匠人之心蘊匠人之神

專家簡介：

張錦，北京大學化學與分子工程學院教授，國家杰出青年基金獲得者，教育部長江學者特聘教授，中組部萬人計劃科技創(chuàng)新領軍人才，英國皇家學會會士。長期從事低維碳材料的物理化學研究，在低維碳材料的拉曼光譜學研究方面做出了突出貢獻。曾獲2017年度國家自然科學獎二等獎（第一完成人）、2008年度國家自然科學獎二等獎（第二完成人）、2005年度教育部“新世紀優(yōu)秀人才資助計劃”等。作為首席科學家承擔了科技部國家重點研發(fā)計劃納米科技重點專項項目，推動了納米碳材料基礎與應用研究發(fā)展。

愛迪生經(jīng)過13個月的艱苦奮斗，試用了6000多種材料，試驗了7000多次，以堅持到底的精神最終發(fā)明了電燈，使人們不再受黑夜的限制。“鍥而舍之，朽木不折；鍥而不舍，金石可鏤。”對于堅持的力量，荀況給予了最有分量的解釋。縱觀古今，在成大事者、大學問者身上，始終少不了執(zhí)著堅持的精神。

數(shù)十年來，北京大學化學與分子工程學院的教授張錦，一直執(zhí)守在碳納米管研究中，就是對堅持的踐行。他說，能不能做好科研，一個重要的問題是看你能不能堅持。“低維碳材料的拉曼光譜學研究”項目榮獲2017年度國家自然科學獎二等獎便是他與團隊以十多年的堅持結(jié)出的碩果。

耐心之樹孕育黃金之果

30多年前，當張錦還是寧夏同心縣汪家塬村那個為取水行走30公里的少年時，他便深知“知識改變命運”這句話的真義。努力學習，汲取知識的養(yǎng)分，張錦走出了生養(yǎng)自己的家鄉(xiāng)，走出了國門；30年多后的今天，當張錦已是頭頂眾多頭銜的北京大學教授之時，兒時取水的記憶仍揮之不去。在他看來，正是因為那段苦樂并存的歲月鍛造了他在往后科研工作中堅韌不屈、不向困難低頭的品格；也造就了他不將就、精益求精的工匠精神與敢于“亮劍”、勇于承擔責任的擔當精神。正是擁有這一筆筆財富，使張錦在中國的碳納米管（以下簡稱“碳管”）研究上乘風破浪，開創(chuàng)新篇。

1985年，“足球”結(jié)構的C60一經(jīng)發(fā)現(xiàn)即吸引了全世界的目光；1991年，一種更加奇特的碳結(jié)構——碳管，被日本電子公司的飯島博士發(fā)現(xiàn)。自碳管被發(fā)現(xiàn)以來，便被作為納米材料的代表之一，獨特的一維結(jié)構使其具備了優(yōu)異的力學、電學、熱學、光學等性質(zhì)，在能源存儲與轉(zhuǎn)化、復合材料、多相催化、環(huán)境保護及生物醫(yī)藥等領域具有巨大的應用潛力，因而受到了企業(yè)界與科學界的“熱力追捧”。

“碳管具有良好的力學性能，抗拉強度達到50 200GPa，是鋼的100倍，密度卻只有鋼的1/6，它的彈性模量可達1TPa，約為鋼的5倍。同時，碳管的硬度與金剛石相當，卻擁有良好的柔韌性，并且其熔點是已知材料中最高的。另外，碳管還具有一些特殊的電學性質(zhì)與良好的傳熱性能，還有著較高的熱導率……”張錦說道。1998年，張錦從英國利茲大學回國，2000年進入北京大學后就跟著劉忠范院士一直堅持做碳管研究。而在那個時候，中國的碳管研究才起步。在做了一段時間后，2004年左右石墨烯問世，蓋過了碳管的風頭，很多人轉(zhuǎn)去做石墨烯的研究，而他卻始終堅守在碳管這塊陣地上，踏踏實實地埋頭攻關。

不忘初心，方得始終。當你在一件事情上付出比別人更多努力時，你收獲的將是別人所艷羨的成就。“低維碳材料的拉曼光譜學研究”榮獲2017年度國家自然科學獎二等獎便是張錦堅守所得。

碳管和石墨烯等低維碳材料有望在未來半導體、微納電子和能源等領域發(fā)揮核心作用，是主導未來高科技產(chǎn)業(yè)競爭的戰(zhàn)略材料。但是，在這之前，對其基本結(jié)構與性質(zhì)的深入研究是能否取得引領性和原創(chuàng)性研究突破的關鍵環(huán)節(jié)，也是其落地應用的瓶頸所在。

