俞書宏院士（圖/中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng)）

近日，在北京舉行的第二屆全國(guó)創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)表彰獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，中科院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授俞書宏被授予全國(guó)創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)?wù)?。沉甸甸的?jiǎng)?wù)?，展現(xiàn)了被譽(yù)為材料“魔術(shù)師”的俞書宏在無(wú)機(jī)仿生材料領(lǐng)域的卓越成就。

瞄準(zhǔn)原始創(chuàng)新

大自然就像是一個(gè)奇妙的“合成工廠”，不斷制造出具有各種奇異功能的生物材料或生物體。研究這些生物材料的結(jié)構(gòu)和性能，能為人們?cè)谖⒊叨壬系姆律牧显O(shè)計(jì)開辟新的途徑。從事無(wú)機(jī)材料研究20余年以來，俞書宏不斷地觀察自然，獲取仿生合成的靈感；又不斷解密自然，追溯新型材料組裝原理。近年來，他率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建立了人工仿生合成珍珠母、人工木材、人工盔甲等多級(jí)結(jié)構(gòu)材料的合成方法，闡釋了其生長(zhǎng)機(jī)理，發(fā)現(xiàn)了無(wú)機(jī)仿生材料跨尺度合成的新途徑，在無(wú)機(jī)化學(xué)領(lǐng)域摘得累累碩果。

“這種新型天然納米纖維素高性能仿生結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)異的綜合性能。它的密度僅為鋼的六分之一，而比強(qiáng)度和比韌性均超過傳統(tǒng)合金材料、陶瓷及工程塑料，所以它有望替代現(xiàn)有的工程塑料，在航空、航天、軍事、國(guó)防、民生等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。”不久前，俞書宏公布了團(tuán)隊(duì)的最新科研成果。

在他的實(shí)驗(yàn)室里，有制造這種新型材料的基礎(chǔ)材料——一種白色果凍狀半凝固體?！八饕抢锰烊焕w維素制成，別看它相貌平平，卻可以衍生制造出一系列致密又透氣的材料產(chǎn)品。比如，可以制作醫(yī)用口罩的過濾層，有望用來替代熔噴布；可以制造輕巧耐用美觀又防火的家具；可以制成飛行器部件、環(huán)保涂料、包裝袋等?！庇釙杲榻B道，因?yàn)樵谧匀唤缰杏写罅靠衫美w維素存在于灌木、秸稈等生物質(zhì)中，所以原料成本更低，甚至可以變廢為寶，一舉兩得。

俞書宏院士(左三)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行新材料研發(fā)（徐旻昊 攝）

俞書宏介紹，該材料的輕質(zhì)高強(qiáng)韌性能主要來自材料微米級(jí)層狀結(jié)構(gòu)和納米三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，纖維素納米纖維內(nèi)部高度結(jié)晶可以提供極高的強(qiáng)度，纖維之間通過大量氫鍵等可逆相互作用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)合，在外力作用下這種高密度的可逆相互作用網(wǎng)絡(luò)可以迅速解離和重構(gòu)，吸收大量能量，使材料在具有高強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高韌性，克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料難以兼具高強(qiáng)度與高韌性的問題。

材料對(duì)于人類的發(fā)展影響巨大，一種革命性的新材料可以顛覆一種產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前，我國(guó)在很多高技術(shù)領(lǐng)域被國(guó)外“卡脖子”，其實(shí)很重要的一個(gè)方面就是關(guān)鍵材料被“卡脖子”?！拔覀円o緊瞄準(zhǔn)從‘0’到‘1’的原始創(chuàng)新，為自己定下一個(gè)更高的目標(biāo)，多解決材料方面的‘卡脖子’問題，為國(guó)家的發(fā)展多作貢獻(xiàn)。”俞書宏說，中國(guó)科學(xué)家完全有能力、有信心做更好的創(chuàng)新。

指揮科技為人服務(wù)

