作者:喻思娈 来源:人民日报 发布时间:2016/5/6 10:56:11
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中科院理化所刘静研究员:探索像发现桃花源般美妙

刘静(左三)在指导团队成员做实验。
  中科院理化所供图

“中国的原创科技成果,哪些能够向世界输出?我希望液态金属算一个。”中科院理化所双聘研究员、清华大学教授刘静告诉记者。

在中科院理化所,刘静团队的“主战场”——低温生物与医学实验室面积不足30平方米,狭小的空间摆满了瓶瓶罐罐和大量自行研发的仪器设备,以至于连个舒服伸腿的地方都不好找。就在这里,一个由9名核心成员组成的团队,做出了液态金属基础及相关应用研究的大多数前沿成果。

“目前在液态金属研究许多领域,我们处于当仁不让的‘领跑’地位。”一向谦逊的刘静说到这里信心满满。

他的信心从何而来?

借助液态金属研发应用,未来人们甚至可以直接打印出一台手机,造出像电影中那样的“终结者”

走进实验室,一位科研人员正在制作一个提升液态金属性能的器件。刘静介绍,团队最近在为完成一项液态金属原创成果加班加点。

刘静提到的液态金属是指在常温常压下像水一样呈液态的金属。金属熔点较高,通常除了水银,常规环境下的金属多呈固态。让金属在相对低温条件下呈现液态,展现神通广大的本领,被认为是异想天开。

刘静团队的工作,就是要找到金属呈现液态的方法并发掘它们的独特性能。从2000年开始,历经10多年的积累,团队发现了液态金属在传热、导电、流动、生物医学及柔性机器等方面的独特机理,并探索了可能的应用方向。

2013年6月,把液态金属做成打印“墨水”,刘静团队首次研发出纸上直接生成电子电路的技术。一年后,团队又研发出世界首台室温液态金属打印机,借助该设备,只需在计算机上设定程序,就可以“打”出个性化的电路系统。这种工作让极低成本下快速、随意地制作电子电路成为现实,有望改变电子电路的制造规则。未来,人们甚至可以直接打印出一台手机,电子制造可能在办公室或家里就能完成。

看过电影《终结者》的观众,一定对影片中可以任意改变外形、迅速恢复原貌的机器人印象深刻。2015年3月,刘静领导的中科院理化所、清华大学医学院联合研究小组,首次研发出自主运动的可变形液态金属机器,为研发“终结者”提供了实现路径。在全球先进机器人研发竞争激烈的背景下,刘静认为,液态金属打开了机器人的想象空间,有望成为机器人变革的重要引擎。

在生物医学领域,液态金属也有广阔的应用前景。比如,2014年6月,针对断裂神经修复这一世界性难题,刘静团队利用液态金属成功“搭桥”,建立信号通路,为人体神经功能快速重建提供了可能。

此前,科学界对液态金属的认识大多停留在水银上,刘静团队的许多研究可谓横空出世,被认为是“黑科技”。目前,国内外研究团队纷纷投入力量进入这片处女地。2014年,美国国家航空航天局还将液态金属冷却列为未来前沿技术之一。

刘静团队的工作被科学界誉为人类利用金属的第二次革命。刘静常听到类似疑问:这一系列工作国外没有做,你们怎么想到的?“我们不追逐国际热点,而是根据科学发展的逻辑和产业需求,顺藤摸瓜,做有价值的原创研究。”刘静说。

“我们要有自信,坚持做原创,不能肤浅地做跟风式研究。”这是刘静在实验室对团队常讲的一句话。他要求团队成员,在开展研究时多问问自己:做的是不是该领域最重要的东西,有没有开创性的成果?

液态金属研究,既有“高大上”的基础发现,又有“接地气”的应用。刘静把这种兼具科学和技术之美的研究称为“完美科学”,液态金属研究是“科学与技术齐飞”。

科学突破往往是殚精竭虑地思索到一定程度,受到实验发现或灵感启发,最终实现质的飞跃

刘静深入研究液态金属,最早源于寻求一种芯片降温的方法。实验中液态金属会不经意间洒到计算机上,弄脏屏幕。然而,原本糟糕的情形却酝酿着大技术——可不可以直接打印出电路?实验经历促使刘静思考,引发了液态金属研究的拓展。

回顾该团队的研究历程,不少成果和最初的转向一样,看似偶然所致。比如,小组成员尝试用液态金属镓合金来连接、修复受损神经时,在测试中不经意发现,散落在牛蛙坐骨神经周围的液态金属微小液滴,在电触发下出现令人惊奇的自旋转现象。刘静团队受此启发,探索通过电场控制实现液态金属转换与变形的可能性,由此观察到了液态金属蕴含的物理学图景,开启了液态金属自主运动机器的研究。

