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记中国科学院院士、西北工业大学常务副校长黄维领衔的科研团队


时间:2020-04-26 14:31:53  来源:  作者:

原始创新之路,是一条荆棘丛生、危机四伏的悬崖小路。也正因如此,虽然有无数科研工作者向往原始创新,但真正走上这条道路的人却少之又少。

然而,在我国柔性电子学科领域,却有这样一支科研团队,始终聚焦国家战略需求,在原始创新的“无人区”执着深耕。这就是由中国科学院院士、西北工业大学常务副校长黄维领衔的科研团队。

科研“无人区”里虽然暗藏风险,但也富含着科学宝藏。近年来,黄维团队的颠覆性科研成果不断显现,陆续发表在世界顶级学术期刊上,包括被列入“化学与材料学领域十大热点前沿”的有机超长余辉材料研究、入选“中国高等学校十大科技进展”的“高效钙钛矿发光器件研究”,还有无墨喷水打印的多彩“复写纸”、无限保鲜的“层状钙钛矿电池”、回归有机半导体本质的“有机纳米聚合物”……堪称科研界的“宝藏团队”。

1、为何瞄准原始创新

4月7日,黄维团队的成果“层间相互作用调控构建高效稳定层状钙钛矿太阳能电池”入选2020“中国半导体十大研究进展”候选推荐名单。

南京工业大学先进材料研究院教授陈永华是这一研究方向的主要负责人。他说,自己在读书时期就被黄维开创的柔性电子学科所吸引。2015年,他从海外回国申请加入了这支向往已久的团队,来到南京工业大学工作(黄维时任南京工业大学校长)。

作为中国有机电子学与柔性电子学的主要奠基者,黄维一直奋战于科研第一线。他于1979年进入北京大学化学系学习,并出任第二十届中华全国学生联合会主席,博士毕业后留校执教。1993年,他远赴新加坡开展“有机光电子”这一国际前沿领域的科学研究,并很快在众多国际同行中脱颖而出。2001年回国后,他主导创建了复旦大学先进材料研究院、南京邮电大学信息材料与纳米技术研究院、南京工业大学先进材料研究院和先进化学制造研究院、西北工业大学柔性电子研究院、西安生物医学材料与工程研究院等研究机构,并开创了柔性电子学这一全新学科。

“黄维老师极为重视人才队伍的培养与建设,在他工作过的地方,都建立了优秀的科研团队。”陈永华介绍,这支团队始终聚焦国家战略需求,在原始创新的“无人区”深耕,取得了很多颠覆性科研创新成果。例如,创新性地提出了有机半导体p-n能带调控理论,研制出了高性能蓝光有机半导体,成为国际上通行的解决方案和主要代表性工作;首创了可降解柔性发光薄膜与纤维技术,开启了绿色发光照明新篇章,为全球解决电子垃圾提供中国方案;开创性地将皮革与纳米材料相结合,实现了具有感知能力的柔性可穿戴式设备,将实质性推动可穿戴式设备由“戴”到“穿”的发展进程。

2015年时,全球相关科研工作者的主要精力还都放在对第二代太阳能电池的研究上,黄维就主导、支持陈永华团队做第三代太阳能电池的研究。

作为第三代太阳能电池,钙钛矿电池不仅在效能上明显优于第一代硅电池和第二代薄膜电池,在应用范围上也将产生颠覆性变革。比如,基于钙钛矿材料的发光二极管灯泡可当路由器,可解决光纤传递信号存在的保密等问题,在光电子和传感领域具有广阔的应用前景。此外,由于钙钛矿电池可以克服以往太阳能电池对阳光照射条件的苛刻要求,利用可见光就能产生电能,生活方面可以让感应式水龙头等设备不接电源,国防方面可以为很多野外和水下设备提供稳定能源。

“基础科研就是要做别人没有做过的东西,要产生引领性成果,让全世界跟着我们去做。”黄维经常这样说:“原始创新是从‘0到1’的突破,常常意味着漫长而艰难的探索,但却可能产生颠覆性的变革,带来颠覆性的技术和产品。”

近5年来,虽然做钙钛矿电池研究的国际团队越来越多,但是陈永华团队一直处于引领位置,不断有新成果产生。2020年1月13日,陈永华团队又有一项成果在国际顶尖光学杂志《自然·光子学》发表,让第三代太阳能电池向真正投入使用又迈进了一步。

2、如何找到科学“无人区”

近年来,一批新发现的耐药细菌对公共卫生构成了严重威胁。2019年11月,西北工业大学教授李鹏和南京工业大学教授安众福、副教授史慧芳联手,在全球首次发表了一项成果:成功制备出一种具有抗菌功能的纯有机磷光纳米粒子,可以在体外和体内有效地杀灭多重耐药细菌,并对正常细胞无明显毒性。

