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让中国分子材料研究走在世界前列 ———记东南大学“80 后”教授游雨蒙

发布者:李震发布时间:2019-01-09浏览次数:7561

1880年,电灯的发明人、大科学家托马斯·爱迪生投资创办了《科学》杂志。一百多年来,在《科学》上发表论文是无数科学家不懈的追求。

在东南大学,有这样一位年轻的教授,他带领他的课题组成功地解决了130年来制约分子材料发展的世纪难题,连续两年在《科学》上发表论文。

他就是东南大学化学化工学院游雨蒙教授。

作为游雨蒙的学生,潘强觉得自己特幸运,他说:“游老师几乎满足了我们对一位好老师的所有想象!”

那么,“好老师”应该具备哪些品质?

学术精深、耕耘不辍是一种;充满激情、寓教于乐是一种;和蔼可亲、爱生如子是一种。凡此种种,如果聚集在同一位老师身上,这位老师无疑就是好老师。

好老师常有,“满足学生所有想象的好老师”却并不常有。游雨蒙到底是什么样的老师?他凭什么能满足学生们的“所有想象”?

“我将来也许可以在科研方面为祖国做点什么”

游雨蒙的母亲出生于书香世家,在母亲的影响和教育下,他从小就肯动脑筋。游雨蒙喜欢画画,他每次看连环画都将情节和图片熟记于心,然后把它画出来。有时候,他还自己创作科幻故事。上世纪80年代,玩具的种类很少,游雨蒙小小年纪就能把玩具改造成新的模样。他有很强的好奇心,每当家里添置小家电,他总是抢着看安装说明书。自从上了小学,家里遇到电灯不亮、马桶漏水、电话不响、自行车坏了等这些事,游雨蒙都会把它们捣鼓好。

游雨蒙的父亲是一位科学家。游妈妈说,游爸爸从不关心儿子吃什么、穿什么,他只关心儿子学了什么。游雨蒙出国以后,每年寒假回家,父亲都引导他学习专业以外的基础理论,甚至亲自为他讲解《群论》《量子物理》等课程。老人家晚年一只眼睛视力微弱,另一只眼睛完全失明。在这种情况下,他依然用常人无法想象的毅力坚持做科研,每天风雨无阻地去实验室带学生、改论文、看文献。直到83岁高龄倒在学术交流的讲台上,再也没有醒来……游雨蒙在南京大学电子系度过了大学时代。在众多课程中,最让他难忘的是一节高频电路课。在那节课上,陈孝贞教授说,中国需要从国外进口很多芯片,然而国外出售给我们的都是“门槛”很低的民用芯片,商用、军用的芯片根本买不到。游雨蒙说:“那一天,我第一次感觉到,我将来也许可以在科研方面为祖国做点什么!”

从此,他有了自己的小目标:毕业以后要出国学习先进技术。2005年,游雨蒙出国求学,从新加坡国立大学、南洋理工大学到美国耶鲁大学、哥伦比亚大学。无论身在何处,他都有一个坚定的信念:学成之后,一定要回国。

为了一个实验清洗了两千多个瓶子2005年,游雨蒙获得新加坡国立大学硕博连读奖学金,后又转入新加坡南洋理工大学,师从申泽镶教授。

到了新加坡以后,游雨蒙发现自己的专业背景跟申教授的研究方向有较大差距,他开始拼命地补齐自己的短板,很快进入研究的快车道。

2010年,游雨蒙申请到美国耶鲁大学化学系做博士后,师从ElsaYan教授。初到美国,面对全新的研究环境和陌生的研究方向,游雨蒙感到前所未有的压力。那段时间,他每天工作到深夜,凌晨1、2点离开实验室成了“家常便饭”。

在耶鲁的第一个实验———“光学非线性微乳状液”实验就给他来了个结结实实的“下马威”。从2010年8月到2011年1月,整整5个月间,实验结果总是不能重复。

对于实验的失败,游雨蒙丝毫没有怨天尤人。他一步步地筛查实验过程中可能存在的问题,在反复检查测量结果、样品质量、操作步骤和实验原理之后,他找到问题的症结———实验仪器的洁净程度不够,导致样品变性。

