2017年11月25日
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成正东:“让中国的软物质研究走向世界”

字体: 2014年10月26日 浏览量:1481来源:校报174期2版 作者:邹艳玲 林晓杨 周慧琪 陈佩玲 摄影:谢汉明 编辑:学生新闻中心 丘锡安

  成正东,我校特聘教授、“珠江学者”讲座教授,广东工业大学软物质研究中心负责人。本科期间就读于中国科技大学近代物理系,毕业后在中国科学院高能物理研究所攻读硕士学位。之后在美国普林斯顿大学 (Princeton University)获得物理学博士学位,并在该校的材料研究所和哈佛大学(Harvard University)进行博士后工作。多年来一直活跃在软物质前沿研究领域,在《nature》、《science》等国际知名刊物上发表论文60多篇,其中被SCI收录 23 篇;出版专著1部。多次应邀在国际专业大会上作主旨报告,2011年获ENI奖提名(该奖被誉为能源研究领域的诺贝尔奖)。现任美国德州农工大学教授。美国自然科学基金评审专家,美国化学学会研究基金评审专家,路易斯安那州州外函评专家,美国农业部农业和食品系统中纳米尺度科学及工程领域评审专家,“Journal of Powder Metallurgy & Mining”和 “Open Journal of Polymer Chemistry”编辑。

“让中国的软物质研究走向世界”

——访我校特聘教授、“珠江学者”讲座教授成正东

        新年伊始,寒冷依然侵袭着南方, 采访当天一大早还下起了冷雨。就在这样稍显恶劣的天气中, 成正东教授一大早就抽出时间接受了我们的专访, 他的谦逊平和、思维敏捷和治学严谨让我们深为感动。这里, 让我们走近这位一直活跃在国际材料科学界的年轻学者, 走进他的软物质世界。


软物质是目前国际上研究的热点之一


        记者:前段时间,软物质研究中心正式揭牌,很多人第一次听到“软物质”这个词,都觉得好奇,究竟什么是“软物质”?
        成正东软物质一词出现已久,它在美国曾被称为复杂流体1991年,诺贝尔奖获得者、法国物理学家德热纳(P. G. De Gennes)为了让更多年轻人研究了解这一领域,把复杂流体更名为软物质,得到广泛认可。软物质是相对于通常所见的金属、陶瓷、玻璃、晶体等硬物质而提出的,它由固、液、气集团或大分子等为基本单元组成,是处于理想流体和固体之间的复杂体系。
        记者:软物质有哪些特征呢?
        成正东:最通俗的说法就是,像我们日常生活中经常见到的米饭、液体等等。从专业的角度看,软物质有三大特征。第一,对外界微小作用力很敏感。你只需施加微小的作用,软物质的形状和性质就会大变。比如说液态的天然橡胶放进一点硫,就变成了固态的橡胶;第二,有熵弹性。在软物质中,内能的变化很小,体系的变化主要由熵变引起;第三,自组装性。软物质的自组装行为比硬物质更复杂、多样,它通过分子自身组装,外力作用或熵作用形成各式各样的有序结构。

        记者:目前软物质在国内外的研究情况如何?
        成正东:近年来,软物质研究在国际物理界受到了广泛重视,快速兴起。在发达国家,绝大多数大学物理系和实验室建立了软物质物理研究方向,形成了物理、化学、生命和工程研究的一个交叉学科。美国大部分著名大学的物理系均将软物质物理列为主要学科之一。例如,普林斯顿大学和宾夕法尼亚大学物理系将凝聚态物理研究分为量子体系软物质两大部分。哈佛大学物理系由著名教授大卫·韦茨(David Weitz)领导一个很大的软物质物理组进行相关研究。目前,软物质研究在国外很热门,而在中国的研究尚未成熟,国内大学仅有清华、北大和科大等开展了软物质研究。
        记者:软物质与日常生活紧密联系,其研究主要应用在哪些方面呢?
        成正东:软物质的应用非常广泛。可以说,除了传统上与量子力学密切相关的电子学、电磁学这两个领域之外,其他领域已都有涉及。软物质与我们的生活紧密相连,如日常生活中常见的橡胶、塑料、墨水、洗涤液、饮料、乳液及药品和化妆品等等都离不开软物质。同时,软物质在技术上也有广泛应用,如液晶、聚合物等;生物体基本上由软物质组成,如细胞、体液、蛋白、DNA等。


中国的科研要跻身世界前列,软物质是一个必不可少的方向
 

        记者:广东工业大学只是一所省级的工科大学,您选择在广工大建立研究中心,是出于什么样的考虑呢?

        成正东:中国近几年发展很快,科研能力有很大提高,资金积累让美、日有压力。能受聘珠江学者讲座教授和广工大特聘教授对我来说是个机会,为国家做贡献的机会。而广东是一个很有前途的地区,广工大作为一所省属重点工科院校,与工业界联系比较密切,这对科研与应用很有帮助。同时,广工大的材能学院在纳米材料、热交换等方面的研究十分成熟,可以大大提高软物质的研究效率。

