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【实习交流】武汉大学马骏戎同学在纳米中心实践分享
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  序言  

  我是武汉大学化学院的马骏戎,在这个暑假来到国家纳米中心参观学习,印象是深刻的。关于什么是纳米以及国家纳米中心是一所怎样的科研机构我就不赘述了,相信这在大家正牌的“纳米人”面前只是班门弄斧。不过还是有两点我想强调给自己听,一是不 是涉及到了纳米尺寸的物质就是纳米技术,用到纳米尺寸效应,发觉到了纳米尺寸物质的特殊性质与功能,带来技术上的革新,才称为纳米技术;二是纳米科学是如假包换的多学科交叉领域,如化学、物理、材料、生物等,是要求任何一名纳米工作者能走出自己的学科限域,但同时发挥出自己的学科特色的。 

  我有幸能在这短短的几天里加入刘前老师的课题组学习。其实由我所拥有的有限的科研经历,我理应偏向做生化分析方向的课题组,尤其是我还拜读过几位导师的文章。但我选择了刘前老师课题组,课题组的主要方向是纳米薄膜的制备、加工与应用等,我还是认为用这来之不易的几天时间,多了解一些其他方向的前沿工作要来地更充实且具有意义,何况这些工作迎合应用化,市场化的需求,非常具有重要性。稍有些出乎意料的是,就是课题组的工作还是偏物理方向的,现在的我反而很感谢这种“意料之外”倒是了。 

  我与刘前老师(下图为中心导师简介所提供的刘前老师的照片,对于未能亲自拍摄这一点还是表示很遗憾的)的初次见面交谈,已是初到当天下午,听完中心简介,简单走览中心主要功能区之后的事情了。虽然在那之前有点紧张,但刘老师非常亲切,光是分享自己对国内外科研环境,以及科学发展大趋势的见解,就能滔滔不绝。负责我的王雷师兄之后想我说到,要不是要吃饭了,刘老师能向我讲好久好久。虽带有调侃意味, 我认为这是学生对老师的欣赏。通过与 师兄(左图为沉迷于实验的王雷师兄的背影)的交流,我了解到了一些不同学科之间思维差异,这是非常有趣又具有启发性的;然后通过观摩部分实验操作,阅读毕业生的毕业论文,以及与老师、师兄的交流,我了解到了课题组的部分工作特色。这些学习成果我会一一讲述。 

刘前老师

  学科交叉前的碰撞与融合 

  我提到过我了解到了不同学科间的一些思维差异。首先不就是即使是做同一种东西,各说各的方法好,对其他学科的方法不闻不问吗?以纳米金棒的制备为一个典型的例子,纳米金棒因其可同时具有长方向与宽方向两种尺度效应,纳米科学兴起的较早期(2003前后)其制备方法就开始较为成熟,并且被各实验室广泛地应用了。其制备方法有数种,一个比较典型的物理方法就是在柱状孔的模具上沉积,优势是大小非常可控,但富集到溶液效率不高,还是比较适合做表面结构的构建;典型的化学方法就是种子介导生长法,虽然经过工艺改良,大小、均一性的可控程度还是没有物理方法高,但它能直接制备高浓度的纳米金棒溶液,生物上要使用纳米金棒也大概都是这种方法了。从学位论文里可以发现,无论是哪个专业的学位论文,(应该是有写法要求)都会列举各种方法并作简单介绍(我认为这是非常好的,当你想系统的了解一下某一领域时,阅读中文学位论文会是一种很有效率的方法,而不是英文的SCI),但在之后提到自己为什么选用其中一种方法,而不是其他方法时就缺少说明度了。很多说明方法让读者认为作者是“不管怎样,我就是选用物理/化学方法了”,虽然根据之后的具体工作来看选择某种方法是显而易见的,但绪论中的说明却并不让人这么认为。我认为这是由于虽然按要求在绪论中简介了各类方法,但作者是对自己的选择以外的方法不甚了解的,并不想花时间去了解自己不会用到的方法。虽然我认同对效率的追求,但这种学科碰撞互斥的存在确实是阻碍交叉学科发展的重要原因,处于目的的不同,有时还是要确确实实承认其他学科的方法是有优势的。 

测试中的师兄

  交叉学科发展的动力一定是不同学科的融合而不是互斥,用激光光刻法做薄膜表面纳米结构构建的王雷师兄会想知道用自己的专长做出来的具有特定表面结构,或在表面形成不同图案的薄膜在催化领域有什么用途。这对于目前的我来时是有些匪夷所思的,对于催化的研究,一般都会是某一个反应比较重要,重要到有催化需求,去试验各种催化剂,毕竟常用的催化剂就那么几种材料,效果不理想就自行构建催化剂;但为某种可能有催化功能的材料去寻找它可以催化的反应,在我想象中是没什么效率的,纳米金属结构能催化的反应太多太多了,对应一种新材料,可以做到对某一种重要的反应催化的优势能超过前沿专门对该反应研究的催化剂的概率是很低的。我了解到师兄会有这样跨学科的想法可能是刘老师提到的一位来从化学方向来到本课题组的毕业生。当时课题组物理、材料方面的学生做出了一种特殊的纳米膜,他所做的就是寻找这种材料催化的可能性,结果不仅成功了,而且出成果很快。这也确实动摇了我,在学科交叉处的研究方法,我还是知之甚少了。从单一专业到交叉学科不可避免产生碰撞,借鉴其他学科的成果,利用自己学科的优势,所谓的融合造就交叉学科,可能就是这么一回事吧。 

  尽显课题组特色?一台仪器足矣 

  即使有打广告的嫌疑,也还是让我介绍一下刘前老师课题组的一大特色吧——一台自主研发的第三代激光直写系统。传统的光刻机主要利用激光烧蚀有机材构建三维结构,一是材料受限,二是分辨精度受光学极限与光斑聚焦程度控制,在1微米左右,要想继续提高分辨精度,只能改变物镜孔径或减小激光波长。而这台自主研发的光刻机,由于使用了激光与物质相互作用的新原理(太偏物理方向我就不太懂了,据师兄说还是是激光的热效应使材料融化,产生应力的改变有关吧),用405nm的蓝光激光就突破了该极限,使用的材料广泛,包括原来的有机材料在内,金属材料,碳基硅基材料都可应用于该直写系统,根据材料的不同,分辨率可以突破到100nm以下,最新的一篇研究成果更是达到了5nm精度。这样一种领先世界的技术因刚完成不久,还未广为人知,刘前老师希望更多这样的技术能够让国人“国外的月亮圆”的想法改观。激光与物质作用的效果有限,但课题做的学生仍然在不断拓展,即使是有限的单一形貌,经过设计,任何表面形貌都是可以构筑的,刘老师自信地说。但对于先导专项项目,该激光直写系统应当也是一大成果,但刘老师不愿多提,可能表示课题组只做出了微小的贡献。  

第三代激光直写系统

  最后我了解到的是,虽然每个课题组的仪器与实验室有限,但纳米中心提供了一个共用的仪器平台,不止于此,整个中科院系列的研究所更是提供了一个巨大的仪器平台,每个学生都不受制于研究手段,而能按自己的兴趣从事科研工作。纳米中心同样由于学科交叉,汇聚了不同领域的各个大师,学生可以对各方向的知识进行了解补足。然后是纳米中心所研制的项目都是积极与其他国内国外的实验室进行合作的,提供了高的效率与广阔的视野。我想这些都是国家纳米中心在世界纳米领域占据举足轻重的地位的原因。 

 

实践活动学生合影

 

                                                                                                                 武汉大学化学与分子科学学院 2016级 马骏戎 

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