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新科院士俞书宏:会变戏法的材料“魔术师”

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发表于 2019-11-26 12:11 超大游击队员 | 显示全部楼层 |阅读模式

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11月22日,中国科学院2019年院士增选结果正式对外公布,中科大本部陆夕云、叶向东、杨金龙、俞书宏4位教授当选中国科学院院士。中科大新闻中心对他们的科研历程、治学之道以及教书育人等方面的成绩进行了深度采访。现将四篇人物专访发布如下,以飨读者。

11月22日,中国科学院公布2019年新增选院士名单,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心纳米材料与化学研究部主任俞书宏榜上有名。被誉为材料“魔术师”的俞书宏,自2002年回国以来,一直从事无机合成化学研究,在无机化学领域取得了突出成就,成功矿化合成了人工珍珠母等多种神奇的新材料。“入选院士是对我的鼓励,看到自己的研究成果得到国内外同行的认可,特别开心。”俞书宏表示,今后将一如既往地做好基础研究,努力为国家研发出更多急需的新材料。

感恩大自然的启示

俞书宏喜欢自然界的矿物质和动植物,更喜欢琢磨它们的结构。无论是贝壳、珍珠,还是北极熊、爬山虎,都成了他的研究对象。“大自然本身就是一个神奇的魔术师,它能给材料设计带来很多启发。”俞书宏坦言,人类应该感恩大自然的启示。

经过几十万年的进化,生命体系如软体动物创造了诸如珍珠母等性能卓越的矿物材料。天然贝壳珍珠母,具有超乎想象的机械强度和韧性,但如何仿生制备人工珍珠母,是一个世界公认的难题。“贝壳是一个保护软体动物的重要矿物,它的形成过程非常有趣。贝壳是一种很好的层状结构,就像阶梯教室一样,一层一层堆积而成,这种砌墙式的砖泥结构强度、韧性非常好。”俞书宏介绍,他们团队参照软体动物合成天然珍珠母的砌墙式策略,提出一种新的“组装与矿化”法,从源头上模仿天然贝壳珍珠层的形成过程和化学组分,在世界上首次成功矿化合成了人工珍珠母。这种仿珍珠母材料的化学组分、结构,与天然珍珠母相似,力学性能相当,密度更低,具有优越的抗断裂性能,研究成果登上世界顶级学术期刊《科学》。

受北极熊毛发中空结构的启发,俞书宏团队成功研制出一种新型轻质保温隔热材料,未来有望在建筑和航空航天领域广泛应用。模仿竹节的结构,他们团队设计了一种“脉冲式轴向外延生长”方法,成功制备出纳米“竹子”,这种新型半导体纳米材料可以将太阳能制氢效率提高一个数量级,为开发新型高效太阳能制氢材料提供了新途径。“当前,我们还在模仿骨骼生长方式研发新材料,有望高度重现骨骼的强度和韧性,有效避免材料植入人体的排异反应,改变这一材料依赖进口的局面。”俞书宏透露。

实现仿生材料系列化,提升传统材料性能,是俞书宏一直努力的方向。近年来,他研究发现了聚合物和有机小分子模板对纳米结构单元的尺寸、形状、晶相的调控规律;建立人工仿生合成珍珠母、仿生聚合物木材、超弹性抗疲劳材料等多级结构材料的合成方法;提出的软-硬模板效应协同控制生长的机制,被成功用于宏量制备高质量纳米线和纳米电缆。近20年来,他3次荣获国家自然科学二等奖,其中2次是以第一完成人身份获奖。2018年,他还摘得安徽省重大科技成就奖。

眼光远才能飞得高

“做科研一定要志存高远,不能急功近利天天围着‘帽子’‘票子’转,要选择适合自己的方向去创新,不能老跟着别人跑。”俞书宏认为,做科研不能总做“短平快”的项目,而应该把眼光放远一点,这样才能飞得更高。

