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在武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授付磊看來，科研最大的魅力就是能將不可能變?yōu)榭赡堋Ｋ麕ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)基于液態(tài)金屬體系，實(shí)現(xiàn)了溫和條件下多種高熵合金體系的原子制造，在電子信息、能源存儲(chǔ)等材料領(lǐng)域取得新突破。
兼具液態(tài)的可變形性和金屬的良導(dǎo)熱、導(dǎo)電性——聽起來科幻感十足的液態(tài)金屬，如今在科研中有了更廣闊的應(yīng)用。
【資料圖】
6月14日，《自然》雜志在線發(fā)表武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授付磊關(guān)于液態(tài)金屬的最新成果。該研究基于液態(tài)金屬體系，實(shí)現(xiàn)了溫和條件下多種高熵合金體系的原子制造。
另辟蹊徑，建立液態(tài)金屬生長(zhǎng)體系
什么是液態(tài)金屬？
“液態(tài)金屬?zèng)]有固定的晶格結(jié)構(gòu)，原子團(tuán)簇間不斷發(fā)生著重組，就像我們?nèi)粘？吹降暮粯樱恳坏嗡诤嫔系奈恢枚际莿?dòng)態(tài)、不可區(qū)分的。”付磊介紹。正是由于這些特性，液態(tài)金屬在材料原子制造領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛能。
傳統(tǒng)使用的固態(tài)金屬催化劑表面存在多種缺陷，會(huì)導(dǎo)致二維原子晶體的不均勻成核及生長(zhǎng)。降低催化劑表面的缺陷，是科學(xué)家努力的方向。付磊另辟蹊徑：“兵無常勢(shì)，水無常形，不如選用一個(gè)‘滿是缺陷的表面’——液態(tài)金屬表面，來實(shí)現(xiàn)二維原子晶體的均勻生長(zhǎng)?！?/p>
利用液態(tài)金屬表面層離、可變形性、可流動(dòng)性和體相多空位的特點(diǎn)，付磊團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了原子級(jí)精準(zhǔn)制造和組裝二維原子晶體。
成就的背后是20多年來的堅(jiān)持。
2001年，付磊從武漢大學(xué)畢業(yè)，到中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所攻讀博士學(xué)位，開展碳納米管精準(zhǔn)合成的相關(guān)研究。2008年完成博士后研究，付磊加入北京大學(xué)著力實(shí)現(xiàn)二維原子晶體的精準(zhǔn)合成，其間他發(fā)展了偏析生長(zhǎng)方法，實(shí)現(xiàn)了晶圓級(jí)二維原子晶體的制備，提出二元合金策略，首次實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格單層二維原子晶體的生長(zhǎng)。
2012年，付磊回到母校，入職武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，創(chuàng)建了原子制造實(shí)驗(yàn)室，組建團(tuán)隊(duì)致力于原子晶體的精準(zhǔn)合成。此后，他將液態(tài)金屬反應(yīng)體系實(shí)現(xiàn)二維原子晶體的原子制造定為科研目標(biāo)。
在付磊看來，探索未知的樂趣與將未知變成現(xiàn)實(shí)的成就感，是科研的巨大動(dòng)力。在他眼中，各個(gè)化學(xué)元素都有“獨(dú)特的性格”。如何聚焦各元素的差異性、精準(zhǔn)組裝成特定的功能結(jié)構(gòu)，創(chuàng)制出具有新效應(yīng)的新材料，是最讓他著迷的事情。
直面挑戰(zhàn)，將不可能變?yōu)榭赡?/p>
經(jīng)過不斷探索，付磊團(tuán)隊(duì)取得新突破：基于液態(tài)金屬體系，實(shí)現(xiàn)了溫和條件下多種高熵合金體系的原子制造。他們的發(fā)現(xiàn)，極大拓展了高熵合金的組分選擇空間，有望促進(jìn)其在更多關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用。
