)與高端醫(yī)療器械等領(lǐng)域，也被譽為“新材料之母”，是不可或缺的重要基礎(chǔ)材料。

我國已成為名副其實的稀土大國，無論是稀土產(chǎn)量、出口量還是消費量均居世界首位。但在稀土功能材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，與西方發(fā)達(dá)國家相比仍存在一定的差距，在很長一段時間，我們的稀土資源利用率不高。為了讓年輕人更加了解稀土，助力將稀土大國變?yōu)橄⊥翉妵瑢O老師為研究生專門開了關(guān)于稀土發(fā)光材料的研討課，其中一個課件的題目就是“從稀土大國走向稀土強國”。除了向新入學(xué)本科生、研究生做稀土發(fā)光材料相關(guān)的科普和科研報告，她還把“稀土是寶藏、是重要戰(zhàn)略資源”的理念傳播給不同的受眾。2021年她應(yīng)學(xué)校婦委、工會舉辦的女教授創(chuàng)新論壇之邀為師生做講座分享時，也科普了稀土的重要性和戰(zhàn)略資源地位的不可替代性。

說起稀土，孫老師如數(shù)家珍：稀土包括鑭系的15種及鈧、釔共17種金屬元素，稀土離子受益于獨特的電子結(jié)構(gòu)，具有豐富的能級，使其具有優(yōu)異的發(fā)光特性，其發(fā)光范圍涵蓋了紫外-可見-近紅外光的光譜區(qū)域，從而使稀土離子在發(fā)光及其他領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景和研究價值。在稀土材料的研究中，稀土發(fā)光材料是研究最為廣泛、最為重要的內(nèi)容之一。如前面提到的稀土長余輝發(fā)光材料，只要太陽光或日光燈照射5～30分鐘，就能在黑暗處持續(xù)發(fā)光50小時以上，因此在應(yīng)急標(biāo)牌、通道標(biāo)識、電源開關(guān)等方面有廣泛的適用性。

稀土情追溯到化學(xué)緣

孫麗寧說起稀土?xí)r眼睛里是放光的，這種稀土情可追溯到她的成長經(jīng)歷中與化學(xué)的緣分。威海乳山市出生的孫麗寧或是遺傳了數(shù)學(xué)優(yōu)秀的爸爸的數(shù)學(xué)因子，小學(xué)時就顯示出數(shù)學(xué)上的優(yōu)勢，直到高中階段只要班級里數(shù)學(xué)有滿分，通常就有她。五年級時她就拿到過全國奧林匹克數(shù)學(xué)競賽三等獎，初中時獲得過省化學(xué)一等獎。她對化學(xué)感興趣始于初中階段，高中上化學(xué)課時老師對她的影響也非常大，尤其化學(xué)實驗時出現(xiàn)的奇特現(xiàn)象深深吸引了她。其實數(shù)學(xué)也是她“中意”的專業(yè)，但相比“搞腦子”的數(shù)學(xué)，孫麗寧覺得理論和實驗相結(jié)合、“看得見摸得著”的化學(xué)更適合自己。不過，麗寧坦承當(dāng)時自己對大學(xué)選數(shù)學(xué)還是化學(xué)專業(yè)的認(rèn)知其實也是懵懂的，但自己對化學(xué)的興趣是由衷的，一旦情定化學(xué)后，她也從來不曾懷疑過自己的選擇，而且還將這種專業(yè)興趣、熱情傳遞給更多的年輕學(xué)子。

