本刊記者 劉之靈 徐芳芳

循序漸進(jìn)求知路 納米仿生探索人
——華南理工大學(xué)鄧文禮教授的奮斗歷程側(cè)記

本刊記者 劉之靈 徐芳芳

2003年鄧文禮與白春禮院士在美國西雅圖合影

1995年7月26日, 中國科協(xié)第二屆青年學(xué)術(shù)年會在北京人們大會堂隆重開幕, 當(dāng)年身為電子科技大學(xué)博士研究生的鄧文禮參加了年會, 在大會開幕之前與所有參會代表一起受到黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人江澤民、胡錦濤、溫家寶等領(lǐng)導(dǎo)的親切接見并合影留念,那次盛會給鄧文禮的印象終生難忘, 在他的辦公室至今還懸掛著當(dāng)年合影的巨幅照片。

鄧文禮, 1963年10月生于四川省云陽縣(現(xiàn)屬重慶市)的一個鄉(xiāng)村家庭, 現(xiàn)任華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，納米技術(shù)和分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及納米材料和表面工程研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。

他是如何從普通的農(nóng)家子弟，懷揣兒時成為老師的夢想，在工作中繼續(xù)學(xué)習(xí)求知，如何連續(xù)攻讀碩士、博士、博士后，然后留學(xué)日美，并最終成為納米材料領(lǐng)域的領(lǐng)軍人呢？是什么力量能夠支撐他一直保持如此高的熱忱和斗志？回顧他一路走來的汗水和光環(huán)，也許就可以找到答案。

兒時的夢想——成為誨人不倦的優(yōu)秀老師

1981年, 17歲的鄧文禮從鄉(xiāng)村中學(xué)考入四川省萬縣高等師范?？茖W(xué)校(現(xiàn)重慶三峽學(xué)院), 化學(xué)是他最喜歡的專業(yè), 當(dāng)老師是他兒時的夢想。鄧文禮的祖輩和父輩都是農(nóng)民,家處偏僻和經(jīng)濟(jì)相對落后的鄉(xiāng)村,雖然父母都沒有上過學(xué)、沒有文化,但父母經(jīng)常給他講當(dāng)老師是多么的好,他從小在父母的教育和影響下,喜歡老師,高考填報志愿時選擇了師范院校。

在四川省萬縣高等師范專科學(xué)校的三年期間, 他學(xué)習(xí)了化學(xué)專業(yè)的所有主干課程, 而且對每門化學(xué)專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)相當(dāng)重視, 另外他還重視教育學(xué)和心理學(xué)等課程。同學(xué)給他的評價是“斯斯文文, 少言語, 但偶爾一言發(fā)出,四座皆驚, 有‘教授’之稱”，這似乎預(yù)示著他將會踏上一條科研創(chuàng)新探索之路。

1984年鄧文禮畢業(yè)時被分配回到母?！脐柨h江口中學(xué)擔(dān)任化學(xué)教師。任教期間, 鄧文禮對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、兢兢業(yè)業(yè),教學(xué)效果好,深受學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、學(xué)生和學(xué)生家長的好評, 所擔(dān)任教學(xué)班連續(xù)三年在四川省全省初中畢業(yè)會考、高中招生和中專預(yù)選三結(jié)合考試中平均成績名列全縣前列,每個年級的教學(xué)班都有多名學(xué)生的化學(xué)課考試成績?yōu)闈M分100分。在中學(xué)的5年教學(xué)工作中,他自始至終盡職盡責(zé),既嚴(yán)格要求自己,又對學(xué)生高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求,并嘗試進(jìn)行課堂教學(xué)改革,收到了良好的效果。