高熵合金是一種由5種及以上主元金屬組成的新型合金，在極端條件下結(jié)構(gòu)力學(xué)、能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。但要讓這么多種金屬原子按照設(shè)計(jì)均勻混溶，需要克服元素之間性質(zhì)差異大、不相容等難題。
“就像四五個(gè)人，他們性格不同、喜好不一，要把他們變成一個(gè)高度融合、不離不散的共同體并不容易?！备独诿枋觯澳壳翱茖W(xué)家們想要實(shí)現(xiàn)各種金屬的強(qiáng)行融合，得依賴苛刻的高溫反應(yīng)條件來克服原子間不混溶性，并通過淬火等方式保持高熵態(tài)?！?/p>
在溫和條件下實(shí)現(xiàn)高熵合金的多組元原子均勻混溶是可規(guī)模化、可定制化精準(zhǔn)制造的前提，這個(gè)目標(biāo)極具挑戰(zhàn)性，而付磊團(tuán)隊(duì)最終做到了。付磊說：“科研最大的魅力就是能將不可能變?yōu)榭赡??！?/p>
不拘一格，鼓勵(lì)學(xué)生大膽探索
多年來，付磊獲得過國(guó)家杰出青年科學(xué)基金資助、湖北省自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中國(guó)化學(xué)會(huì)青年化學(xué)獎(jiǎng)、“湖北省青年五四獎(jiǎng)?wù)隆钡葮s譽(yù)。付磊說：“中國(guó)有句古話——‘致廣大而盡精微’，我常常對(duì)學(xué)生們說，我們做科研也要在盡精微中致廣大，這個(gè)‘廣大’就是服務(wù)國(guó)家、服務(wù)社會(huì)?！?/p>
談及教學(xué)，付磊堅(jiān)持既要培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)性，鼓勵(lì)學(xué)生不拘一格地創(chuàng)造，又要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科研一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和敏感度。
付磊喜歡與學(xué)生探討課題。他常鼓勵(lì)學(xué)生要基于興趣去探索，“就像是在泳池里隨著靈感，自由游動(dòng)，找到適合自己的科研方式。我會(huì)盡責(zé)地當(dāng)一個(gè)合適的‘水位計(jì)’，適時(shí)提醒水深水淺，幫學(xué)生把握好方向?！?/p>
對(duì)于學(xué)生提出的不同意見，付磊總是饒有興趣地與他們討論各種思路的走向，用科研積淀幫學(xué)生們梳理想法。在他那間小小的辦公室里，曾無數(shù)次傳出學(xué)生們爭(zhēng)辯課題的聲音?！按蠹蚁嗷ソ涣?、思想碰撞，共同推進(jìn)課題交叉融合?！辈┦垦芯可翳搓栒f。
“科研的道路布滿荊棘，日常的研究工作經(jīng)常與失敗相伴?！备独谔寡?，科研課題陷入僵局，甚至瀕臨放棄都是常有的事情，這個(gè)時(shí)候，他會(huì)和學(xué)生溝通，有時(shí)是新思路，有時(shí)是對(duì)課題的重新思考，有時(shí)是一些溫暖的鼓勵(lì)，讓學(xué)生依然保持堅(jiān)持和專注，保有對(duì)科研的熱情與信心。
“剛到實(shí)驗(yàn)室的那段時(shí)間，我經(jīng)歷了很多次挫折，甚至一度想換課題方向。但付老師一直告訴我，做科研不要總想著‘趕時(shí)髦’，要能沉下心來認(rèn)真思考?！辈┦垦芯可壕Ьдf。幾名博士研究生一直記得付老師鼓勵(lì)他們的話：失敗和等待都是一種蟄伏，為的是厚積薄發(fā)的時(shí)刻。
“我們要對(duì)知識(shí)有尊重，對(duì)學(xué)術(shù)有敬仰，對(duì)創(chuàng)新有追求，對(duì)使命有擔(dān)當(dāng)，這是科研人的責(zé)任感和使命感?！备独谡f，希望和更多青年研究者在未知的道路上并肩前行。
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