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在武漢大學化學與分子科學學院教授付磊看來，科研最大的魅力就是能將不可能變?yōu)榭赡堋Ｋ麕ьI團隊基于液態(tài)金屬體系，實現(xiàn)了溫和條件下多種高熵合金體系的原子制造，在電子信息、能源存儲等材料領域取得新突破。
兼具液態(tài)的可變形性和金屬的良導熱、導電性——聽起來科幻感十足的液態(tài)金屬，如今在科研中有了更廣闊的應用。
6月14日，《自然》雜志在線發(fā)表武漢大學化學與分子科學學院教授付磊關于液態(tài)金屬的最新成果。該研究基于液態(tài)金屬體系，實現(xiàn)了溫和條件下多種高熵合金體系的原子制造。
另辟蹊徑，建立液態(tài)金屬生長體系
什么是液態(tài)金屬？
“液態(tài)金屬沒有固定的晶格結構，原子團簇間不斷發(fā)生著重組，就像我們?nèi)粘？吹降暮粯?，每一滴水在湖面上的位置都是動態(tài)、不可區(qū)分的。”付磊介紹。正是由于這些特性，液態(tài)金屬在材料原子制造領域展現(xiàn)出巨大的應用潛能。
傳統(tǒng)使用的固態(tài)金屬催化劑表面存在多種缺陷，會導致二維原子晶體的不均勻成核及生長。降低催化劑表面的缺陷，是科學家努力的方向。付磊另辟蹊徑：“兵無常勢，水無常形，不如選用一個‘滿是缺陷的表面’——液態(tài)金屬表面，來實現(xiàn)二維原子晶體的均勻生長?！?/p>
利用液態(tài)金屬表面層離、可變形性、可流動性和體相多空位的特點，付磊團隊實現(xiàn)了原子級精準制造和組裝二維原子晶體。
成就的背后是20多年來的堅持。
2001年，付磊從武漢大學畢業(yè)，到中國科學院化學研究所攻讀博士學位，開展碳納米管精準合成的相關研究。2008年完成博士后研究，付磊加入北京大學著力實現(xiàn)二維原子晶體的精準合成，其間他發(fā)展了偏析生長方法，實現(xiàn)了晶圓級二維原子晶體的制備，提出二元合金策略，首次實現(xiàn)了嚴格單層二維原子晶體的生長。
2012年，付磊回到母校，入職武漢大學化學與分子科學學院，創(chuàng)建了原子制造實驗室，組建團隊致力于原子晶體的精準合成。此后，他將液態(tài)金屬反應體系實現(xiàn)二維原子晶體的原子制造定為科研目標。
在付磊看來，探索未知的樂趣與將未知變成現(xiàn)實的成就感，是科研的巨大動力。在他眼中，各個化學元素都有“獨特的性格”。如何聚焦各元素的差異性、精準組裝成特定的功能結構，創(chuàng)制出具有新效應的新材料，是最讓他著迷的事情。
直面挑戰(zhàn)，將不可能變?yōu)榭赡?/strong>
經(jīng)過不斷探索，付磊團隊取得新突破：基于液態(tài)金屬體系，實現(xiàn)了溫和條件下多種高熵合金體系的原子制造。他們的發(fā)現(xiàn)，極大拓展了高熵合金的組分選擇空間，有望促進其在更多關鍵領域的應用。
高熵合金是一種由5種及以上主元金屬組成的新型合金，在極端條件下結構力學、能源轉換與存儲、醫(yī)療器械等領域具有重要的應用前景。但要讓這么多種金屬原子按照設計均勻混溶，需要克服元素之間性質差異大、不相容等難題。
“就像四五個人，他們性格不同、喜好不一，要把他們變成一個高度融合、不離不散的共同體并不容易?！备独诿枋觯澳壳翱茖W家們想要實現(xiàn)各種金屬的強行融合，得依賴苛刻的高溫反應條件來克服原子間不混溶性，并通過淬火等方式保持高熵態(tài)?！?/p>
在溫和條件下實現(xiàn)高熵合金的多組元原子均勻混溶是可規(guī)模化、可定制化精準制造的前提，這個目標極具挑戰(zhàn)性，而付磊團隊最終做到了。付磊說：“科研最大的魅力就是能將不可能變?yōu)榭赡堋！?/p>
不拘一格，鼓勵學生大膽探索
多年來，付磊獲得過國家杰出青年科學基金資助、湖北省自然科學獎一等獎、中國化學會青年化學獎、“湖北省青年五四獎章”等榮譽。付磊說：“中國有句古話——‘致廣大而盡精微’，我常常對學生們說，我們做科研也要在盡精微中致廣大，這個‘廣大’就是服務國家、服務社會?！?/p>
談及教學，付磊堅持既要培養(yǎng)學生的個性，鼓勵學生不拘一格地創(chuàng)造，又要培養(yǎng)學生對科研一絲不茍的嚴謹態(tài)度和敏感度。
付磊喜歡與學生探討課題。他常鼓勵學生要基于興趣去探索，“就像是在泳池里隨著靈感，自由游動，找到適合自己的科研方式。我會盡責地當一個合適的‘水位計’，適時提醒水深水淺，幫學生把握好方向?！?/p>
對于學生提出的不同意見，付磊總是饒有興趣地與他們討論各種思路的走向，用科研積淀幫學生們梳理想法。在他那間小小的辦公室里，曾無數(shù)次傳出學生們爭辯課題的聲音。“大家相互交流、思想碰撞，共同推進課題交叉融合。”博士研究生汪璐陽說。
“科研的道路布滿荊棘，日常的研究工作經(jīng)常與失敗相伴。”付磊坦言，科研課題陷入僵局，甚至瀕臨放棄都是常有的事情，這個時候，他會和學生溝通，有時是新思路，有時是對課題的重新思考，有時是一些溫暖的鼓勵，讓學生依然保持堅持和專注，保有對科研的熱情與信心。
“剛到實驗室的那段時間，我經(jīng)歷了很多次挫折，甚至一度想換課題方向。但付老師一直告訴我，做科研不要總想著‘趕時髦’，要能沉下心來認真思考?！辈┦垦芯可壕Ьдf。幾名博士研究生一直記得付老師鼓勵他們的話：失敗和等待都是一種蟄伏，為的是厚積薄發(fā)的時刻。
“我們要對知識有尊重，對學術有敬仰，對創(chuàng)新有追求，對使命有擔當，這是科研人的責任感和使命感。”付磊說，希望和更多青年研究者在未知的道路上并肩前行。