孫麗寧本科就讀于山東師范大學(xué)，這所學(xué)校離孫麗寧對自己設(shè)定的目標(biāo)有一定距離，她沒有多去找“失利”原因，而是把考研作為自己進(jìn)大學(xué)后的奮斗目標(biāo)，為此她大一、大二就有自己的規(guī)劃，從老師、師姐那里也學(xué)到很多，大三起就把考研作為重點。憑著自己的努力，她如愿考入中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所，進(jìn)入張洪杰院士團隊攻讀碩士。張老師是我國稀土發(fā)光領(lǐng)域的知名學(xué)者，麗寧說這是她的幸運。當(dāng)時張老師的研究課題之一是關(guān)于稀土鎂合金材料的，該材料成功應(yīng)用于我國第二次載人航天飛行任務(wù)“神舟六號”飛船。由于使用了這種稀土鎂合金材料，神舟六號載人飛船減重13公斤，可少攜帶火箭推進(jìn)劑近1噸。這一身邊的稀土應(yīng)用造福人類的實例自然也深深影響了孫麗寧，她選擇了碩博連讀，碩士后繼續(xù)師從張洪杰院士攻讀博士學(xué)位。

孫麗寧博士階段的第一篇論文基于實驗數(shù)據(jù)和賈德-奧菲爾特（Judd-Ofelt）理論，分析了其所設(shè)計、制備的摻雜稀土鉺化合物雜化材料在光放大器方面的潛在應(yīng)用前景，這篇論文2005年發(fā)表在國際知名雜志《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上，這也是當(dāng)時孫麗寧所在課題組第一篇影響因子超過5.0的論文（2024年該雜志影響因子為19.0）。博二時她獲得了中國科學(xué)院院長優(yōu)秀獎，這個獎得之不易，學(xué)生獲得率低于1%。畢業(yè)前，麗寧申請了德國洪堡基金，該基金的評選有著極為嚴(yán)格的遴選程序，由約100名不同專業(yè)的著名科學(xué)家組成遴選委員會，選拔的唯一標(biāo)準(zhǔn)是學(xué)術(shù)水平，不分國別，面向所有專業(yè)。博士畢業(yè)后，孫麗寧如愿作為洪堡學(xué)者去往德國雷根斯堡大學(xué)進(jìn)行博士后研究。

洪堡學(xué)者引發(fā)的“國際科技合作之緣”

這段德國洪堡學(xué)者的經(jīng)歷于孫麗寧的影響是巨大的?！霸诘聡龊楸W(xué)者那段時間我收獲頗多，對德國也有了更多了解。德國人一向以嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、邏輯性強而著稱，我的德國導(dǎo)師沃爾夫貝斯（Wolfbeis）教授除了科研水平極高、社交能力很強外，他的事業(yè)與生活的平衡觀念我也非常欽佩，注重平衡與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠^念體現(xiàn)在對工作與生活的平衡追求上。我也一直朝著這個方向努力，努力工作、健康生活。”我也是通過這次訪問，理解洪堡學(xué)者這一段經(jīng)歷對孫麗寧的意義，如果把洪堡學(xué)者視為有助于了解她的另一張標(biāo)簽的話，應(yīng)該是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

回想起來，孫麗寧說在德國的那段時間是她最無憂無慮的時期。歐洲人，特別是她的德國導(dǎo)師對工作和生活的理解深深影響了她。他們工作時全身心投入，追求效率，加班較少，工作時間以外就是充分享受生活。當(dāng)然，洪堡學(xué)者這段經(jīng)歷于孫麗寧最大的收獲是有機會慢慢融入研究領(lǐng)域的國際交流圈。以導(dǎo)師為紐帶，她認(rèn)識了組內(nèi)在研或畢業(yè)的其他學(xué)者及其他國家學(xué)者，通過這些國際好朋友，逐漸形成了國際科研合作圈，亦由此牽出了一段中國-奧地利科技合作佳話。