在俞书宏看来,材料对于人类的发展影响巨大,人类文明的进展可以按照材料来划分,比如石器时代、青铜器时代、铁器时代、硅器时代等,一种革命性的新材料可以颠覆一种产业,甚至改变整个世界。当前,我国在很多高技术领域被国外“卡脖子”,其实很重要的一个方面就是关键材料被“卡脖子”。“我们要紧紧瞄准从0到1的原始创新,为自己定下一个更高的目标,多解决材料方面的‘卡脖子’问题,为国家的发展做一点贡献。”俞书宏说,中国科学家完全有能力、有信心做更好的创新。

碳酸钙在自然界随处可见,很多人认为没啥可做,但俞书宏从2002年回到中国科大工作后,一直在跟碳酸钙打交道。“珍珠母是贝壳中的内层材料,与珍珠具有相似的组成和结构,通常含有95%以上的碳酸钙。但这种碳酸钙并不是传统意义上的粉末,它形成了一种特殊的结构。”俞书宏透露,他的研究就是从一个侧面来模仿贝壳、珍珠、骨骼等结构,制备出性能可以与自然界依靠生命体创造的材料相媲美的新材料。如今,这些从小小“碳酸钙”中诞生的新材料,已在航空、航天、军事、国防、民生等领域大展身手。

眼光远,还要真行动。“做科研就像跑马拉松,如果在最后几圈,你想挤进去,必须要有足够的力量和充分的准备。”俞书宏语重心长地说,无论做什么事情都贵在坚持,遇到困难不气馁,“虽然付出了未必有回报,但不付出肯定没回报”。

实验室的成果,只有转化为实实在在的产品,才能变成现实生产力。“未来,我们会努力把自己的成果推向实用化。”俞书宏介绍,像他们研发的高性能仿生材料、新型隔热防火材料、生物质涂料等,正在与安徽方面接洽转化,力争尽快实现产业化,让成果走向市场。

兴趣是最好的老师

“做科研的确辛苦,但真正感兴趣,就会苦中有乐。只有兴趣驱动的科研,才是最原汁原味的,也是最有推动力的。”俞书宏说,他从事科研的动力是源于对自然和科学的热爱。“自然界给了人类非常多的启发,给我们的创新提供了源泉。”

一个人对于一种专业的兴趣,未必天生就有,很多时候需要培养。“我高中的时候,学的最好的是数学。高考时,考得最好的却是化学。”俞书宏笑言,他上大学时选择无机化学作为专业,纯属“机缘巧合”,但在学习的过程中逐渐对无机化学产生了浓厚的兴趣。上世纪90年代中期,他进入中国科大读博士,师从著名无机化学家钱逸泰院士。读博士期间,他与老师等合作完成的 “纳米非氧化物的溶剂热合成与鉴定”项目,就夺得2001年度国家自然科学二等奖。

“钱老师特别注重对学生兴趣的呵护,在你低谷的时候给你鼓励,在你骄傲的时候适时泼点冷水。如今,钱老师快80岁的高龄,仍然坚持亲自带学生,还在一线工作,这一点大家非常敬佩。”俞书宏回忆说,老师对学生的世界观、人生观、价值观影响非常大,很多时候这种影响是潜移默化的。在他自己当老师后,他传承了钱逸泰院士的治学精神,更加注重培养学生对科研的兴趣,并引导学生养成良好的科研习惯。目前,他培养的博士生已有80余人,其中6人入选中组部“青年千人计划”。

