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彭慧胜院士:探索科学无人区,把论文写在祖国大地上

来源:复旦大学      2024-03-20
导读:3月19日下午,复旦相辉堂北堂内座无虚席,中国科学院院士、高分子科学系教授彭慧胜以《探索科学无人区,把论文写在祖国大地上》为题,开讲“强国之路”思政大课。这也是理工科大类第一场专题大课。

灯光渐次熄灭,主讲人灰色连帽卫衣印着的复旦校徽,发出不同程度的光亮。同学们一边惊叹,一边举起手机拍照。

3月19日下午,复旦相辉堂北堂内座无虚席,中国科学院院士、高分子科学系教授彭慧胜以《探索科学无人区,把论文写在祖国大地上》为题,开讲“强国之路”思政大课。这也是理工科大类第一场专题大课。

科学的每个角落挤满了人,新的根据地在哪

高分子科学是一门独特的学科,是物理、化学、材料、生物、医学、能源、信息等多学科交叉的一门学科。当今中国的高分子科学在世界占据重要地位,而在上世纪80年代,诺贝尔化学奖获得者Paul J.Flory访问中国,离开时被问及对中国高分子科学的印象,却反问道:“中国有高分子研究吗?”

讲座伊始,彭慧胜回顾了我国高分子科学的艰难发展历程、复旦大学高分子化学研究所的筚路蓝缕。2000年,彭慧胜在复旦高分子科学系读研究生时,科研实验条件艰苦,参考文献滞后。“做无氧无水的合成实验时,受上海的气候影响,经常是夏天做得出来,冬天做不出来。”所幸得到严谨而努力的老师指导,彭慧胜在阴离子聚合和纳米材料制备方面埋头苦干,经常睡在实验室,最终实验成功,发表4篇SCI论文,树立起做研究的信心。

2003年,彭慧胜赴美读博深造,听课一年,步入实验阶段。正当他踌躇满志之时,一场飓风席卷新奥尔良,整个城市淹没于洪水之中,彭慧胜和同学四处“逃难”,不仅无法做研究,连生活也难以为继。这段“难民岁月”并未让彭慧胜怨天尤人,而是更加珍惜时间与机会。后来他到美国另一家实验室开展碳纳米管研究,对科研的兴趣与日俱增。

“我想做一流的研究,但是科学无人区很难找。科学的每个角落好像都挤满了人,新的根据地在哪里?”在彭慧胜看来,一流的科研工作的3个主要表现是:全新的科学概念、全新的技术思想、解决领域重大难题。

带着这样的愿景,彭慧胜回到母校复旦,继续寻找未至之境。“回到复旦是我人生中非常重要的决定,复旦很好地诠释了科学精神与人文情怀。我在这里跟很多老师交流探讨,不断思索,产生灵感。”同时,彭慧胜受益于访学经历里对视野的开拓,将目光投向了高分子纤维材料。

把高分子纤维制成织物,是人类文明的一个重要标志。然而历经5000多年发展,高分子纤维主要还停留在防寒保暖、舒适美观等基本功能上。彭慧胜团队致力于突破电子器件传统“三明治”结构范式,提出纤维电子器件全新概念,带领团队解决了两根纤维电极之间电场分布不均匀、电荷沿很长纤维器件如何快速有效传输以及活性材料和高曲率导电纤维如何实现稳定相互作用的三个科学问题。

在开展原创研究的过程中,彭慧胜与团队不断放弃,又不断坚持。在反复实验的过程中,一位优秀同学产生放弃的念头,甚至有意退学,不再读博。彭慧胜对他说:“我可以为你的退学签字,但我从心底看不起你面对困难轻言放弃。希望你能坚持下来。”后来那位同学坚持下来,发表课题组第一篇Nature论文,如今在国外做博士后,继续科研。

“摔倒在地上不是失败,真正的失败是摔倒后你不敢再站起来。如果从摔倒的地方站起来,你一定会成功的!”彭慧胜鼓励同学们,“很多时候,成功就是在你快要放弃的时候再坚持那么一小点。自己不要放弃,同时也要鼓励别人坚持做下去。”

永葆一颗好奇心,科研灵感来源生活

大屏幕上,一块“布料”在浸湿、刀戳的情况下,依然能够快速高效地为手机、平板充电。这便是彭慧胜团队研发的纤维锂离子电池。

如何实现优异的电化学性能,如何与人体具有相容性,这是团队探索的两大难题。在此之前,国际上从未报道过相关成果。团队提出高性能的纤维锂离子电池,在全国100多个项目竞争中成为唯一的幸运者。然而项目启动会上,却有专家学者质疑,甚至直言:“不相信你们能够做好。”