時間閃回到2014年9月23日，在上海大學(xué)舉行的第二屆中國-奧地利納米科學(xué)與技術(shù)圓桌會議上，奧地利交通創(chuàng)新及技術(shù)部代表亞歷山大 · 波加尼（Alexander Pogany）與上海大學(xué)施利毅教授聯(lián)合組織了“上海大學(xué)-奧地利研究促進(jìn)中心交流研討會”。會上，從德國洪堡訪學(xué)歸來入職上海大學(xué)5年的孫麗寧做了題為“多功能稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料用于生物成像的研究”的報告，引起了奧地利企業(yè)總裁安德里亞斯（Andreas）的莫大興趣，會后他與孫麗寧頻頻互動討論未來合作事宜。這位總裁回奧地利后，找到他的好朋友及合作者、格拉茨技術(shù)大學(xué)的邁爾（Mayr）教授談起在中國參會，并想與孫麗寧課題組合作事宜。邁爾教授一看會議手冊中孫麗寧的簡歷，喜不自禁！孫博士與他來自德國同一個課題組，且有著共同的導(dǎo)師，但孫麗寧和他在組內(nèi)并無交集。邁爾2002年從沃爾夫貝斯教授課題組博士畢業(yè)然后離開德國，而孫麗寧是2008—2009年加入沃爾夫貝斯課題組。但由洪堡學(xué)者背景牽起的這段緣分促成中奧兩位學(xué)者取得聯(lián)系，并很快達(dá)成合作意向，開展合作研究。

有了合作基礎(chǔ)后，麗寧與奧地利師兄邁爾希望能夠通過申請國際合作項目進(jìn)一步加強合作。2016年，孫麗寧教授應(yīng)邁爾教授和沃爾夫貝斯教授的邀請，赴奧地利格拉茨參加2016年3月舉辦的第13屆國際光化學(xué)和光生物傳感器會議，并做學(xué)術(shù)報告。此次奧地利之行，孫麗寧與邁爾商定了合作項目申請內(nèi)容與細(xì)節(jié)，并簽署項目申請所需的合作協(xié)議。也因為有這些合作基礎(chǔ)與鋪墊，且雙方互相信任，最終促成了國家重點研發(fā)計劃——科技部政府間國際科技創(chuàng)新合作重點專項——的成功獲批，進(jìn)一步加強了中-奧雙方的科技合作。

說起這段國際合作故事，孫老師稱其中的緣分妙不可言：真的，世界很大，世界也很??！得益于洪堡學(xué)者帶來的機緣和平臺，麗寧又與加拿大、葡萄牙、波蘭等更多的國際同行建立了合作關(guān)系?！安还芴炷系乇保灰徽f起洪堡學(xué)者，彼此就有了信任感。洪堡學(xué)者這一國際朋友圈帶我們開闊了視野，擴大了國際合作，有了交流紐帶?！睂O老師告訴我，即使在疫情的特殊時期，她與洪堡學(xué)者大家庭之間的聯(lián)系也沒有中斷，每年都收到洪堡協(xié)會寄來的日歷記事本和書籍。2020年在德國疫情異常嚴(yán)峻的情況下，孫老師參與中國洪堡學(xué)者組織的捐款活動，善款用于采購醫(yī)用防護(hù)服，并快遞往德國洪堡基金會，在當(dāng)時德國購置防護(hù)服非常困難的情況下發(fā)揮了重要作用，這就是飲水思源，洪堡基金會官網(wǎng)也報道了中國洪堡學(xué)者的該次捐贈事宜，并致以誠摯感謝。特別是在全球大環(huán)境風(fēng)云變幻的當(dāng)下，更能體會到這種根植于科學(xué)家之間的相互認(rèn)同、相互攜手，是何其有幸，彌足珍貴！

《大學(xué)化學(xué)》被選為示范性公開課

來到上海大學(xué)任教后，感覺自己很幸運并獲得很多師長幫助的孫老師更能體會到現(xiàn)在學(xué)生成長的不易。孫老師很清楚，競爭日益激烈的社會和世界需要的是復(fù)合型人才，所以她非常注重對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。她多次邀請國內(nèi)外知名學(xué)者來訪上海大學(xué)，和研究生近距離交流、討論，對一些優(yōu)秀、英語好的研究生她會推薦并幫助他們短期出國交流。前幾年，孫老師課題組也培養(yǎng)了一位埃塞俄比亞爾的博士留學(xué)生所羅門（Solomon） ，他英語很好，在組里的3年多時間，組內(nèi)同學(xué)們的英語口語和聽力提升很多。所羅門獲得上海大學(xué)博士學(xué)位回國后繼續(xù)在阿達(dá)瑪科技大學(xué)任教，目前已晉升該大學(xué)的副校長，經(jīng)常寫信感謝孫老師對他的指導(dǎo)和培養(yǎng)。孫老師也善用了這樣的英語語境，努力創(chuàng)造平臺，培養(yǎng)具有國際化視野的青年人才。