早上7点多到实验室,晚上快11点离开,这是俞书宏工作的常态。“你现在不缺科研经费,也不需要发论文,为何还有这么大的干劲?”他的学生经常问。“我们拿了国家这么多研究经费,必须争分夺秒,要拿出有‘含金量’的东西来,回报国家和社会。”俞书宏表示
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 楼主| 发表于 2019-11-26 12:12 超大游击队员 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2019-11-26 12:13 超大游击队员 | 显示全部楼层
俞书宏,1967年8月出生于安徽庐江,材料科学家,中国科技大学化学与材料科学学院教授、副院长 ,合肥微尺度物质科学国家实验室纳米材料与化学研究部执行主任 。 1988年俞书宏获得合肥工业大学无机专业学士学位;1991年获得上海化学工业研究院硕士学位;1998年获得中国科学技术大学化学系无机化学专业博士学位;2002年入选中国科学院引进海外杰出人才;2003年获得国家杰出青年科学基金资助;2006年获聘教育部“长江学者奖励计划”特聘教授;2010年担任国家重大科学研究计划首席科学家。2013年当选英国皇家化学会会士。 俞书宏的研究方向包括:仿生高性能纳米复合结构材料、自组装及应用;聚合物控制晶化与模拟生物矿化;多功能纳米材料的模板诱导合成和组装技术;新型无机-有机杂化材料的制备、性能与组装体功能;面向能源、环境领域应用的新型碳材料的制备和能量存储;纳米材料的光、电、磁性能调控和纳米催化效应等 。
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 楼主| 发表于 2019-11-26 12:13 超大游击队员 | 显示全部楼层
人物经历
俞书宏
俞书宏
1988年7月,获得合肥工业大学无机专业学士学位。

1991年5月,获得上海化学工业研究院硕士学位。

1998年10月,获得中国科学技术大学化学系无机化学专业博士学位。

1999年,获得日本学术振兴会(JSPS)资助,担任日本学术振兴会研究员,在日本东京工业大学材料与结构实验室工作(-2001年)。

2001年,获得德国洪堡基金会(AvH)资助,担任洪堡外国科学家研究员,在德国马普学会胶体与界面研究所工作(-2002年)
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 楼主| 发表于 2019-11-26 12:13 超大游击队员 | 显示全部楼层
2002年,入选中国科学院“引进海外杰出人才”,进入中国科学技术大学任教,担任博士生导师。  2003年,获得国家杰出青年科学基金资助。  2006年,获聘教育部长江学者奖励计划特聘教授   ,同年入选中央七部委“新世纪百千万人才工程”国家级人选。  2010年,担任国家重大科学研究计划项目首席科学家(至2014)。  2013年,当选英国皇家化学会会士   。  2015年,担任科技部创新人才推进计划重点领域创新团队负责人。  2016年,担任国家自然科学基金委创新研究群体科学基金学术带头人
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 楼主| 发表于 2019-11-26 12:14 超大游击队员 | 显示全部楼层
主要成就
科研成就
科研综述

俞书宏长期从事无机材料的仿生合成与功能化的研究。在聚合物和有机小分子模板对纳米结构单元的尺寸和维度及取向生长的调控规律、仿生多尺度复杂结构材料的合成及构效关系研究方面取得多项创新成果,在面向应用的重要纳米结构单元的宏量制备、宏观尺度纳米组装体的制备与功能化、新型纳米材料的合成设计及能源转换材料等方面的研究取得了重要进展。

2016年10月,俞书宏课题组在人工合成珍珠母的方法上取得突破性进展。不同于以往仿珍珠母材料或仿生矿化方法得到的微观晶体,课题组首次通过模拟天然珍珠母生长过程而获得得了人工仿生结构材料,这种材料具有与天然珍珠母高度相似的化学组分和微观结构,并因此兼具强度及韧性。该成果以“Synthetic nacre by predesigned matrix-directed mineralization”为题发表在10月7日出版的《科学》杂志上(Science 2016, 354, 107-110).  

项目承担&成果奖励

截至2016年,俞书宏主持国家自然科学基金委创新研究群体科学基金、国家自然科学基金重点项目、中国科学院重点部署项目及其他委托项目等   。
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 楼主| 发表于 2019-11-26 12:15 超大游击队员 | 显示全部楼层
成果奖励