        再者,学校的领导都很重视科研工作,认为软物质这个概念很好,并提出要把软物质研究作为学校重点发展的学科之一,我能感受到广工大的科研氛围。

        记者:据悉,我校的软物质研究中心是省内首创,建立软物质中心有什么样的目标?
        成正东:目标有两个:一是以软物质研究中心为起点,让软物质的研究在中国扩大起来,赶上世界。九十年代美国已经有相关研究。反观在国内,软物质是一个较新的领域,相关的研究较多地倾向于化学的高分子,但并没有结合物理与材料做到学科交叉,也没有更新软物质这个概念。就目前世界发展的趋势来说,中国的科研要跻身世界前列,软物质是一个必不可少的方向。二是提高广工大的科研水平和论文发表的层次。目前国内的科学研究还是比较偏重于应用性研究,没有把重心放在基础研究上。其实国际上排名比较前的大学都比较注重基础性研究。软物质方面的基础性研究也有很大的研究空间,比较容易出成果,因为它的范围比较广,可以研究的东西很多,比如说纳米技术、生物技术等。要增加一些基础性的研究,才可以发表高层次的文章。
 

把软物质在中国的研究推向一个新的高度


        记者:请问软物质中心具体将开展哪些方面的研究?
        成正东:中心将开展微流体、液晶、表面活性剂、胶体、纳米颗粒物质等方面的研究,同时紧密联系全球软物质研究的各个团体,致力于寻求新技术去解决21世纪所面临的能源、环境和水等社会危机。我们准备通过软物质研究中心,打造四大平台:
         首先,软物质中心是一个交流的平台,我期望以它为契机,在一两年内联系国内软物质的研究人员,然后再通过它紧密地联系世界各地软物质研究的各个团体,立足中国南部地区,联系全国和全球。

        第二,它是一个技术创新平台。目前,我们正在考虑太阳能制氢, 以及用于存储氢气的纳米材料的研究。同时,我们正在研究纳米表面活性剂,它能把石油有效地从地下打出来。我们将发展新技术控制药物输送和在病灶处的释放形为,以及食品和化妆品的微观包装等等。
        第三,它是一个了解和利用生命物质的平台。例如美国如今已经造出人造的DNA,需要用软物质把它包装起来,这样就有可能做出人造细胞,人造生命。生物系统是很复杂的,一旦对其有所了解,就会给我们全新的启发来发展软材料工程。同时,软物质又帮助我们更好地了解生命物质。
        最后,软物质研究中心将是一个教育和宣传的平台。软物质与人们的吃住用行紧密相关,是看得见,摸得着的教学材料。例如,我们将研究的光子晶体和盘状液晶,它们五彩斑斓,就像魔术一般,非常吸引人。我们也将中美联合培养博士和博士后,造就软物质的专家学者。
        记者:万事开头难,目前软物质研究中心还存在哪些问题,如何克服?
        成正东:软物质的研究在国内来说还不是很成熟,很多问题都要在往后的发展中才能逐渐发现,而每个科研工作都需要资金,只有好的研究才能申请到经费,竞争非常激烈。我准备建立一个团队,申请国家重点项目,招收优秀的研究生,保持与国外教授交流,把软物质在中国的研究推向一个新的高度。
 

科研是一件很有趣的事情


        记者:二十多年来,您一直埋头于科研中。长时间的研究是枯燥的,您是如何坚持下来的呢?
        成正东:哈哈,科研怎么会枯燥呢?科研是一件很有趣的事情,我从来都不觉得它枯燥,因为我在做着我自己最喜欢的事情。首先,科研是很有用的,你可以通过科研,把内含的原理找出来,这样就可以解释很多现象,了解到物质的本质,从而发现很多你以前不知道的现象。有些结果等你研究出来,你会发现它们是违背常识的,这会让你觉得很不可思议。就像你画了一幅画,画出来的结果很微妙、很深奥,是很漂亮的。而这个体验过程是非常有趣的。

        比如说结晶的过程。大家一直都以为需要原子和分子之间的相互吸引才能结晶,这是一个错误的观点,实际上是排斥力引起了结晶。在得出结晶的过程与一般想法正好相反的结论的基础上,我们又研究出温度梯度与结晶存在联系,我们最后发现能运用温度梯度把晶体做得很大,这又有悖于一般的想法。
        当你推翻自己的想法的时候,认识到自己不足的时候,是一个很有趣、也很有用的过程。在这个过程中,我们首次提出、并通过实验证明了表面活性剂控制石蜡乳胶粒结晶形成各种形貌的碟状颗粒的理论;我们研究电控微流体制备出了全世界最小的液珠;我们还开发出高效催发剂用于太阳能分解水制氢,这项研究成果在2011年获ENI奖提名。同时,我们还开创出纳米碟片表面活性剂用于石油开采;在全美实验首创研究化学动力材料,最早合成了尺度均匀的球状胶体颗粒;首创微流体液珠方法准确测量胶体微颗粒结晶的成核速率;并发明了旋转微流变方法;开创了嵌段聚合物中周期性有序结构的缺陷演变的动力学的研究。我现在的一个研究方向,就是希望利用温度梯度控制软物质晶体生长的过程,这也是一个全新的创举。当在研究的过程中发现了为其他人所不知的领域时,是很有成就感的,也是很有意思的。所以,对我来说,科研的路是充满乐趣的。


大胆尝试,要走自己的路,但不能心急


        记者:您能给我校的科研工作者或在校生一些寄语或建议吗?
        成正东:首先,我觉得课本学习并不是学生唯一的事情。平时要注重积累,多参加与学习有关的活动。以前求学的时候,我经常去听相关的学术报告。接收多点信息,才可能有新的想法。要注重合作精神,千万不要以系、院为单位把自己封闭起来,要多与其他人交流看法。还有,要勇于抓住机会,当认识到好的研究方向的时候应尽快去做,以免被其他人捷足先登。最后,要培养创新的思维,不要跟着别人走旧路。大胆尝试,要走自己的路,但是不能心急。很多年轻人就是因为年轻气盛,太过心急,就容易失败。


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