从此,他每次实验前都做特别细致的准备,对清洁度的要求甚至有点“变态”。往往为了一天的实验,花4天甚至更多的时间做准备。

在准备实验的日子里,游雨蒙需要不停地刷瓶子、配溶液。他每次实验都要洗大大小小上百个量筒、量杯、试管等玻璃器皿。用来清洗的“食人鱼洗液”具有很强的腐蚀性。每次清洗之前,他都要从头到脚穿上厚重的“防酸装备”。先用洗液浸泡,再用大量的纯水冲洗,最后放进干燥箱烘干,常常是从早上开始一直洗到太阳落山。一个“光学非线性微乳状液”实验,游雨蒙差不多洗了2000多个瓶子。每到做实验的日子,游雨蒙早晨7点钟就赶到实验室,然后一整天都守在那里,聚精会神地盯着实验器材,饿了就胡乱扒几口冷饭。

从耶鲁博士后出站后,游雨蒙去哥伦比亚大学做了3年博士后。他在哥大的导师是犹太裔的TonyHeinz教授,这位教授的名字在世界二维材料和凝聚态物理领域如雷贯耳。受Heinz教授的影响,游雨蒙更加刻苦。在哥伦比亚大学的3年时光,他的节假日几乎都是在实验室里度过的,连元旦也不例外。

两度在《科学》杂志上发表论文,研制出世界首例无金属钙钛矿型铁电体2014年,在TonyHeinz教授的一再挽留之后,游雨蒙还是坚定地回国了。当时,他面临很多选择。在和熊仁根教授交流之后,游雨蒙下定决心来到东南大学。

慧眼识才的熊教授爽朗直言:“研究分子铁电不单需要化学知识,也需要物理知识。到我这里来吧!我缺的,你有。你缺的,我这儿都有!”

在外人看来,游雨蒙特别幸运。36岁的年纪,已经在《科学》上发表了两篇论文。2017年,他被教育部评为“青年长江学者”,同期,他还获得了江苏省“杰出青年基金”“双创人才项目”的支持。但是,熟悉他的人都知道,幸运、荣誉的背后,有太多不为人知的付出。

游雨蒙总说:“没有熊教授的召唤和引导,就没有我如今的研究成果!”刚回国的那段时间,游雨蒙申请的各种基金几乎全部落空。接二连三的落选一度让他对自己有了些许怀疑。对此,熊仁根教授慢悠悠地用他那特有的江西普通话说:“慢慢来,最重要的是做好自己手中的事!”从此,游雨蒙更加勤奋。

分子压电材料是游雨蒙的研究方向之一。压电性分为两个方面:第一,材料在受挤压或拉伸时产生电压;第二,在材料上施加电压后材料产生形变。具有压电性的材料被称为压电材料,它们可以像马达那样,直接将电力转换成驱动力,还可以用电产生声波、超声波。

目前,压电材料在航空航天、超声、医疗、电子信息等各个方面已经获得了广泛的应用。人们希望实现手机、笔记本电脑屏幕的弯折,希望将血压计、B超机做成能穿在身上的“可穿戴器件”。这一切,都对电子元件的微型化、柔性化、轻量化提出了更高的要求。

然而,传统压电材料很难实现这些要求。无机陶瓷材料的压电性能虽好,但其硬度极高,无法折叠。而一般柔韧性好、可折叠的有机高分子压电材料性能却不甚理想。此外,传统压电陶瓷中往往含有潜在的有毒金属。

2017年7月21日,游雨蒙教授课题组在《科学》上发表了题为《一种具有巨大压电响应的有机-无机钙钛矿铁电体》的论文。据这篇论文介绍,课题组创新性地发现了一类具有优异压电性能的分子铁电材料,这种材料秉承了分子材料的种种优势并首次在压电性能上达到了传统压电陶瓷的水平,使具有实用性的柔性薄膜压电元件指日可待。这一研究成果不但解决了130年来制约分子材料发展的世纪难题,更是标志着我国在分子材料领域又一次走在了世界前列。

