發(fā)布時(shí)間： 2016年05月06日
“中國的原創(chuàng)科技成果，哪些能夠向世界輸出？我希望液態(tài)金屬算一個(gè)。”中科院理化所雙聘研究員、清華大學(xué)教授劉靜告訴記者。
在中科院理化所，劉靜團(tuán)隊(duì)的“主戰(zhàn)場”——低溫生物與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室面積不足30平方米，狹小的空間擺滿了瓶瓶罐罐和大量自行研發(fā)的儀器設(shè)備，以至于連個(gè)舒服伸腿的地方都不好找。就在這里，一個(gè)由9名核心成員組成的團(tuán)隊(duì)，做出了液態(tài)金屬基礎(chǔ)及相關(guān)應(yīng)用研究的大多數(shù)前沿成果。
“目前在液態(tài)金屬研究許多領(lǐng)域，我們處于當(dāng)仁不讓的‘領(lǐng)跑’地位?！币幌蛑t遜的劉靜說到這里信心滿滿。
他的信心從何而來？
借助液態(tài)金屬研發(fā)應(yīng)用，未來人們甚至可以直接打印出一臺手機(jī)，造出像電影中那樣的“終結(jié)者”
走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，一位科研人員正在制作一個(gè)提升液態(tài)金屬性能的器件。劉靜介紹，團(tuán)隊(duì)最近在為完成一項(xiàng)液態(tài)金屬原創(chuàng)成果加班加點(diǎn)。
劉靜提到的液態(tài)金屬是指在常溫常壓下像水一樣呈液態(tài)的金屬。金屬熔點(diǎn)較高，通常除了水銀，常規(guī)環(huán)境下的金屬多呈固態(tài)。讓金屬在相對低溫條件下呈現(xiàn)液態(tài)，展現(xiàn)神通廣大的本領(lǐng)，被認(rèn)為是異想天開。
劉靜團(tuán)隊(duì)的工作，就是要找到金屬呈現(xiàn)液態(tài)的方法并發(fā)掘它們的獨(dú)特性能。從2000年開始，歷經(jīng)10多年的積累，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了液態(tài)金屬在傳熱、導(dǎo)電、流動(dòng)、生物醫(yī)學(xué)及柔性機(jī)器等方面的獨(dú)特機(jī)理，并探索了可能的應(yīng)用方向。
2013年6月，把液態(tài)金屬做成打印“墨水”，劉靜團(tuán)隊(duì)首次研發(fā)出紙上直接生成電子電路的技術(shù)。一年后，團(tuán)隊(duì)又研發(fā)出世界首臺室溫液態(tài)金屬打印機(jī)，借助該設(shè)備，只需在計(jì)算機(jī)上設(shè)定程序，就可以“打”出個(gè)性化的電路系統(tǒng)。這種工作讓極低成本下快速、隨意地制作電子電路成為現(xiàn)實(shí)，有望改變電子電路的制造規(guī)則。未來，人們甚至可以直接打印出一臺手機(jī)，電子制造可能在辦公室或家里就能完成。
看過電影《終結(jié)者》的觀眾，一定對影片中可以任意改變外形、迅速恢復(fù)原貌的機(jī)器人印象深刻。2015年3月，劉靜領(lǐng)導(dǎo)的中科院理化所、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院聯(lián)合研究小組，首次研發(fā)出自主運(yùn)動(dòng)的可變形液態(tài)金屬機(jī)器，為研發(fā)“終結(jié)者”提供了實(shí)現(xiàn)路徑。在全球先進(jìn)機(jī)器人研發(fā)競爭激烈的背景下，劉靜認(rèn)為，液態(tài)金屬打開了機(jī)器人的想象空間，有望成為機(jī)器人變革的重要引擎。
在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，液態(tài)金屬也有廣闊的應(yīng)用前景。比如，2014年6月，針對斷裂神經(jīng)修復(fù)這一世界性難題，劉靜團(tuán)隊(duì)利用液態(tài)金屬成功“搭橋”，建立信號通路，為人體神經(jīng)功能快速重建提供了可能。
此前，科學(xué)界對液態(tài)金屬的認(rèn)識大多停留在水銀上，劉靜團(tuán)隊(duì)的許多研究可謂橫空出世，被認(rèn)為是“黑科技”。目前，國內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)紛紛投入力量進(jìn)入這片處女地。2014年，美國國家航空航天局還將液態(tài)金屬冷卻列為未來前沿技術(shù)之一。
劉靜團(tuán)隊(duì)的工作被科學(xué)界譽(yù)為人類利用金屬的第二次革命。劉靜常聽到類似疑問：這一系列工作國外沒有做，你們怎么想到的？“我們不追逐國際熱點(diǎn)，而是根據(jù)科學(xué)發(fā)展的邏輯和產(chǎn)業(yè)需求，順藤摸瓜，做有價(jià)值的原創(chuàng)研究?！眲㈧o說。
