新华日报:科技创新,笨功夫激发“灵感一现”

发布时间:2019-02-28浏览次数:506作者:王宏伟来源:新华日报供图:王宏伟责任编辑:王伟审核:王静

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35岁的张助华教授2018年作为第一作者在世界顶级科学杂志《自然·纳米技术》发表了两篇论文,《自然》杂志编辑为其中一篇新创了英文单词 hydrovoltaics(水伏),另一篇论文讲述了他预测的“硼烯”这种自然界并不存在的物质在实验室中被制成。这两篇论文标志着他所在的澳门新葡亰76500-赌全部网址所有平台纳米研究所在“水伏”和“单原子层晶体”两个领域走在了国际前沿。


1月27日星期日早上,记者走进张助华的办公室时,他正在用英文撰写论文。采访时,他能把“水伏效应”“单原子层晶体”等科学名词说得浅显易懂,但谈到生活,他的记忆似乎断了片:“我的生活与科研已经浑然一体,在实验室我感觉最舒服。”


科学家眼中的世界,与普通人不太一样,比如进入微观世界。“水伏”的基本原理是水分子在纳米材料内外表面游走,引起了材料中电子的移动,从而把动能转化为电能。“打个不恰当的比方,有点像海绵吸水能发电。”张助华说,“水流、水滴、水波还有蒸发都可以被转化为电能。实验中水蒸发到手机大小的薄膜上,产生的电量基本可以点亮同样大小的液晶屏。”虽然从揭示原理到产业应用还有一段距离,但这有可能开启一场能源革命。


没有什么重大突破可以一蹴而就,“水伏”是张助华所在团队多年奋斗的成果。石墨烯刚兴起时,团队广泛尝试其在力、磁、电、光等各种场域中的性能,进而确定“水中捕电”的方向。然而研究却撞了南墙,团队用各种方法产生的电量都极其微小,探索漫长而艰难。后来他们和华中科技大学在合作中无意发现,使用廉价的碳黑材料仅依靠水蒸发仍能产生电量,一片新天地就此豁然打开。回首这段历程,张助华说:“这种体验就是痛并快乐着,科学家比普通人更能体会什么叫‘柳暗花明又一村’,因为我们要在没有路的地方找到一条路,而此前我们走错过无数次。”


“水伏”是试出来的,“硼烯”则是算出来的。石墨烯被普遍了解后,科学界开始寻找类似的“单原子层晶体”——只有一层原子均匀分布在衬底材料上,就像一群人手拉手站在广场上。硅、磷、锡等元素都在目标之列,而张助华把目光投向了元素周期表上碳元素旁边的硼。与石墨原子呈片状分布不同,宏观硼材料中的原子呈团状结构,附着在什么衬底材料上才能使硼原子分布从一团变为一片?这是一个深奥而令人费解的过程,理念在大脑中完善,过程却是由研究所每秒运算1000亿次的计算机完成的。2015年中,理论结果出来了——银。当年底,美国阿贡实验室与西北大学实验室、中科院物理所几乎同时验证了这个理论,硼烯不仅是目前已知最薄的柔性单原子层金属,而且在低温下是超导体,这一基础发现有可能被写进教科书,为其他科学家打开一扇研究的大门。


“对于科研,35岁已是堪当大任的年龄,因此我总对张助华这样的青年学者有更高期求,希望他们做从无到有的发现,做有应用价值、造福人类的工作。”中科院院士、澳门新葡亰纳米科学研究所所长郭万林说,中国的科学家在知识、训练和技能上已经不逊于任何国家,中国在科研投入上不惜重金也处于世界前列,但是每年10月诺贝尔奖颁奖季,对自己获奖有所期待的中国科学家还太少太少。他说:“谁把心沉得更静,比别人想得更深,他的思想结晶才可能对大家有助益,取得从0到1的原始发现。”


采访结束时,张助华又点开了论文赶进度,他说:“科学前沿的竞争远比一般人想像得激烈,一项成果从构思到发表往往要数年时间,新发现也许就已不再新。走在世界科学前沿既要聪明又要笨,足够的笨功夫才是激发灵光一现的关键,这也算是一种奋斗吧。”


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