2018年,游雨蒙教授课题组又一次取得重大突破———研制出世界首例无金属钙钛矿型铁电体。7月13日,相关研究结果以《无金属三维钙钛矿铁电体》为题被《科学》杂志在线发表。

《科学》杂志早在2002年就预言过无金属钙钛矿材料的种种新奇特性。其中,明确提出了利用手性分子组装具有手性对映体的无金属钙钛矿材料。所谓的手性,是指一个物体不能与其镜像相重合。正如我们的双手,左手与互成镜像的右手不重合。

课题组利用带电分子集团取代无机离子,成功地制备出了一大类共计23种全有机新型钙钛矿材料。其中,共有17种材料显示出了良好的铁电性。值得一提的是,团队合成了2种材料的左手对映体、右手对映体及其外消旋化合物,并进一步证明了它们的铁电性。此前,这样左手性、右手性和无手性化合物同时具有铁电性的情况,在国际上从未有过报道。

这一研究成果将十余年前的预言变成了现实,为钙钛矿这一重要的材料家族增添了新的成员,同时也为铁电材料的研究带来了新的思路和方向。

一位“满足了学生对好老师的所有想象”的老师正如学生所言,游雨蒙满足了他们对一位好老师的所有想象:高大英俊、年富力强、科研出色,最重要的是———“牛”而不骄、平易近人。

博士二年级学生宋贤江说:“作为游老师的学生,我觉得自己特别幸运!”两年前,宋贤江第一次来南京。在火车上,他接到了游老师的微信:贤江你好!快到的时候告诉我,我到地铁站接你!这位来自安徽太湖的小伙子简直不敢相信自己的眼睛:游老师那么忙,还亲自来接我?宋贤江又惊喜、又忐忑。初来乍到,他一下车就走错了路线。正在手足无措的时候,游雨蒙的微信又来了:别着急,我等你!他还耐心细致地告诉宋贤江该怎么走。走出地铁站的一刹那,看到从天而降的瓢泼大雨和为自己久等的游老师,宋贤江百感交集……博士一年级的潘强提起游雨蒙老师也是满满的感激。去年11月,潘强和同学们到上海大学参加“挑战杯”国赛。那段时间,游雨蒙因为劳累过度出现重度耳鸣,不得不到医院治疗,就留在南京。15日下午,潘强正在紧张地布展,忧虑地为游老师不能来到赛场而黯然神伤……忽然,游老师出现了!潘强说:“我当时真是惊呆了,瞬间觉得胜利在望!”的确,游雨蒙的出现给学生们吃了一颗定心丸。当天晚上,他拖着病体帮队员们模拟答辩直到深夜,第二天又回到南京继续接受治疗。16日晚上,他一边打点滴一边跟队员们通电话,交流了一个多小时。比赛结束,这个项目果然获得大赛特等奖!

若有所得,必有所失。游雨蒙收获了科研上的累累硕果和学生们发自内心的尊敬、喜爱,也失去了年轻人常有的游山玩水和花前月下。36岁的他,去年才刚刚步入婚姻。好在爱人对他非常支持,默默地做好家里的一切杂务,还不时地到学校帮他打扫宿舍,是个模范的“贤内助”。

游雨蒙和妻子能做的最浪漫的事,就是一起在九龙湖校区跑步。2018年校庆马拉松比赛那天,游雨蒙在朋友圈发了一张照片,照片上有两双跑步鞋、两件跑步衫、两块纪念牌。配文是:同样的鞋子、同样的路线、同样的配速,2017年一人赛,2018年两人跑,期待三个人奔跑的那一天……(唐瑭)


本文原载于《东南大学报》http://ddb.seu.edu.cn/media/user/2019-01-01/show2.html

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