人才培养

一切从问题出发
  

导语:

       今年六月,我校化学学院刘宇宙教授课题组首次利用Piers-Rubinsztajn反应从简单的有机硅烷单体中合成一系列环状聚合物,并通过多种分析检测手段来进行佐证。他们的成果发表在德国化学会会志(Angewandte Chemie)上。该刊物历史悠久,和美国化学会会志(JACS)并为世界化学界最受推崇的顶级期刊,其上发表的文章对全体化学人都有着巨大的吸引力。刘宇宙教授认为,“这是对我们工作很大的肯定”。          

 

成果

 

       你知道隐形眼镜90%以上的成分是什么吗?你知道是什么赋予了LED灯长久的使用寿命?你知道是什么保证了飞机与火箭的油料不会外泄?要得到这些问题的答案,我们需要了解生活中有着广泛应用、却并不为多数人所熟知的有机硅材料。          

 

       有机硅材料的研究在国际上开始很早,十几年前便已经有了具体的应用。但是,传统的合成方法需要使用铂催化交联反应。这一昂贵的合成方法会在加热环节使产物变黄,甚至还可能造成一些物质的分解。此方法最终得到的产物分子量较小,因而某些性质有待提高。

 

       刘宇宙教授的团队致力于解决这个问题。通过相关理论,他们明白提高分子量可以有效改善物质的特定性质。然而,大分子量却增加了分子缠绕的可能性,进而导致其粘度上升,流动性变差,变得不易加工和使用。但是,他们注意到,环结构的缠绕能力显著低于链结构。找准突破点后,他们最终制得了包含有成千上万个原子的大环,不但显著提高了材料的粘度等性质,而且这类新的有机硅分子进行交联时,不需要铂金属的存在。刘教授团队的这项技术在世界范围内领先,在实际应用中具有极大的价值。          

 

道路

 

       在刘教授看来,“和生活关联大、被工业界需要”是这个项目的一大“幸运”。事实上,从实际问题出发、紧密结合生产生活是刘教授团队长期以来坚守的研究理念。这条道路的形成,与刘教授本人的经历不无关系。          

 

       刘宇宙教授在纽约大学获得博士学位后,曾经投身工业界。在那里,不喜欢“纯粹地重复生产”的他,从商业化的“development”逐渐走向了更关注创新的“research”。不过,在这之后,他仍然非常关心工业界的问题,甚至去参加工业界的会议。他坚信,“研究应当高于生活,但是也不应该离得过远”。该观点得到了很多同行的认同。          

 

       这个观点正在被刘教授的实验室一步步践行着。他们不把单纯发表论文作为研究的目的与重点;相反的,他们希望更近一步,取得专利,从而创造更多价值。仅就在前文提到的有机硅分子成果方面,他们就已经取得或者提交了40余项专利,其中以北航为主体的专利项目就有五六个。在未来,他们计划通过进一步修饰当前分子结构,加强其阻燃、防水疏水、防海洋生物附着等特性,进而探索在特种涂层、建筑家装、舰船制造等方面的应用。目前,很多项目已经取得了喜人的进展,进入了测试环节。          

 

信念

 

       “我们不会轻易放弃。很多时候,我们做不出来,就会换一条路。这条路走不通,我们就绕一条路。这条路再走不通,我们就再绕一条路。”刘教授团队的科研道路是一条荆棘遍生之路,但是他们认为研究过程中出现“负结果”是很正常的。在顺利的情况下,一个特定物质从设计到最终合成需要大约四个月时间。倘若不顺利,不但周期会拉长,最终甚至可能会以失败收场。面对挫败,他们选择进行总结。“失败的项目至少使得我们认识到这么做为什么不行,只会加深我们对一个物质的理解,向更正确的方向前行”。          

 

       基础学科的研究就像攀登高峰。自从高考后将化学写入第一志愿,刘教授钻研化学的决心就从未动摇。“只有做自己喜欢的事情,才能得到真正的快乐。大家都解决不了的问题,我们可以通过我们自己的研究把它解决,这带来的是极大的成就感。”刘教授认为自己的研究是“两条腿走路”,一方面追求有应用价值的成果,另一方面是纯粹的对未知的探索。在大方向正确的前提下,兴趣对于小方向的发展至关重要。因此,他一直鼓励本科生进入实验室参与工作。只有了解专业,热爱专业,才能体会乐趣,取得更大发展。          

 

       同时,“现在的很多化学,都不是单纯的化学”。研究者也需要具备更广阔的视野和更丰富的知识,尤其是基础学科,它已经不再局限在自己的领域内。比如,拓扑高分子中的“拓扑”,出自欧拉著名的哥尼斯堡七桥问题。该概念在数学、地理、计算机科学等均有应用,后来也被化学研究者引进。北航国际交叉研究院的刘教授所做的大量工作就属于交叉工作, “交叉学科使得我们的工作更有意义”,刘教授如是说。

 

 

策划/文案:彭煦潭

采访:彭煦潭、刘璐楠

设计:秦煜瑶

技术:曹嘉辉

鸣谢:化学学院刘宇宙教授课题组

编审:门户网站总编总监工作室

投稿:geoos@buaa.edu.cn

 

 

 

 

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