在“低維碳材料的拉曼光譜學研究”項目中，張錦以拉曼光譜技術為解決問題的“鑰匙”，對低維碳材料結(jié)構與物性的微區(qū)拉曼表征、石墨烯增強拉曼散射和低維碳材料能帶調(diào)控中的電子—聲子耦合特征等基本科學問題進行了深入研究。

在研究中，針對目前碳管研究中結(jié)構的精確控制及其結(jié)構與性能的表征等難題，張錦與團隊發(fā)展了單壁碳管物性的高分辨拉曼光譜表征方法；提出了基于“碳基催化劑”的單壁碳管手性控制的克隆生長方法。其次，張錦團隊提出了石墨烯增強拉曼散射的概念，證明了石墨烯增強拉曼散射的化學增強機制；發(fā)展了石墨烯的控制制備與轉(zhuǎn)移技術，獲得了嚴格單層的大面積石墨烯；發(fā)展了基于石墨烯的柔性拉曼散射增強基底的制備方法，實現(xiàn)了任意形貌表面上痕量物種的拉曼信號直接檢測。最后，張錦團隊提出了單壁碳管能帶結(jié)構的應力調(diào)控方法；提出了低維碳材料能帶結(jié)構的光化學調(diào)控方法，實現(xiàn)了石墨烯的片層裁剪、逐層減薄、石墨烯到氧化石墨烯的定域轉(zhuǎn)化、以及碳管從金屬性到半導體性的轉(zhuǎn)化。這些研究發(fā)展了低維碳材料的拉曼光譜學，拓寬了低維碳材料的應用范圍。

從踏入碳管研究領域開始，張錦就一直相信碳管一定會“發(fā)光發(fā)熱”，所以不管遇到什么困難，他都一如既往的堅持下去。他說，現(xiàn)在中國在碳管領域已經(jīng)走在了最前面，但在高端的應用上，還需要探索，而他會不辭余力，在碳管研究上燃燒自己更多的“能量”。

堅守初心，一戰(zhàn)到底

都說科研無坦途，如果你要問張錦科研攻關中遇到了哪些困難，張錦的回答是：“困難么，有是有，不過都忘了。”因為在他看來，科研有著別樣的魅力，記憶中剩下的都是美好的情景。

他難于忘懷的有，以特洛伊木馬為靈感源頭提出碳管生長催化劑時的興奮。“碳管要長出來就要用催化劑，催化劑還要放得特別近，這就導致催化劑特別容易聚集，催化劑一旦聚集后就長不出碳管。所以我們根據(jù)特洛伊木馬的故事想能不能先把催化劑藏起來，然后在碳管生長的過程中一個一個放出來，這樣催化劑就不會聚集了。這一方法成功解決了催化劑易聚集的問題。”

他難以忘懷的還有，研發(fā)出控制碳管結(jié)構的固體催化劑時的喜悅。他說，催化劑表面容易融化，無法控制碳管的結(jié)構。在無意中，他與學生發(fā)現(xiàn)以固體催化劑的對稱性匹配能夠?qū)崿F(xiàn)特定結(jié)構碳管的控制生長。

……

在科研生涯中，保存在張錦記憶中的全是這些和團隊在討論問題與解決問題中的快樂的回憶。在張錦看來，他們所研究的東西，可能只發(fā)表了幾篇文章，但是后面的故事卻不是幾篇文章能夠?qū)懕M的。18年過去了，對科研的熱情，張錦仍不減當年。而對科研的深情，他用了一段話來闡釋：“我們國家在碳管研究領域已經(jīng)做得很好了，但是能不能做得更好，這是一個問題。因為我們做研究跟國外有差異，我們?nèi)鄙俟そ尘瘢蝈X看，只想把東西做出來趕緊去賺錢走人，而很少有人真正把它從頭到尾做好，把它的用處落到實處。此外，我們還缺少擔當精神，不敢擔負起科研人頂天立地做科研的責任。”

要把一件事情做好，用功是必須的。對科研懷有巨大的深情與熱情，在工作中，張錦一直踐行著工匠精神。同樣，張錦也認同，獨行雖快，眾行致遠。在前進的過程中，他提倡的一個理念是和團隊在學習中前進，和團隊一起討論問題，解決問題，這樣問題也更容易解決。“換句話說，我一個腦袋有限，我一個人指揮10個腦袋更有限，我應該把這一個腦袋跟10個腦袋加起來，變成11個腦袋做研究，這個才能夠進行的快，提高更快。”而談起未來的研究計劃，張錦說，制備決定未來。要迎接碳時代的到來，制備這一關首當其沖需要攻克，他要以團隊作戰(zhàn)的形式，力戰(zhàn)碳管制備，為碳時代的到來掃除障礙。