“在高校做基础研究,就是要面向未来,专注于原始创新。”黄维认为,“走入科研的‘无人区’,考验着科研工作者的能力水平,也体现着科学报国的初心与情怀。”

闯入科研“无人区”,除了勇气之外还需要什么呢?“我们团队里一直提倡,要去做‘surprise’(别人想不到)的东西,而不是跟随别人的工作。”曾经是黄维的博士生的史慧芳说,“问题是你怎么找到‘surprise’的东西呢?这除了勇气,还要一点运气,而这点运气往往来自于你长期的科研积累和精益求精的科学态度。”

这样的“运气”,在这支“宝藏团队”中并不鲜见。2010年的一个晚上,时任南京邮电大学副校长的黄维接到博士生安众福的电话——他准备离开实验室时,在关掉紫外灯的一瞬间发现新合成的化合物发出“一闪而过”的亮光。

黄维和其学术助手陈润锋老师带着安众福反复试验,并鼓励他寻根究底,深耕这一方向。由此,安众福走进了一个科研“无人区”,并从中发现了“颠覆教科书级别”的“有机超长余辉材料”,被业界誉为“有机夜明珠”。

“如果当时不是黄维老师和陈润锋老师的坚持,这一运气很容易擦肩而过。科研‘无人区’的发现,往往就在于你多问句为什么。”史慧芳说,自己在带学生时,也因为对细节的坚持,偶然发现了一种材料的新特质,从而获得了一个全新研究成果——运用有机光电技术把防伪信息做到六重。

敢为天下先,坚持走自主创新道路,在独创独有上下功夫,是这个团队的特有氛围。现在史慧芳把主要精力放在将有机光电技术运用于生物成像与检测。她在尝试通过纳米技术,用有机超长余辉材料定位人体病变部分,从而在手术时为医生提供更精准的指引。

这个方向涉及有机光电、医学诊疗、生物化学等多个领域,前途可以说是“长路漫漫”。为什么要一头扎进这么复杂、艰难而又漫长的研究方向呢?“黄维老师一直要求我们迎难而上,要甘愿坐冷板凳。”她说,“我知道这个方向很难,也知道九死一生是科技创新的常态,但是你不去尝试就永远不知道能不能走下去。”

3、把“冷门”做成“热点”靠什么

2020年4月2日,国务院学位委员会正式公布了《关于下达2019年学位授权自主审核单位撤销和增列的学位授权点名单的通知》,西北工业大学获得柔性电子学交叉学科博士学位授权点,意味着新生的柔性电子学正式成为一级学科。

柔性电子学是高度交叉融合的前沿学科,包括有机电子、塑料电子、印刷电子、纳米电子、生物电子等二级学科。在这片全新的科研“无人区”中,很多科研工作者数年如一日甘于在实验室坐冷板凳,把很多无人涉足的“冷门”领域做成了科研“热点”。

还记得安众福吗?他从2010年起就专注于有机夜明珠方向的钻研。冷板凳一坐就是5年。直到2015年,已在南京工业大学执教的安众福,终于将有机夜明珠的创新理论和实践成果发表于国际顶级科学杂志《自然·材料》上,在全世界第一次报道有机超长余辉材料。由此,越来越多的科研团队加入到这条道路上来。据不完全统计,目前国际上已有超过150个科研团队在开展相关研究工作。2019年,该研究方向入选了中国科学院科技战略咨询研究院和科睿唯安公司评选的“化学与材料学领域十大热点前沿”。


把冷板凳坐热,在这个团队里并不是个别现象。目前正在公示的“2019年中国光学学会光学科技奖”获奖名单中,位列一等奖第一名的成果“多量子阱钙钛矿发光二极管”也来自黄维团队。南京工业大学教授王建浦是这一方向的研发负责人。2013年他从国外回来加入黄维团队后,在国际上率先开展了钙钛矿发光二极管的研究。几年来,王建浦团队成果不断,2016年就有成果入选“中国高等学校十大科技进展”,引领这个领域成为新的科研热点。

2019年11月《自然·化学》杂志刊发的一篇文章引起全球科学界的普遍关注,黄维团队晁洁教授用DNA纳米技术编辑的捕获探针,成功捕获并识别了单个登革热病毒。“病毒是纳米级的微生物,只能在电子显微镜下才能看到,单个捕获并识别出来难度极大,此前对病毒的分析基本上是群体分析。”南京邮电大学副校长汪联辉说,这一成果为全球生物医学基础研究提供了全新的分析工具和手段。

创新驱动发展,原始创新是源头。“闯入‘无人区’的科学研究,才可能孕育颠覆性的结果。”黄维说,“科研工作者必须有‘亦余心之所善兮,虽九死其犹未悔’的志气,不骛于虚声、不图于虚名,求真求实、求知求是,才能在攀登科技高峰的征途上不断前行,才能推动中国最终以创新赢得未来。”

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