
新年伊始,春风再次吹绿了九龙湖校区。我校有序物质科学研究中心传来喜讯,付大伟博士等在熊仁根教授指导下通过长期对分子基铁电材料的设计、合成与性能研究,与美国华盛顿大学和福建物构所相关科研人员通力合作,在系统地分析晶体学数据库的基础上,发现了一个新型的绿色分子基铁电体二异丙胺溴盐(DIPAB)。
该研究成果于2013年1月25日发表在Science杂志上。
文章以我校为第一完成单位,熊仁根教授、付大伟博士分别为该文通讯作者之一和第一作者。同期Science杂志对该研究还作了特别点评。
一种全新的绿色分子基铁电体被发现
虽然1921年发现的第一个铁电体罗息盐就是分子基铁电体,却一直未有居里温度(Tc)和饱和极化(Ps)与钛酸钡接近的分子基铁电体的问世。
此次我校熊仁根教授课题组发现的分子基铁电体,具有明确的分子结构,居里温度高,饱和极化可与钛酸钡媲美。它克服了现在运用较广的ABO3型含铅陶瓷类铁电体在生产过程中的耗能和环境污染问题,成为一种令人振奋的分子型铁电晶体材料。同时,由于其环保性能好、有机部分多、柔韧性好、工作温度高等显著的优点,在未来可望取代现有的陶瓷铁电体,在热电感应、红外传感和铁电数据储存器等领域具有非常广泛的应用前景。
“尽管有机铁电体已有一百多年的历史,但至今尚无该类铁电体被证实具有与金属氧化物相当的性能。东南大学的熊仁根团队和华盛顿大学的李江宇教授致力于寻找具有高熔点的有机铁电材料。他们发现的新型有机铁电体DIPAB不但自发极化能与钛酸钡相媲美,且易从水溶液中结晶,使其易于获得并使用。”Chemical & Engineering News作了如是评价。
而在Science杂志的特邀评论中,则这样说到:“DIPAB的自发极化与钛酸钡相近,介电常数高于铁电聚合物,而其矫顽场为聚合物的百分之一,钛酸钡的一半,可很好地节约能源。DIPAB的性能大大胜过其他有机材料,已接近或者说达到了氧化物铁电体的水平。铁电相的稳定性与其优良性能的结合表明:具有易加工性和持续环保性等优点的DIPAB可能会在某些应用方面取代氧化物。此外,这一有机化合物具有突出的铁电行为、显著的压电现象和电致伸缩效应。近来,这三种性质已经在对生物学或生理学材料成分的局部观察中得到证实。因而,铁电耦合很可能是一些生物学过程的重要部分。在这种情况下,多功能的DIPAB也许将成为沟通氧化物和复合软材料内耦合的桥梁。”
有惊无险的投稿过程
这样一篇具有重大意义的文章,其投稿过程也别有一番意思。2012年下半年,熊仁根教授团队开始为投稿做准备了,一开始投稿就非常的顺利,顺利通过了一审、二审,Science的编审团队对熊教授团队的科研成果非常认同,只是要求他们在文章的措辞语法上进行简单的修改。就在熊教授的团队按照编审的要求修改完毕投出文章,等待最后确认的时候,Science的编审们却意外沉默了,一周、两周、一个月,整整两个月过去了。熊教授不能再淡定了,他主动联系了编审才知道,原来地球那一边位于纽约的Sci-ence总部,正在忍受着台风“桑迪”登陆的肆虐,办公大楼因此而停电停水,所有的工作也因此而停滞。所幸的是这次联系上以后,编审很快就给了熊教授最终的确认,大家悬着的心这才放了下来。
而关于这篇文章还有一个令熊仁根团队又惊又喜的小插曲。熊教授实验室自从1998年左右就开始关注分子基铁电体的研究,在长期的摸索中,他们慢慢积累着经验和成果,并于2011年发表了一篇同系列的中期研究成果的文章,而文章发表后不仅引起了专家们的关注更引起了波兰前辈同行的关注。他们根据熊教授课题组2011年已发表文章内容也作了相应的研究,并将研究成果向另一家杂志投稿,虽比熊教授晚投五天,却早熊教授的文章几天被接受。他们在该文章中报道了与熊教授课题组在Science中报道的同样的化合物。
所幸的是,对方虽然对物质结构、相变和铁电性进行了表征和研究,但研究工作并没有熊教授课题组深入。从另一个角度来说,熊教授笑称自己是Lucky的,因为让专家们去验证研究成果往往是件费事、费力又非常不容易的事情,而波兰同行的文章却力证了熊教授实验成果的真实可靠。