自2002年以來，俞書宏便開始從事仿生材料領(lǐng)域的研究工作。從早些年無(wú)機(jī)納米材料的仿生合成，到近年來對(duì)宏觀尺度納米復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的仿生制備及應(yīng)用，他進(jìn)行了系統(tǒng)性探索研究。

俞書宏帶領(lǐng)課題組近年來在仿生材料方面取得了系列進(jìn)展，包括建立和發(fā)展了系列無(wú)機(jī)納米材料的仿生合成、自組裝技術(shù)及模擬生物礦化方法，并基于這些技術(shù)方法成功仿生合成了多種神奇的宏觀尺度輕質(zhì)高強(qiáng)新材料。例如與天然珍珠母高度類似的人工合成珍珠母；受北極熊毛發(fā)中空結(jié)構(gòu)啟發(fā)，研制的新型輕質(zhì)、保溫、隔熱碳材料；防火、隔熱、耐腐蝕的仿生聚合物木材等。

從俞書宏實(shí)驗(yàn)室走出的這些綜合性能全面超越傳統(tǒng)材料的新材料，不僅對(duì)軍事、國(guó)防、工業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域具有重要戰(zhàn)略意義，也對(duì)提升老百姓生活品質(zhì)有著重要作用。2016年，參照軟體動(dòng)物合成天然珍珠母的砌墻式策略，俞書宏和團(tuán)隊(duì)提出一種新的“組裝與礦化”合成方法，從源頭模仿天然貝殼珍珠層的形成過程和化學(xué)組分，在世界上首次成功礦化合成了人工珍珠母。這種仿珍珠母材料的化學(xué)組分、結(jié)構(gòu)，與天然珍珠母相似，力學(xué)性能相當(dāng)，密度更低，具有優(yōu)越的抗斷裂性能。

“珍珠母是貝殼中的內(nèi)層材料，與珍珠具有相似的組成和結(jié)構(gòu)，通常含有95%以上的碳酸鈣。但這種碳酸鈣并不是傳統(tǒng)意義上的粉末，它形成了一種特殊的結(jié)構(gòu)。”俞書宏透露，他的研究就是從一個(gè)側(cè)面來模仿貝殼、珍珠、骨骼等結(jié)構(gòu)，制備出性能可以與自然界依靠生命體創(chuàng)造的材料相媲美的新材料。據(jù)介紹，這種新材料可以用于人工骨骼、人工牙齒的制作，目前正在和相關(guān)醫(yī)院進(jìn)行合作試驗(yàn)。

不斷促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化、投入應(yīng)用生產(chǎn)，是俞書宏追求的方向?！按笠?guī)模的宏量制備和小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室制備，是完全不同的物理和化學(xué)過程?！币虼?，如何保證宏量制備納米材料的組分與形貌的一致性和穩(wěn)定性，其中也涉及大量的基礎(chǔ)科學(xué)問題，俞書宏帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷努力著。最近，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了纖維素納米纖維的宏量制備，相比于高成本、過程復(fù)雜、耗時(shí)超過3天的傳統(tǒng)制備方法，他們研發(fā)的方法可以在半小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)纖維素納米纖維的快速宏量制備，且具有更好的形貌和性能，這讓纖維素納米纖維得到市場(chǎng)認(rèn)可又向前邁進(jìn)了一大步。這讓俞書宏非常高興，他說：“科技最終是要為人服務(wù)。成果得到認(rèn)可，是科學(xué)家最開心的事?！?/p>

興趣是最好的老師

作為高校教師，俞書宏還承擔(dān)著培養(yǎng)人才的重任。他把發(fā)掘?qū)W生們的內(nèi)驅(qū)力放在人才培養(yǎng)的首位?！白隹蒲蟹浅Ｐ量啵灰嬲信d趣就會(huì)苦中有樂。只有興趣驅(qū)動(dòng)的科研，才是最原汁原味的，也是最有推動(dòng)力的?！庇釙暾f，他從事科研的動(dòng)力是源于對(duì)自然和科學(xué)的熱愛，也希望幫助青年科技工作者們找到這種興趣。