2005年鄧文禮與姚熹院士的合影

工作中繼續(xù)求知——用心攻讀碩士博士

在教學(xué)工作之余,他充分利用時間有計劃和系統(tǒng)地復(fù)習(xí)大學(xué)化學(xué)專業(yè)的各門主干課程以及英語和政治課程,并于1989年考取四川大學(xué)有機(jī)化學(xué)專業(yè)的碩士研究生,在單書香教授的指導(dǎo)下從事天然產(chǎn)物和精細(xì)有機(jī)化學(xué)合成。在攻讀碩士學(xué)位期間,鄧文禮對科研工作就有濃厚的興趣,在實(shí)驗(yàn)工作中十分投入，所取得的研究結(jié)果分別在《有機(jī)化學(xué)》1993、《結(jié)構(gòu)化學(xué)》1993和《化學(xué)研究與應(yīng)用》1992等雜志發(fā)表論文4篇。

1992年7月鄧文禮獲得碩士學(xué)位后又報考電子科技大學(xué)的博士研究生, 導(dǎo)師是中國科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)的姚熹教授, 副導(dǎo)師是電子科技大學(xué)的楊大本教授。1993年,在電子科技大學(xué)開展分子自組裝研究工作的實(shí)驗(yàn)條件相當(dāng)簡陋, 沒有掃描探針顯微鏡(SPM),實(shí)驗(yàn)中用到的Au(111)薄膜基底材料還得去重慶永川的44研究所制備,所在實(shí)驗(yàn)室用于分析表征分子膜樣品的接觸角測量儀和橢圓偏振儀都沒有。盡管條件簡陋,可鄧文禮已經(jīng)充分了解到分子自組裝研究課題很有發(fā)展前景,國內(nèi)研究也才剛剛起步,只要克服困難,仍然可以做出象樣的工作。另外,剛?cè)雽W(xué)不久,姚熹院士專程從西安交大到電子科技大學(xué)為學(xué)院老師和博士生作了一次專題學(xué)術(shù)報告,姚老師根據(jù)他自己在美國的科研經(jīng)歷,要求他在電子科技大學(xué)的博士生和聽報告的青年教師熱愛科研工作。他對待科學(xué)研究的態(tài)度是:“不做則罷,要做就要做到最好,做到世界第一”。

姚老師的那次報告給鄧文禮的啟發(fā)和影響相當(dāng)大,他在完成博士學(xué)位論文課題時克服了種種困難,仔細(xì)回想他的學(xué)位論文實(shí)驗(yàn)工作有80%是在校外完成的,有一半的工作是在成都以外的地區(qū)如北京、重慶市和重慶永川等地進(jìn)行,他經(jīng)?；氐剿拇ù髮W(xué)利用分析測試中心的大型儀器設(shè)備如X-射線光電子能譜、掃描電子顯微鏡、X-射線四園衍射儀、質(zhì)譜、核磁共振儀等。為了學(xué)位論文的高質(zhì)量完成,鄧文禮在1994年和1995年兩次從成都到北京進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作,每次都得花半個月時間,分別到中國科學(xué)院化學(xué)研究所、北京大學(xué)、中國科學(xué)院電子學(xué)研究所分析測試自組裝分子膜樣品的微觀結(jié)構(gòu)、薄膜厚度、表面潤濕性等。在校外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中,鄧文禮結(jié)識了一些學(xué)術(shù)界的前輩如中國科學(xué)院的白春禮研究員、北京大學(xué)的蔡生明教授和劉忠范教授等。鄧文禮后來又成為白春禮研究員在中國科學(xué)院化學(xué)研究所的博士后。

鄧文禮在電子科技大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間,為出色完成學(xué)位論文,他克服了種種困難,由于經(jīng)常到校外或者外地做實(shí)驗(yàn), 當(dāng)時學(xué)院的另一位老師陳艾教授給他取了一個外號叫“流浪科學(xué)家”。每當(dāng)鄧文禮向楊老師匯報實(shí)驗(yàn)條件上的不足時,楊大本教授經(jīng)?；卮鸬囊痪湓捠恰坝龅降睦щy越多,取得的進(jìn)步越大”,楊老師的這句話對鄧文禮后來的事業(yè)發(fā)展有很大的影響作用。鄧文禮用了不到三年的時間就完成了博士學(xué)位論文, 學(xué)位論文工作先后在《中國科學(xué)》B集、《化學(xué)物理學(xué)報》等雜志發(fā)表系列論文,在IEEE的多次國際會議交流了研究結(jié)果。在讀期間, 分別在1994年和1995年獲得電子科技大學(xué)“賽格”和“長城”特別獎學(xué)金。