七年东大路,硕果累累
回首七年东大路,谈到做科研的辛苦,熊教授总会自嘲地摸摸自己的脑袋,他说这脑袋上的头发最能证明一切的。七年前刚到东大来的时候,照片里的熊教授满头黑发非常浓密,如今却能看见星星点点的白发掺杂其中,并且稀疏了很多。当记者问道,是何种精神力量支撑他努力科研勤奋工作?熊教授指着身后墙上悬挂着的一副书法题字:“子曰:知之者不如好之者,好之者不如乐之者。不畏艰险以探求知识为乐者可以得到灵感。”这是著名的物理化学家、中国科学院吴新涛院士勉励他的字句。他说这是最能代表自己心声的一段话,只是因为太喜欢科研了。
理想与现实是不能各自单飞的,熊教授他发自内心地说,自己是带着对科研的一腔热血来到东大的,东大对他真的很好,学校领导给了他们很大的帮助。目前有序物质科学研究中心的建设已经初具规模:大型实验仪器:核磁共振、电喷雾质谱仪、CCD单晶X射线衍射仪、多晶XRD衍射仪、低温磁场介电仪、铁电-压电测试系统以及一些常规的辅助设备如旋光、红外、紫外、荧光和液相色谱等,一台台先进的仪器设备为熊教授科研的理想打造了较高的设施平台。
而一支由熊仁根教授带领的科研团队也在朝气蓬勃地成长着。他们的平均年龄不到40岁,绝大多数具有海外学习或工作背景。他们中有人成为国家杰出青年科学基金的资助对象、成为兄弟院校高薪竞聘的青年教授,而更有大批量的学生从这里走向了世界顶级大学的各个实验室。
自加盟东大至今,熊教授科研课题组主导和参与发表的文章已经不计其数,其中在一级以上会志上发表的科研成果文章就近20篇。有序物质科学研究中心成员在过去几年中,承担了多项国家自然科学基金委青年、面上、重点、重大等项目,都出色地完成了科研工作,分子基铁电体研究领域的相关成果还入选了《国家自然科学基金资助项目优秀成果选编》。鉴于熊教授团队在分子基铁电体领域的出色研究,今年熊教授团队新获国家自然科学基金重大项目400万的资助。
如今在资金、人才、成果等各方面有序物质科学研究中心平台的搭建都已经颇具规模,然而在熊教授眼中,这一切只是一个开端,这只是万里长征踏出了第一步。在科学的道路上,熊教授笑称,也许10多年后再相见,自己可能已经没有头发了,而科研也许也只是才走了第二步而已。因为就现在研究的分子基铁电体而言,还面临许多挑战,有许多未知需要探索,还有很多研究需要深入和完善。
他说,我们只是想找出一点经验和规律,让后人再做该领域研究时不再盲目地寻找。科研不是一代人的事情,是世代沿袭。
信奉知识就是力量
著名的经验主义心理学思想家弗兰西斯·培根曾经说过:“知识就是力量”,这是熊教授一直信奉的真理。熊教授对此有着自己的心得与见解。他认为,知识肯定是力量,只有学到了正经的知识才能等同于前(钱)途,但同学们需要认识到老师在课堂上教授的只是常识,这些在课堂上学到的常识,需要同学们经过思维、理解、消化、吸收才能上升为知识,就好像牛吃草到肚子里只有经过反刍才能完全消化吸收。
求贤若渴,是每个行业、一位科学人永恒的追求,熊教授也不例外。他说,真正的学问是需要静下心来认认真真去做的,化学也是如此,需要静下心来、耐得住寂寞。他热切地呼吁有志气于静心做学问的在化学、材料、数学、电子、信息等方面有专长的有志青年加盟。
习近平总书记在中央党校2013年的春节开学典礼上指出:“有人研究过,18世纪以前,知识更新速度为90年左右翻一番;20世纪90年代以来,知识更新加速到3至5年翻一番。近50年来,人类社会创造的知识比过去3000年的总和还要多。到了知识经济时代,一个人必须学习一辈子,才能跟上时代前进的脚步。”熊教授也深感如此,他说,当今社会科学发展太快,各种新知识、新情况、新事物层出不穷。大学尤其是科研一线的教师一定要快速地、及时地更新自己的知识。教师在一个月内不在科学杂志上浏览、不进行知识更新就会落伍。
有序物质科学研究中心的长廊上挂着许多楹联,它们记载着熊仁根教授对自己和师生们的鼓励,他希望不管是老师还是学生都要及时更新自己的学识,学无止境。