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“一納米僅相當(dāng)于頭發(fā)絲的六萬分之一粗細(xì)。基于我們的研究，亞穩(wěn)納米材料的制備過程變得更簡(jiǎn)易、環(huán)保、廉價(jià)，將有利于各種新奇納米材料的制備，有望廣泛應(yīng)用于人們的生活。比如，用納米材料制造太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率更高，成本也更低，這不啻是一場(chǎng)新材料和新能源的革命。”中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)、納米技術(shù)研究中心主任楊國(guó)偉教授談起這項(xiàng)研究，抑制不住興奮。

他所領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)?wèi){借《亞穩(wěn)納米材料生長(zhǎng)的基礎(chǔ)研究》，獲得2011年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

突發(fā)奇想的收獲可制備廉價(jià)環(huán)保的亞穩(wěn)納米材料

由于亞穩(wěn)材料結(jié)構(gòu)的特殊性，其有著比穩(wěn)定相材料更優(yōu)異的性能。但其傳統(tǒng)的制備方法卻需要高溫、高壓，以及大型、昂貴的機(jī)器設(shè)備，工藝復(fù)雜，成本高昂，環(huán)境污染大。

有時(shí)，天才的出現(xiàn)靠偶然的機(jī)遇。楊國(guó)偉介紹，這種實(shí)驗(yàn)方法的發(fā)現(xiàn)過程十分有趣：當(dāng)時(shí)他和大家一樣做真空環(huán)境下激光融蝕反應(yīng)研究，他們訂購(gòu)的脈沖激光器先到了，而反應(yīng)腔遲遲沒有到貨，楊國(guó)偉在等待中，便設(shè)想其它實(shí)驗(yàn)方式。他突發(fā)奇想：能不能把整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)放置在水里？

結(jié)果令人驚喜。他們發(fā)現(xiàn)，將激光融蝕系統(tǒng)拓展到液體環(huán)境，將產(chǎn)生許多在真空或氣相環(huán)境下無法實(shí)現(xiàn)的物理化學(xué)現(xiàn)象，可以用來制備新穎的亞穩(wěn)納米材料。當(dāng)時(shí)，國(guó)際上只有幾個(gè)國(guó)家的研究組在做這項(xiàng)研究，其中包括楊國(guó)偉團(tuán)隊(duì)。所以，他們被國(guó)際同行稱為這一研究的主要開拓者之一。

這個(gè)方法極大地推動(dòng)了亞穩(wěn)納米材料的應(yīng)用，使制備過程變得非常簡(jiǎn)單，而且廉價(jià)、綠色、環(huán)保。比如，傳統(tǒng)的金剛石制備，要用到龐大的壓力機(jī)將石墨粉末進(jìn)行高溫高壓的處理。而運(yùn)用這種新方法，在常溫常壓下，將一根鉛筆芯放在水中，用脈沖激光進(jìn)行融蝕，在小小的燒杯中就能得到高質(zhì)量的金剛石納米晶。

這種新穎制備方法，除了應(yīng)用于光電材料領(lǐng)域，也可用在與人們生活息息相關(guān)的環(huán)境領(lǐng)域，采用這種技術(shù)，國(guó)外已經(jīng)制備出一種可修復(fù)污染土壤的膠體凈化劑。這對(duì)于備受重金屬污染的珠三角，是很有應(yīng)用價(jià)值的。

提供“菜單式”指導(dǎo)為探索新型亞穩(wěn)納米材料提供理論基礎(chǔ)

“材料科研的目的是做出對(duì)人類有用的材料。但如何制備？材料科學(xué)的理論研究就要給出指導(dǎo)和科學(xué)預(yù)言。”楊國(guó)偉說。他和王成新、歐陽鋼、楊玉華、王冰等團(tuán)隊(duì)成員堅(jiān)持十幾年的研究，相繼建立起了普適性的亞穩(wěn)納米相成核、生長(zhǎng)和相變的熱力學(xué)理論即納米熱力學(xué)理論和基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和納米熱力學(xué)的納米材料體系表面和界面能的理論，預(yù)言了一系列奇異的納米尺度效應(yīng)。