时间        项目名称        奖励名称
2016年        纳米结构单元的宏量制备与宏观尺度组装体的功能化研究        国家自然科学二等奖,第一完成人
2014年        -        安徽省自然科学一等奖,第一完成人
2010年        复杂形态和结构的无机功能材料的构筑、自组装原理及性能研究        国家自然科学二等奖,第一完成人
2006年        -        安徽省自然科学一等奖,第一完成人
2001年        纳米非氧化物的溶剂热合成与鉴定        国家自然科学二等奖,第五完成人
2000年        纳米非氧化物的溶剂热合成与鉴定        中国科学院自然科学一等奖,第五完成人
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 楼主| 发表于 2019-11-26 12:15 超大游击队员 | 显示全部楼层
学术论著  截至2017年,俞书宏在国际学术期刊Science, Nature Materials, Nature Nanotechnology, Science Adv., Nature Commun., Chem. Rev., Acc. Chem. Res., Chem. Soc. Rev., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater.等上发表通讯或第一作者论文430余篇,影响因子IF>10的SCI论文150篇。受邀在Chem. Rev., Acc. Chem. Res., Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., Nat. Sci. Rev., Nano Today, Mater. Today, Energy Enviro. Sci., Adv. Funct. Mater., Small, Top. Curr. Chem., J. Mater. Chem., MRS. Bull.等国际期刊上发表综述论文、特征论文和研究消息报道等三十五篇;受邀在美国Marcel Dekker, Inc.、John Wiley & Sons、CRC Press、Kluwer/Plenum、美国科学出版社等十八部英文专著中各撰写一章。被SCI论文引用35411次,H因子103,2014-2017年连续入选全球高被引科学家名录  
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 楼主| 发表于 2019-11-26 12:16 超大游击队员 | 显示全部楼层
人才培养
截至2017年,俞书宏一共培养了67名博士生、29名硕士生和10名博士后。其中1人获得得全国优秀博士论文、1人获得得全国优秀博士论文提名奖、8人获得得中国科学院百篇优秀博士论文、3人获得得安徽省优秀博士论文   。

2003年获得霍英东教育基金会第九届高等院校青年教师奖(研究类)一等奖。2012年度宝钢优秀教师奖、2012年度卢嘉锡科学教育基金会“卢嘉锡优秀导师奖”、2011-2013年度和2016-2017年度中国科学院优秀导师奖、2010-2016年度中国科学院“优秀研究生指导教师”奖、2011-2017年度中国科学院“朱李月华优秀教师”奖、2014年度“第九届杨亚基金-教育奖   。
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 楼主| 发表于 2019-11-26 12:17 超大游击队员 | 显示全部楼层
荣誉表彰
时间        奖项名称
2014年        中国科学技术大学杰出研究校长奖
2014年        汤森路透首届中国引文桂冠奖-高被引科学家奖
2012年        安徽省“优秀专家”
2011年        国务院特殊津贴
2010年        中国科学院先进工作者
2010年       
国际水热溶剂热协会(ISHA)的Roy-Somiya奖章
2010年       
英国皇家化学会《化学会评论》新科学家奖
2008年       
第四届中国化学会-德国巴斯夫公司青年知识创新奖
2007年       
第十届中国青年科技奖
2007年       
首届中国科大海外校友基金会杰出青年科学家成就奖
2007年       
上海交通大学名誉客座教授
2007年       
国家杰出青年基金获得得者终期评估优秀奖
2006年       
中国科学院“引进国外杰出人才”计划终期考评优秀奖
2006年       
中央七部委“新世纪百千万人才工程”国家级人选
2004年       
霍英东教育基金会第九届高等院校青年教师奖(研究类)一等奖
2004年       
安徽省青年科技奖
2003年       
德国马普学会胶体与界面研究所颁发的“Beauty in Science”奖
2000年       
第四届国际先进材料设计及软溶液合成研讨会青年研究学者奖,东京
2000年       
ISI评为1981-1998年的引文经典奖的中国47篇论文之一
1998年       
博士论文获得第十九届郭沫若奖
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 楼主| 发表于 2019-11-26 12:17 超大游击队员 | 显示全部楼层
人物评价 俞书宏领导的课题组在聚合物控制晶化与仿生材料、无机合成与制备、无机-有机复合材料、生物质转化制备新型碳纳米材料及应用等方面并取得多项创新性成果   。 (中国科学院评)
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