在本科生教學(xué)中，孫老師注重理論與實踐緊密相結(jié)合，聯(lián)系日常生活及自己經(jīng)歷的實例，闡述其中蘊含的化學(xué)原理，深入淺出地幫助學(xué)生理解課堂知識，注重學(xué)生專注力的培養(yǎng)。日常與學(xué)生交流時，引導(dǎo)學(xué)生形成積極向上的價值觀、人生觀，培養(yǎng)內(nèi)心豐富、身心健康的復(fù)合型人才。她講授的本科生公共基礎(chǔ)課《大學(xué)化學(xué)》曾被選為示范性公開課，上課效果獲得師生一致好評。而對研究生的培養(yǎng)，除了平日的指導(dǎo)交流，每周日上午的組會更是雷打不動。4小時左右的組會內(nèi)容涉及分享領(lǐng)域前沿、總結(jié)工作、討論結(jié)果、提出問題、擬定計劃，營造“溫馨團結(jié)、樂觀向上”的課題組文化，同時培養(yǎng)研究生的綜合能力和團隊精神。孫老師對我說，也像是她對自己和學(xué)生說：“自信是成功的基礎(chǔ)，自律是成功的保障。科研需要堅持、腳踏實地、一步一個腳印，創(chuàng)新要有基礎(chǔ)和積累，只有沉得下去、才能浮得上來。”

熱愛生活引出的育兒道

我在孫麗寧的朋友圈里時而會看到她曬家里養(yǎng)的綠植和各種花卉，話題一涉及此，她給我看了很多蔬菜的種植和收獲的照片，分類為“我家韭菜生長小記錄”“種瓜得瓜種豆得豆”等，熱愛生活是他們家的特點?！按笞匀皇且粋€奇妙無比的世界。平時的學(xué)習(xí)和工作緊張，但也要慢下來留意這個世界?！币咔槠陂g她和讀小學(xué)的兒子記錄韭菜、絲瓜、黃瓜、西紅柿等的生長過程?！澳嵌螘r間，我兒子每天早晨都去看下這些綠植，經(jīng)常有重大發(fā)現(xiàn)，他知道了黃瓜有雄花和雌花，觀察到卷絲的奇妙，也感嘆植物生長的神奇……我家陽臺還種過蔥、土豆、尖椒等，在疫情居家的特殊時期我們種的韭菜、土豆等幫了大忙。之前，我兒子還以‘我家的辣椒為題完成了一篇作文，寫得很有意思并得到了老師的表揚。他摘下紅辣椒、曬干，留著給我做飯用，很有成就感。這些經(jīng)歷和過程，對培養(yǎng)孩子的觀察力和對他的身心健康都有助益?！?/p>

疫情學(xué)校封控期間，孫老師也把自己從碩士開始的“研”路歷程及自家種植的收獲、體會做成幻燈片給研究生們線上分享，鼓勵封閉在校的學(xué)生樂觀，多留意身邊神奇、頑強的大自然，保持對生活、學(xué)習(xí)的熱愛。