一個(gè)人對(duì)于一種專業(yè)的興趣，未必天生就有，很多時(shí)候需要培養(yǎng)。“我高中的時(shí)候，學(xué)得最好的是數(shù)學(xué)。高考時(shí)，考得最好的卻是化學(xué)?！庇釙晷ρ裕洗髮W(xué)時(shí)選擇無(wú)機(jī)化學(xué)作為專業(yè)，純屬機(jī)緣巧合，但在學(xué)習(xí)的過程中逐漸對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。20世紀(jì)90年代中期，他進(jìn)入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)讀博士，師從著名無(wú)機(jī)化學(xué)家錢逸泰院士。讀博士期間，他與老師等合作完成的“納米非氧化物的溶劑熱合成與鑒定”項(xiàng)目，就獲得2001年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

“錢老師特別注重對(duì)學(xué)生興趣的呵護(hù)，在你低谷的時(shí)候給你鼓勵(lì)，在你驕傲的時(shí)候適時(shí)潑點(diǎn)冷水。如今，錢老師快80歲的高齡，仍然堅(jiān)持親自帶學(xué)生，還在一線工作，這一點(diǎn)大家非常敬佩?！庇釙昊貞浾f，老師對(duì)學(xué)生的世界觀、人生觀、價(jià)值觀影響非常大，很多時(shí)候這種影響是潛移默化的。在他自己當(dāng)老師后，他傳承了錢逸泰院士的治學(xué)精神，更加注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科研的興趣，并引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的科研習(xí)慣。

長(zhǎng)期泡在實(shí)驗(yàn)室，一待十幾個(gè)小時(shí)，對(duì)工作耐心是一種考驗(yàn)?！皬氖驴蒲泄ぷ鞯哪贻p人應(yīng)該志存高遠(yuǎn)，坐得了‘冷板凳’。要專注一個(gè)方向，堅(jiān)持做從‘0’到‘1’的原創(chuàng)性工作；要培養(yǎng)自己面對(duì)困難的勇氣和解決問題的能力，而不是圍著‘帽子’和‘票子’轉(zhuǎn)；要積極與同事及其他領(lǐng)域的研究者開展合作，不要故步自封，科研上的交流合作常常會(huì)產(chǎn)生‘1+1遠(yuǎn)大于2’的效果?！边@是俞書宏對(duì)學(xué)生們反復(fù)提出的期望，他自己也是這么做的。

為了鼓勵(lì)更多的青年科技工作者奮進(jìn)，俞書宏為全體實(shí)驗(yàn)室人員設(shè)計(jì)了一款隊(duì)服。這是一件看起來很普通的黑色T恤，但后背上卻別出心裁地印著“1.01365=37.8”和“0.99365=0.03”兩行數(shù)學(xué)算式。“算式上列出了1.01的365次方等于37.8；0.99的365次方等于0.03。意思就是提醒我們，每天多努力一點(diǎn)和少努力一點(diǎn)，一年累積下來的結(jié)果差距是巨大的?！庇釙陮?shí)驗(yàn)室成員、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副研究員高懷嶺說，“俞老師常跟我們說，成績(jī)是下一步的起點(diǎn)，科學(xué)研究永遠(yuǎn)在路上。”正是長(zhǎng)年保持著這樣一股拼搏精神，俞書宏及其團(tuán)隊(duì)成員才不斷突破自我，屢有建樹。

早上7點(diǎn)多到實(shí)驗(yàn)室，晚上快11點(diǎn)離開，這是俞書宏工作的常態(tài)。“你現(xiàn)在不缺科研經(jīng)費(fèi)，也不需要發(fā)論文，為何還有這么大的干勁？”他的學(xué)生經(jīng)常問?！拔覀兡昧藝?guó)家這么多研究經(jīng)費(fèi)，必須爭(zhēng)分奪秒，要拿出有含金量的東西來，回報(bào)國(guó)家和社會(huì)。”俞書宏說得斬釘截鐵。