【美丽成电·创新之美】90后博士生让“水往高处流”!

文:成都日报·锦观新闻 校新闻网 图: / 来源:新闻中心 社会媒体 / 2019-08-08 / 点击量:1904

  “问君能有几多愁?恰似一江春水向东流。”自古以来,“水往低处流”是存在于自然界再正常不过的普遍现象,通常认为,这是由于受到重力的作用,使水的重力势能转化为动能而向下运动所致。而“水能往高处走”这种说法则只能被看成是在影视剧中出现的“神鬼”之术。

  近日,电子科技大学科研团队成功打破了“水往低处流”这一恒古不变的自然现象,解密“水能往高处走”的奥秘。据悉,此项技术可用于集水器,有助于解决干旱地区人们生产生活所需的用水问题,也可以运用于手机、电脑等芯片散热。

  没错,这不是痴人说梦——日前,我校邓旭教授与香港城市大学王钻开教授、德国马克斯-普朗克高分子研究所的Hans-Jürgen Butt教授合作,实现了“水能往高处走”——在不依靠外部能量供给情况下液滴的快速长距离自驱动传输,液滴甚至能从超疏水表面下端垂直向上迅速爬升。

  该题为“表面电荷打印用于程序化液滴传输”的这一材料科学领域的研究成果还发表在了国际顶级学术期刊《自然》子刊《自然–材料》(2018年影响因子39.235)上,这也是我校首次以第一单位在该《自然–材料》期刊发表论文。而该研究论文第一作者为基础与前沿研究院90后博士生孙强强。

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  这篇论文“牛”在哪里?成功的背后又付出了哪些不懈努力?一路走来,这个学术90后经历了哪些“奇迹”?8月7日,记者独家采访了论文的第一作者孙强强,感到了这个90后年轻人对所学专业的热爱与执着。

首次引入电荷梯度传输液滴 

或将用于手机等芯片散热

  在基础与前沿研究院,最近有一位90后“让大家吃惊”,他叫孙强强,目前是博士三年级学生。7月22日,一篇题为“表面电荷打印用于程序化液滴传输”的研究论文发表在了国际知名学术期刊《自然》子刊《自然–材料》上,论文的第一作者正是孙强强。

  “以前没有任何一种方法让水滴超快超长距离传输,我们这项研究成果使得表面电荷梯度引起水滴自运输,还能抵抗重力,继而实现了‘水往高处走’的景象。”当日上午,在位于沙河校区的胶体与智能界面研究中心里,头戴护眼镜、左手拿着某化学液、右手握着移液枪的孙强强正现场向记者演示着移取反应液的全过程,“这一步骤,也是此项研究成果的核心所在之一。”对于“表面电荷打印用于程序化液滴传输”这一研究课题,属于时下热门的材料科学领域。“水在超疏水表面会因为重力的作用而向下运动,比如荷叶上的水滴,会随着外力或重力的作用而发生无规则或者向下运动。为了实现在超疏水表面上液滴的自发定向输运,甚至能克服重力从下往高处运动,是个悬而未决的挑战,这也成为了这项研究所要攻克的目标。”

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  “该论文第一次引入电荷梯度的概念,即表面电荷密度梯度,通过控制撞击高度的连续变化,打印出具有表面电荷密度梯度的特定路径,进而引导水滴的自推进,成功地实现了液滴的快速、长程、无损失传输,并成功抵抗重力。”据孙强强介绍,作为一项基础性的技术,将在众多领域产生影响,从而改变人们的生产生活。“比如该技术可用于集水器,在干旱地区,可以从空气或雾气中收集水分——通过该项技术可以将传输液化的水滴,达到收集的目的,从而提高集水的效率,或将解决水资源紧缺地区缺水的难题,满足人们生产生活所需的用水问题;再如,像手机、电脑等处理器的散热处理往往涉及内部液滴的相转变,尤其是高端芯片,散热是个很大的问题。在芯片内部封装的液体蒸发实现降温,在另一端冷凝实现液体的循环利用,而在冷端到热端涉及液滴的传输,借助此项技术可以提升其液滴传输的效率,有利于提高芯片散热效率。”