“我們要有自信，堅(jiān)持做原創(chuàng)，不能膚淺地做跟風(fēng)式研究?！边@是劉靜在實(shí)驗(yàn)室對團(tuán)隊(duì)常講的一句話。他要求團(tuán)隊(duì)成員，在開展研究時(shí)多問問自己：做的是不是該領(lǐng)域最重要的東西，有沒有開創(chuàng)性的成果？
液態(tài)金屬研究，既有“高大上”的基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)，又有“接地氣”的應(yīng)用。劉靜把這種兼具科學(xué)和技術(shù)之美的研究稱為“完美科學(xué)”，液態(tài)金屬研究是“科學(xué)與技術(shù)齊飛”。
科學(xué)突破往往是殫精竭慮地思索到一定程度，受到實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)或靈感啟發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍
劉靜深入研究液態(tài)金屬，最早源于尋求一種芯片降溫的方法。實(shí)驗(yàn)中液態(tài)金屬會(huì)不經(jīng)意間灑到計(jì)算機(jī)上，弄臟屏幕。然而，原本糟糕的情形卻醞釀著大技術(shù)——可不可以直接打印出電路？實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷促使劉靜思考，引發(fā)了液態(tài)金屬研究的拓展。
回顧該團(tuán)隊(duì)的研究歷程，不少成果和最初的轉(zhuǎn)向一樣，看似偶然所致。比如，小組成員嘗試用液態(tài)金屬鎵合金來連接、修復(fù)受損神經(jīng)時(shí)，在測試中不經(jīng)意發(fā)現(xiàn)，散落在牛蛙坐骨神經(jīng)周圍的液態(tài)金屬微小液滴，在電觸發(fā)下出現(xiàn)令人驚奇的自旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。劉靜團(tuán)隊(duì)受此啟發(fā)，探索通過電場控制實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬轉(zhuǎn)換與變形的可能性，由此觀察到了液態(tài)金屬蘊(yùn)含的物理學(xué)圖景，開啟了液態(tài)金屬自主運(yùn)動(dòng)機(jī)器的研究。
又如，在優(yōu)化液態(tài)金屬電子電路打印溶液固化問題時(shí)，研究人員嘗試了火燒、有機(jī)溶劑溶解等多種常規(guī)方法，效果均不佳。一次閑聊，有人提出用低溫冷凍的方式。沒想到，該方法產(chǎn)生奇效，團(tuán)隊(duì)由此解決了電子器件高度適形化制造難題。
“偶然中有必然，我們長期沉浸在液態(tài)金屬領(lǐng)域，各種各樣的信息每天都在腦海里交匯，我們不能預(yù)料下一步突破在哪，但會(huì)窮盡方法去嘗試，堅(jiān)信一定會(huì)在某個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)突破。”劉靜說。
“人類第一次制備出石墨烯，看上去好像就是用透明膠紙不斷粘出來的，其實(shí)背后有很深刻的原理?！眲㈧o說，科學(xué)突破往往是殫精竭慮地思索某個(gè)問題到一定程度，受到某個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)或靈感啟發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。要有隨時(shí)準(zhǔn)備、敢于探索的素養(yǎng)，才不會(huì)把一些有價(jià)值的信息當(dāng)成司空見慣的現(xiàn)象，才不會(huì)輕易放過任何蛛絲馬跡?！皺C(jī)遇垂青有準(zhǔn)備的人，不僅要有積累，更要保持探索精神?！边@是劉靜在團(tuán)隊(duì)里常提到的第二句話。
團(tuán)隊(duì)成員、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后盛磊說，劉靜老師不是簡單教知識，還注重培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)的科學(xué)素養(yǎng)，鼓勵(lì)我們要敢想、敢于實(shí)驗(yàn)?！皥F(tuán)隊(duì)成員來自不同專業(yè)，很多人從未接觸過液態(tài)金屬，但進(jìn)來不久便可迅速地做出好成果，這與團(tuán)隊(duì)重視探索、鼓勵(lì)創(chuàng)造的氛圍有關(guān)?！?/span>