彭慧胜迎难而上,在日常生活中不停歇思索的足迹,向自然学习,又超越自然。有一次,他看到中国科学院硅酸盐研究所满墙爬山虎,拔下来察看,得到启发。孔道结构是实现重要生物功能的普适策略,适用于一系列高分子凝胶电解质体系。纤维电极与高分子凝胶形成紧密接触的界面,保持良好的稳定性,从而使纤维聚合物锂离子电池性能具有良好的可重复性,实现更高的能量密度、更高的功率密度、更高的安全性。

“永葆一颗好奇心,对做科研来说很重要。”彭慧胜说,他平时喜欢看动画片,往往“跳出box,浮现很多奇思妙想”。既然高分子纤维材料能做电池,那么是否能做显示器呢?彭慧胜创建出织物显示器件,突破经典显示器件叠层结构的研究范式,在纤维经纬交织点构建微型发光器件,也就是发光像素点,将显示器件与织物有效融合。

会变色、发光的衣服,变身手机的衣服,能显示人脑想法的衣服……幻灯片上的画面呈现,仿佛科幻于现实中一一上演。彭慧胜还以学科交叉推动创新,将柔软的纤维发光器件应用于神经元精准刺激,用于新生儿黄疸治疗。

织物显示技术已成为战略发展方向,彭慧胜笑言:“再过半年,我们有望实现彩色的动态显示,也许未来我们能在衣服上看电视。”在2022年国际纯粹与应用化学联合会化学领域十大新兴技术中,彭慧胜团队的纤维锂离子电池和织物显示器件占据2项。

2023年9月,习近平总书记在东北全面振兴座谈会上首次提出:“积极培育新能源、新材料、先进制造、电子信息等战略性新兴产业,积极培育未来产业,加快形成新质生产力,增强发展新动能。”日前召开的全国两会上,新质生产力成为关注焦点,“要牢牢把握高质量发展这个首要任务,因地制宜发展新质生产力”。彭慧胜团队以科研成果投身产业化,在新兴应用领域有所作为,希望能形成新质生产力。

科研需要丰富的想象力和解决难题的勇气

“科学前沿是无尽的,复旦要寻找更好的研究:基础研究方面,如何做出重大原创科学发现?应用研究方面,如何做出可能影响人类发展的革命性技术?”彭慧胜认为,学科交叉是诞生全新技术的重要方式。

十多年来,通过纤维器件研究,彭慧胜培养了博士后13人、博士生34人、硕士生42人。毕业生29人在复旦、上交、同济等高校任教,9人获国家重要人才项目支持。他告诉学生们,科学研究至关重要的品质是丰富的想象力和解决难题的勇气。“复旦有丰富的学科资源,要多听讲座报告,进行跨学科交流。”彭慧胜专门用一张幻灯片列出跨学科科研合作的学者,向他们表达诚挚感谢。

继续科学研究的脚步,彭慧胜致力从根源上思考人类未来发展面对的难题,例如金属主链高分子。彭慧胜欢迎师生们加入,一起探索全新的金属主链高分子。

“我有一个梦想,每当被音乐打动时,我就想,应该努力写出一篇这样的文章,打动人心,永垂不朽。”彭慧胜以历史学家胡宝国《将无同》的一段话为思政大课作结,与同学们共勉。

一阵掌声过后,同学们纷纷举手提问。“在听您讲座的过程中,发现您在做研究的过程中经常会碰到一些难以想象的困难。但每次您都能通过像爬山虎和壁虎这样的一些小事物找到灵感。请问该如何培养自己在日常生活中的观察力,促进学习和研究?”2023级数学1班黄灼同学第一个提问。

“我从大一时开始,假期早上9点到上海图书馆看书,带一瓶水、一个面包,直到闭馆时出来。我看了大量的历史人文名著,广泛阅读对我科学研究很有帮助。”直到现在,彭慧胜依然坚持阅读文史哲经典书籍,从中寻找科研灵感。

彭慧胜认为,影响一个人发展的三个因素是智商、情商,以及他自创的新词“择商”。“人生的每一个阶段都面临诸多选择,我们要有做出选择的能力。这种能力可以从书中去学,也可以从该领域的全球顶尖人物身上学,学习他的思想,与他交流。”鼓励第一个提问,彭慧胜送给黄灼会发光的灰色连帽卫衣。

2023级自然科学试验班梁延澎提问:“本科生如何找到自己心仪且有未来的研究方向与领域?”彭慧胜建议他多与老师们沟通交流,多进实验室。

“彭老师在取得自己重大研究进展的那个时刻,是非常惊喜,还是很平淡?会如何庆祝?”2023级自然科学试验班蒋知澄提问。

“每个人可能有不同的方式,我赞同当你做出一个好的成果要庆祝。从心理学角度来说,会有利于你做更好的研究。”彭慧胜说。

思政大课下课后,彭慧胜被一群同学在相辉堂台下围住,有的向他请教科研问题,有的好奇会发光的衣服如何发光,还有的和他一起往办公室的路上同行许久。


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