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▲由可印刷的表面电荷密度梯度介导的液滴输运

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▲无枪头式移液枪的设计应用

潜心钻研两年半 

过程是对意志和身体素质的考验

  90后博士生在国际最顶级材料学术期刊上发论文,让同行瞩目。可是他的科研之路,并非都是平坦顺当。据孙强强介绍,近年来自己主要就是在做“表面电荷打印用于程序化液滴传输”这一材料科学领域的研究,这项课题从开始发现现象到最后文章发表,历时两年半。期间经历实验探索与设计,数据分析,文章写作、修改、投稿的漫长过程。“在实验探索阶段,经常发现一些新奇而又无法解释的现象,着实让人困惑,面对这样的问题,只能反复实验,仔细观察实验现象,加强理论学习,小心求证。在对实验现象有了较深入理解后,还要对其进行进一步设计,由于研究的课题没有文献可以直接参考,多数时候只能靠自己在实验室不断尝试,去获得新的东西,这个过程是对意志和身体素质的考验。”

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  同样的考验一直延续到投稿阶段,面对审稿人大量而又尖锐的问题,孙强强只能选择冷静、踏踏实实地去回答,由于要赶时间,他牺牲掉了春节和国庆假期。“当然,在回答完审稿人意见后,我发现这篇文章质量明显得到了提高。”孙强强说,“总的来说,科学研究的过程是艰辛而漫长的,不仅要求自己对科学敏锐的嗅觉,还要求自身拥有坚韧的意志和强健的体魄。”

  “搞基础研究,一定要有慢工出细活的心态。”孙强强认为,“要是没有这些基础扎实的测试结果,研究成果也很难被《自然–材料》认可。花费两年半潜心研究,有幸登上《自然–材料》,常人会觉得实在太折腾,但是对慢性子的我,却是乐在其中。”

一路结缘化学材料领域 

走出实验室的他涉足各球类运动

  “从本科到硕士,再到博士,我一路与化学材料领域结缘。”1991年出生的孙强强文质彬彬,讲起话来慢条斯理,本科(材料化学)和硕士(物理化学)先后就读于西南大学的他,2016年9月来到电子科技大学攻读博士,是该校基础与前沿研究院最年轻的博士生之一。

  可别以为28岁就发表论文登上《自然–材料》的博士,一定是大家眼中“整天搞研究”的科研狂人。“读博期间,除了科研,当然也还有生活。”孙强强的日常生活还是蛮丰富的,除了在实验室,他的身影也出现在运动场,出现在大街小巷。“专注科研,享受生活都是我追求的理念。”和大多小伙一样,最喜欢踢足球的他,偶像是梅西。除了足球,偶尔打打网球、羽毛球和篮球,健身房的挥汗如雨也能让孙强强消除疲惫、释放活力。“周末也经常陪女朋友逛街、看电影、享受美食,去发现实验室以外的新奇和生活的美好。”

  相比说起自己的爱好,孙强强谈起科研来显得更加来劲。“这个研究工作暂告一段落,再回首,收获与感激并存。付出了时间和精力,收获了知识与经验。感激导师的精心指导和期间帮助过我的老师、同学,也感谢生活中陪伴我的亲友,是他们给我动力。”他告诉记者,接下来还要在材料科学领域精耕细作,希望可以为这一领域的发展贡献自己的绵薄之力。“‘路漫漫其修远兮,吾将上下而求索’,这条路走起来将会很难,但是我认为值得。”


  作者简介

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  孙强强,基础与前沿研究院2016级材料科学与工程专业博士研究生,其主要研究内容为材料界面性质,包括界面浸润性、表面电荷及与液体的相互作用。在Nature Materials、Advanced Materials、Nanotechnology等期刊发表论文13篇(一作5篇),申请国家发明专利3项。

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  邓旭,电子科技大学基础与前沿研究院教授。2015年入选国家青年特聘专家。马普中德联合界面材料伙伴小组组长。主要从事胶体界面、物理化学、仿生材料等相关研究。承担国际合作专项、国家自然科学基金项目多项,申请欧洲国家发明专利3项,美国发明专利2项。研究成果在Science, Nature Materials, PNAS, Nature communication, Physical Review Letter等国际著名杂志发表文章40余篇。他的科研成果被 Nature Nanotechnology,Nature Physics,MIT Technology Review 等多次作为专题报道。 

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▲胶体与智能界面团队


编辑:李果  / 审核:李果  / 发布者:陈伟