這些理論除了澄清了一些亞穩(wěn)納米材料制備中有爭(zhēng)議的基礎(chǔ)問題，而且應(yīng)用于亞穩(wěn)納米材料生長(zhǎng)的理論設(shè)計(jì)，為材料學(xué)家跨過“炒菜”方式的制備研究，有目的地去探索新型亞穩(wěn)納米材料提供了理論基礎(chǔ)。所以，這些理論研究不僅增加了人們關(guān)于納米材料的新知識(shí)，更重要的是打開了一扇探索納米材料應(yīng)用之門。

“所謂‘炒菜’方式的材料制備，就是和炒菜一樣，廚師根據(jù)已有的菜單，將原材料進(jìn)行混合、搭配。科研人員進(jìn)行材料制備，更多的是根據(jù)已有的研究經(jīng)驗(yàn)做‘混合和搭配’。”楊國(guó)偉解釋，“那么要做新菜的話，就需要廚師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)新的菜單。做新材料研究也一樣，也需要理論方法指導(dǎo)。理論方法的預(yù)言并不一定能很準(zhǔn)確，但能給實(shí)驗(yàn)科學(xué)家提供像菜單一樣的指導(dǎo)和參考。”

另外，楊國(guó)偉團(tuán)隊(duì)的研究中還制備出多種形態(tài)的一維氧化物納米結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了許多新奇的物性及潛在的應(yīng)用。

“如果這個(gè)學(xué)科在應(yīng)用研究方面，繼續(xù)發(fā)展十年二十年，人們的生活中就會(huì)越來越多地出現(xiàn)納米材料制造的器件和物品。”雖然所做的非應(yīng)用研究，但楊國(guó)偉預(yù)測(cè)起納米材料的未來。

甘心“坐冷板凳”不同階段的學(xué)習(xí)和積累都有益

在看重應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的大氛圍內(nèi)，楊國(guó)偉和他的學(xué)生們卻甘心“坐冷板凳”，潛心從事基礎(chǔ)研究。他認(rèn)為，“在研究過程中。如果你自己做不出新東西，發(fā)不了文章了，可能想放棄；但在全球范圍來看，學(xué)科還在發(fā)展，別人做得下去，你就不能放棄。現(xiàn)在的學(xué)科分類越來越細(xì)，在不同的時(shí)間段，不同學(xué)科的冷門、熱門交替都是正常的。”

“在年輕的時(shí)候，我很長(zhǎng)一段時(shí)間，一直在尋找自己的真正興趣。”本科畢業(yè)的楊國(guó)偉，曾經(jīng)在工廠里面工作，之后又到大學(xué)攻讀研究生，從事半導(dǎo)體材料研究。畢業(yè)后，他在軍工科研單位等工作，再到清華大學(xué)攻讀博士，到美國(guó)做博士后研究等等。這些復(fù)雜的經(jīng)歷，對(duì)于他回國(guó)后到中山大學(xué)做研究有著無形的益處，拓寬了眼界，積累了經(jīng)驗(yàn)。

“不停地嘗試不同的職業(yè)，是為了看看什么職業(yè)更適合自己，以選擇最感興趣的學(xué)術(shù)研究。如果你是一個(gè)有心人，那不同階段的學(xué)習(xí)和積累都會(huì)對(duì)你有益，對(duì)以后的發(fā)展有很大的幫助。”他解釋，自己喜歡比較做基礎(chǔ)性、獨(dú)立的學(xué)術(shù)研究，在提倡學(xué)術(shù)自由的大學(xué)環(huán)境里更加有氛圍，持續(xù)的興趣是支持自己的動(dòng)力。他家人也十分支持他持續(xù)地做研究。

別把科研當(dāng)任務(wù)隨時(shí)隨地培養(yǎng)對(duì)科學(xué)研究的“感覺”

在我國(guó)，工作考核對(duì)于基礎(chǔ)研究的科學(xué)家是個(gè)很大的壓力。而在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，這些即使不能實(shí)現(xiàn)量化考核目標(biāo)，也能取得充分的研究資金和肯定。楊國(guó)偉認(rèn)為，科研人員需要有獨(dú)立的想法和適當(dāng)?shù)倪M(jìn)度，不能單純地追求研究速度和論文數(shù)目。但他對(duì)中國(guó)的科研管理工作的發(fā)展趨勢(shì)表示樂觀。