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              【我心向黨 報(bào)國興皖·走近院士】俞書宏 師法自然的“材料魔術(shù)師”

              2022-09-15 15:03:05 來源: 安徽新聞網(wǎng)-安徽日報(bào)

              俞書宏院士在精密制備實(shí)驗(yàn)室構(gòu)思仿生熱防護(hù)材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

              俞書宏院士在仿生礦化實(shí)驗(yàn)室觀察人工礦化合成的仿生新材料。

              俞書宏院士在仿生材料實(shí)驗(yàn)室與學(xué)生討論輕質(zhì)高強(qiáng)仿生結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)工作。

              俞書宏院士在性能測試間研究納米線組裝器件的光電性能。

              俞書宏院士在仿生材料實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)研究生開展仿生生物醫(yī)用材料研究。

              俞書宏院士在化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)儀器的使用規(guī)范。

              俞書宏院士在化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室研究納米材料合成過程中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

              海浪拍岸,把貝殼送給了沙灘。普通人撿起來,當(dāng)作美麗的飾品;科學(xué)家卻帶回實(shí)驗(yàn)室,探索自然的奧秘。

              “貝殼是一種碳酸鈣礦物,是依靠生命體富集鈣離子,在蛋白質(zhì)和其他生物大分子的調(diào)控下生長出來的一種天然材料。我們通過學(xué)習(xí)自然界中貝殼等生物材料的獨(dú)特微觀結(jié)構(gòu)及形成機(jī)理,然后再模仿它的生長過程,就可以結(jié)合現(xiàn)有的人工原料仿生合成多種性能遠(yuǎn)超常規(guī)材料的新型材料,這就是仿生材料?!敝袊茖W(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系教授俞書宏長期從事無機(jī)材料的仿生合成及應(yīng)用研究,被譽(yù)為師法自然的“材料魔術(shù)師”。

              大自然就像一個(gè)奇妙的“合成工廠”,能制造出具有各種奇異功能的生物材料或生物體。“貝殼的層狀結(jié)構(gòu),就像階梯教室一樣,一層一層堆積而成?!庇釙杲榻B,貝殼的內(nèi)層材料珍珠母,具有砌墻式的“磚—泥”微觀結(jié)構(gòu),其中“磚”是碳酸鈣薄片,“泥”是蛋白質(zhì)等有機(jī)物。2002年回國后,他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)參照軟體動(dòng)物合成天然珍珠母的砌墻式策略,提出一種新的“組裝與礦化”法,從源頭上模仿天然貝殼珍珠層的形成過程和化學(xué)組分。

              十五年磨一劍。2016年,俞書宏團(tuán)隊(duì)在世界上首次成功礦化合成了人工珍珠母,研究成果發(fā)表在《科學(xué)》(Science)上,被該刊評論稱 “提出的礦化方法是一項(xiàng)突破性進(jìn)展”?!澳7伦匀唤绲V物的生長過程難度非常大,我們在3周左右時(shí)間里,就能制備出宏觀尺度珍珠母結(jié)構(gòu)的塊狀材料,這種材料與天然珍珠母力學(xué)性能相當(dāng),且密度更低,具有優(yōu)越的抗斷裂性能。”俞書宏說,“此后,我們課題組繼續(xù)探索怎樣讓人工合成的貝殼在力學(xué)強(qiáng)度上超越自然界的貝殼。隨后,我們又掌握了大尺度人工珍珠母的仿生合成原理,而且在實(shí)驗(yàn)室里成功實(shí)現(xiàn)了宏觀尺度人工貝殼的制備?!?/p>

              在科學(xué)家手中,廢棄材料也能變廢為寶。“比如稻草秸稈,我們把這些生物質(zhì)里面的纖維素納米晶提取出來加工成材料,可以合成出天然納米纖維素高性能結(jié)構(gòu)材料?!庇釙杲榻B,這種材料的密度僅為鋼的六分之一、鋁合金的一半,加熱到一定溫度幾乎零膨脹,具有輕質(zhì)高韌、綠色環(huán)保的優(yōu)勢,是傳統(tǒng)合金材料、陶瓷和工程塑料不能比擬的,有望替代現(xiàn)有的工程塑料,在航空、航天、國防、民生等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

              受北極熊毛發(fā)啟發(fā),研制出保溫隔熱材料;模仿竹子結(jié)構(gòu),成功制備出納米“竹子”……近年來,俞書宏不斷觀察自然,獲取仿生合成的靈感,又不斷解密自然,追溯新型材料的設(shè)計(jì)與組裝原理。一項(xiàng)項(xiàng)創(chuàng)新成果不斷問世,一篇篇高水平論文接連發(fā)表,很多學(xué)生和年輕學(xué)者常常向他請教高產(chǎn)高質(zhì)的“秘訣”。

              “興趣是最好的老師,更是科技工作者從事科研的驅(qū)動(dòng)力?!庇釙暾J(rèn)為,自己之所以取得很多創(chuàng)新成果,離不開勤奮刻苦和執(zhí)著創(chuàng)新?!拔?guī)缀鯖]有周末或節(jié)假日,把自己的時(shí)間充分用在科研上。同時(shí),追求科研的水平和質(zhì)量,像國家倡導(dǎo)的那樣,努力多做一些‘從0到1’的原創(chuàng)性工作?!?/p>

              雖然俞書宏大部分時(shí)間待在實(shí)驗(yàn)室,但他卻期待仿生材料能夠走出實(shí)驗(yàn)室,走向應(yīng)用場景?!翱萍汲晒挥修D(zhuǎn)化成產(chǎn)品,才能變成現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力?!庇釙暾f,“從微觀層面到宏觀尺度,我們已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)制備性能卓越的仿生材料。未來,我們有信心將這些低成本、環(huán)保型、可持續(xù)的生物基材料推向?qū)嶋H應(yīng)用?!?/p>

              ■ 記者 徐國康 張理想 徐旻昊 攝影報(bào)道

              [編輯: 劉玉倩 審核:陳敏娟 審簽:江勇 ]
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