稀土發(fā)光材料值得畢生相守、耕耘

孫麗寧完成德國洪堡學(xué)者后， 2009年9月破格成為副教授入職上海大學(xué)，2016年3月晉升正高職稱、博士生導(dǎo)師。迄今，她已在國內(nèi)外知名雜志發(fā)表SCI論文120余篇，被引用6900余次；申請發(fā)明專利53項，獲得授權(quán)26項（其中1項授權(quán)專利已轉(zhuǎn)讓）。作為項目負(fù)責(zé)人，孫麗寧主持了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金（4項）、上海市科委基礎(chǔ)研究重點項目、上海市國際科技合作項目等12項國家/省部級項目。2014年和2019年她先后入選上海市“青年科技啟明星”和“曙光學(xué)者”；2021年榮獲2019—2020年度“上海市教育系統(tǒng)三八紅旗手”；受邀在國際、國內(nèi)大型學(xué)術(shù)會議做主題或邀請報告40余次。由于在稀土發(fā)光材料領(lǐng)域的國際影響力，2020—2021年孫老師應(yīng)《化學(xué)前沿》（Frontiers in Chemistry）雜志之邀，與其他三個國家的女性科學(xué)家一起組織了該期刊的《稀土發(fā)光界女性科學(xué)家》特刊。

迄今已在稀土發(fā)光材料領(lǐng)域深耕20余年的孫麗寧說，她會一直堅守在稀土發(fā)光材料這個領(lǐng)域。前些年，鈣鈦礦（含稀土）因和太陽能電池有交叉，帶起過一波關(guān)注和熱度，孫老師沒有去追這個熱點，她說她能力有限，希望繼續(xù)在稀土發(fā)光領(lǐng)域一步一個腳印深耕下去。孫麗寧的堅持其實不是“固守”，其團隊的研究方向——稀土發(fā)光材料及其信息存儲、檢測和生物應(yīng)用研究——本身就具有明顯的學(xué)科交叉屬性，她對各種新興技術(shù)和稀土發(fā)光材料的結(jié)合一直非常關(guān)注。人工智能時代到來，她也希望能夠在稀土發(fā)光材料和人工智能的交叉研究方面取得進(jìn)展。她隨即把一部分精力投向稀土發(fā)光材料在信息儲存和信息解碼的應(yīng)用研究上，團隊圍繞深度學(xué)習(xí)稀土熒光成像，近三年來亦有幾篇高水平文章發(fā)表在相關(guān)領(lǐng)域的國際頂級學(xué)術(shù)期刊上。孫麗寧介紹說，團隊利用稀土納米材料的獨特發(fā)光特性，將其與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合，建立了新型的深度學(xué)習(xí)熒光成像技術(shù)，成功將受組織干擾的低分辨可見光圖像轉(zhuǎn)換為清晰的圖像，獲得了具有窄發(fā)射帶和高信噪比的熒光信號。該結(jié)果不僅為熒光成像提出了新的研究方案，也為智能光學(xué)材料與機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的交叉研究帶來了嶄新的思路。孫麗寧并不隱諱自己的雄心：拓展這方面的研究希望助力將我國豐富的稀土資源在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用推向更高的層次，服務(wù)于稀土強國的目標(biāo)。

那天，我和孫老師聊得盡興而舒暢。其間她陪我去教授食堂用餐，飯后帶我參觀了上海大學(xué)博物館和校園內(nèi)的溯園，講述了上海大學(xué)（1922—1927年）的紅色故事。在經(jīng)過校園內(nèi)正在施工的一片建筑工地時，她說這里原來是一片草地和玉蘭花樹，她回憶起了2022年上半年特殊時期，她和研究生們一起坐在這片草地開組會的一幕幕……

我記起孫老師跟我說過，在讀大學(xué)時她就樹立目標(biāo)將來做大學(xué)老師，在德國留學(xué)時希望將來回國到大學(xué)任教，和一批批風(fēng)華正茂的學(xué)生一起成長。顯然，孫老師做到的已經(jīng)遠(yuǎn)不止于此，她在科研上的建樹已經(jīng)引領(lǐng)了稀土發(fā)光材料的某些新方向，她也在謀劃如何再續(xù)洪堡學(xué)者朋友圈科研新篇章。而無論今后的發(fā)展軌跡如何，為本科生和研究生上好基礎(chǔ)課、培養(yǎng)和指導(dǎo)出一批批優(yōu)秀的研究生，是她永不放棄的使命。我相信！

江世亮采寫于2024年2月5日