又如,在优化液态金属电子电路打印溶液固化问题时,研究人员尝试了火烧、有机溶剂溶解等多种常规方法,效果均不佳。一次闲聊,有人提出用低温冷冻的方式。没想到,该方法产生奇效,团队由此解决了电子器件高度适形化制造难题。

“偶然中有必然,我们长期沉浸在液态金属领域,各种各样的信息每天都在脑海里交汇,我们不能预料下一步突破在哪,但会穷尽方法去尝试,坚信一定会在某个节点实现突破。”刘静说。

“人类第一次制备出石墨烯,看上去好像就是用透明胶纸不断粘出来的,其实背后有很深刻的原理。”刘静说,科学突破往往是殚精竭虑地思索某个问题到一定程度,受到某个实验发现或灵感启发,最终实现质的飞跃。要有随时准备、敢于探索的素养,才不会把一些有价值的信息当成司空见惯的现象,才不会轻易放过任何蛛丝马迹。“机遇垂青有准备的人,不仅要有积累,更要保持探索精神。”这是刘静在团队里常提到的第二句话。

团队成员、清华大学医学院博士后盛磊说,刘静老师不是简单教知识,还注重培养团队的科学素养,鼓励我们要敢想、敢于实验。“团队成员来自不同专业,很多人从未接触过液态金属,但进来不久便可迅速地做出好成果,这与团队重视探索、鼓励创造的氛围有关。”

刘静告诉记者,空闲时他会通过阅读一些科幻作品来激发灵感,并酝酿一些看似荒诞的技术设想:眼睛失明了,液态金属能否充当视网膜的神经,帮助患者恢复光明?耳朵失聪了,液态金属是否可以作为听神经,传递声音?大脑停止活动了,利用液态金属构成的神经电路,是否可以接管身体?

有积累、敢探索还不够,怎么判断研究方向?刘静说起了自己的心得:重大前沿科技领军科学家需要有前瞻性思维和眼界。使小聪明,用小技巧,偶尔碰运气也能做出一些不错的研究,但不能带领团队持续出成果,更难以保持引领地位。“相比Smart(聪明),更高一层的是Bright Mind(智慧)。”他认为,团队持续涌现优秀成果,是研究人员长期在基础研究方面下“笨”功夫,对前沿方向有敏锐把握能力后自然而然的结果。

“即使简单如一个纸杯,你也要尊重它,调动科学思维来观察,经过千万次凝视才会有新发现。”刘静说。

为了将论文赶在凌晨前投递出去,刘静甚至在除夕团圆饭的餐桌上修改文章

进研究所至今,何志况一直跟着刘静从事研究工作,目前已是中科院理化所年轻的副研究员。由于一门心思扎在液态金属研究上,这些年他甚至很少走出实验室。

何志况说,自己得以安心科研,是耳濡目染实验室团队潜心研究的结果。“实验室最后走的人总是刘老师,他随身带一支笔,随时随地都在帮我们修改论文。”

2013年除夕夜,为了将论文赶在凌晨前投递出去,刘静就在吃团圆饭的餐桌上修改文章。结果,春节假期刚过,刘静就被告知文章已被接收。

在得到学术界关注前,刘静带领团队默默耕耘10余年,鲜为人知。刘静坦言,漫长的研究中偶尔也会萌生孤独感,但探索液态金属世界,犹如发现桃花源一般美妙,又感到很幸福、很快乐。

“前沿科研是孤独的探索,要学会从中获得快乐,培养对科学的兴趣。”这是刘静在团队中常讲的第三句话。

刘静说,现在实验室提供了很高的研究平台,学生用功点就有可能发表不错的论文,但能力的培养却是长期的。“科学探索是一项长期事业,就像冒险,一路上会遇到各种困扰和现实难题。研究者要不断提高,最好保持理想主义精神,如此即便荆棘丛生,内心也能充满希望,还将获得永恒的快乐。”

2014年,刘静获得传热学界“终身成就奖”——威廉·伯格奖,还有人把刘静称为“中国液态金属教父”。

面对这些掌声,刘静告诉团队,得到外界认可让人激动,但也不能太沉醉其间。“真正重要的是:若干年后回过来看,是不是有许多重大思想和科研成果出自我们,研究有没有为人类解决一些关键问题。”

“我们可能在不经意间就创造了历史,未来研究被广泛应用,即便没人知道这是谁的成果,我们的工作依然很有价值。它带给你的是科学探索的审美享受。”刘静说。

刘静常与团队成员分享阅读科技史的思考。“科技的真正突飞猛进是近两三百年的事,以后还有无尽空间。我们每个成员都要争取成为主角,抓住时代的机遇。”

近些年,刘静团队还联合工业界推动液态金属产业化应用。“我们有幸在液态金属研究上走在世界前头,但在产业方面不能落后,我们要把握历史机遇,帮助我国建成世界级的液态金属谷。”刘静说。(原标题:探索像发现桃花源般美妙)

 

 
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2016/5/7 8:13:53 qims
与 北医三院 的 事处理如何了
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