劉靜告訴記者，空閑時(shí)他會(huì)通過閱讀一些科幻作品來激發(fā)靈感，并醞釀一些看似荒誕的技術(shù)設(shè)想：眼睛失明了，液態(tài)金屬能否充當(dāng)視網(wǎng)膜的神經(jīng)，幫助患者恢復(fù)光明？耳朵失聰了，液態(tài)金屬是否可以作為聽神經(jīng)，傳遞聲音？大腦停止活動(dòng)了，利用液態(tài)金屬構(gòu)成的神經(jīng)電路，是否可以接管身體？
有積累、敢探索還不夠，怎么判斷研究方向？劉靜說起了自己的心得：重大前沿科技領(lǐng)軍科學(xué)家需要有前瞻性思維和眼界。使小聰明，用小技巧，偶爾碰運(yùn)氣也能做出一些不錯(cuò)的研究，但不能帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)出成果，更難以保持引領(lǐng)地位?！跋啾萐mart（聰明），更高一層的是Bright Mind（智慧）?！彼J(rèn)為，團(tuán)隊(duì)持續(xù)涌現(xiàn)優(yōu)秀成果，是研究人員長期在基礎(chǔ)研究方面下“笨”功夫，對前沿方向有敏銳把握能力后自然而然的結(jié)果。
“即使簡單如一個(gè)紙杯，你也要尊重它，調(diào)動(dòng)科學(xué)思維來觀察，經(jīng)過千萬次凝視才會(huì)有新發(fā)現(xiàn)。”劉靜說。
為了將論文趕在凌晨前投遞出去，劉靜甚至在除夕團(tuán)圓飯的餐桌上修改文章
進(jìn)研究所至今，何志況一直跟著劉靜從事研究工作，目前已是中科院理化所年輕的副研究員。由于一門心思扎在液態(tài)金屬研究上，這些年他甚至很少走出實(shí)驗(yàn)室。
何志況說，自己得以安心科研，是耳濡目染實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)潛心研究的結(jié)果?！皩?shí)驗(yàn)室最后走的人總是劉老師，他隨身帶一支筆，隨時(shí)隨地都在幫我們修改論文?！?/span>
2013年除夕夜，為了將論文趕在凌晨前投遞出去，劉靜就在吃團(tuán)圓飯的餐桌上修改文章。結(jié)果，春節(jié)假期剛過，劉靜就被告知文章已被接收。
在得到學(xué)術(shù)界關(guān)注前，劉靜帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)默默耕耘10余年，鮮為人知。劉靜坦言，漫長的研究中偶爾也會(huì)萌生孤獨(dú)感，但探索液態(tài)金屬世界，猶如發(fā)現(xiàn)桃花源一般美妙，又感到很幸福、很快樂。
“前沿科研是孤獨(dú)的探索，要學(xué)會(huì)從中獲得快樂，培養(yǎng)對科學(xué)的興趣?！边@是劉靜在團(tuán)隊(duì)中常講的第三句話。
劉靜說，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室提供了很高的研究平臺，學(xué)生用功點(diǎn)就有可能發(fā)表不錯(cuò)的論文，但能力的培養(yǎng)卻是長期的?！翱茖W(xué)探索是一項(xiàng)長期事業(yè)，就像冒險(xiǎn)，一路上會(huì)遇到各種困擾和現(xiàn)實(shí)難題。研究者要不斷提高，最好保持理想主義精神，如此即便荊棘叢生，內(nèi)心也能充滿希望，還將獲得永恒的快樂。”
2014年，劉靜獲得傳熱學(xué)界“終身成就獎(jiǎng)”——威廉·伯格獎(jiǎng)，還有人把劉靜稱為“中國液態(tài)金屬教父”。
面對這些掌聲，劉靜告訴團(tuán)隊(duì)，得到外界認(rèn)可讓人激動(dòng)，但也不能太沉醉其間?！罢嬲匾氖牵喝舾赡旰蠡剡^來看，是不是有許多重大思想和科研成果出自我們，研究有沒有為人類解決一些關(guān)鍵問題?！?/span>
“我們可能在不經(jīng)意間就創(chuàng)造了歷史，未來研究被廣泛應(yīng)用，即便沒人知道這是誰的成果，我們的工作依然很有價(jià)值。它帶給你的是科學(xué)探索的審美享受?！眲㈧o說。
劉靜常與團(tuán)隊(duì)成員分享閱讀科技史的思考?！翱萍嫉恼嬲伙w猛進(jìn)是近兩三百年的事，以后還有無盡空間。我們每個(gè)成員都要爭取成為主角，抓住時(shí)代的機(jī)遇?！?/span>
近些年，劉靜團(tuán)隊(duì)還聯(lián)合工業(yè)界推動(dòng)液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用?！拔覀冇行以谝簯B(tài)金屬研究上走在世界前頭，但在產(chǎn)業(yè)方面不能落后，我們要把握歷史機(jī)遇，幫助我國建成世界級的液態(tài)金屬谷。”劉靜說。
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