進(jìn)一步充實(shí)提高——進(jìn)博士后站深造

早在1994年, 鄧文禮從成都專程到北京做博士論文的相關(guān)實(shí)驗(yàn), 他征得白春禮研究員的同意, 在中國科學(xué)院化學(xué)研究所STM實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了為期兩個星期的實(shí)驗(yàn), 利用掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡觀察硫醇分子在Au(111)表面的自組裝分子膜的微觀結(jié)構(gòu), 獲得了預(yù)期的結(jié)果。

從1996年1月，鄧文禮在中國科學(xué)院化學(xué)研究所進(jìn)行博士后研究，在STM實(shí)驗(yàn)室, 合作導(dǎo)師白春禮經(jīng)常給實(shí)驗(yàn)室成員介紹國際國內(nèi)的最新研究進(jìn)展, 特別是納米科技和掃描探針顯微技術(shù)方面的最新研究成果, 白老師對博士后的工作有嚴(yán)格的要求, 研究課題必須具有創(chuàng)新性,通過完成課題必須提高博士后的研究水平和科研工作能力, 同時要求博士后要參與國際國內(nèi)學(xué)術(shù)競爭。鄧文禮的博士后研究工作主要圍繞掃描探針技術(shù)和分子組裝與納米構(gòu)筑, 這兩方面的課題在國際國內(nèi)都是研究熱點(diǎn), 鄧文禮正好利用攻讀博士學(xué)位期間在分子自組裝方面奠定的基礎(chǔ),把實(shí)驗(yàn)室在掃描探針技術(shù)方面的優(yōu)勢充分利用起來。

鄧文禮現(xiàn)在回想在博士后期間所完成的一個較滿意的工作是利用烷基二硫醇雙功能團(tuán)鏈形分子在固態(tài)表面進(jìn)行分子組裝,將形成的單層分子膜再進(jìn)行表面化學(xué)修飾, 最終形成多層異質(zhì)納米結(jié)構(gòu), 在這類納米構(gòu)筑過程中雙功能基鏈形分子起到橋梁作用,因而提出了“分子橋”概念,研究結(jié)果在Applied Physics A等雜志發(fā)表, 論文發(fā)表后引起了同行的廣泛關(guān)注。

進(jìn)入博士后流動站, 鄧文禮覺得更要努力提高自身的學(xué)術(shù)水平和科研工作能力, 要增長學(xué)術(shù)見識, 更要有國際學(xué)術(shù)視野。另外,他認(rèn)為自己僅在國內(nèi)接受教育,所有學(xué)位都是在國內(nèi)獲得,應(yīng)該有國外的研究工作經(jīng)歷, 應(yīng)該接受具有國際水準(zhǔn)的檢驗(yàn), 應(yīng)該參與國際學(xué)術(shù)競爭。在當(dāng)時年代, 大多數(shù)想出國的人首選美國, 其次選西歐、加拿大和澳大利亞,再才選日本、新加坡等亞洲國家, 他也跟其他人的愿望一樣?？稍诼?lián)系的過程中,日本國立材料科學(xué)研究所(NIMS)最先同意接受,他抱著去日本看一看的心態(tài),于1998年9月從北京去到日本筑波科學(xué)城。

增長見識和接受檢驗(yàn)——留學(xué)日美拓展視野

從到日本的第一天開始, 他對日本的印象非常好，特別是所去實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備相當(dāng)齊全。去日本之前, 懷著看一看的心情,可去了之后一看就是四年。日本的NIMS可算得上具有世界水平的研究所, 鄧文禮在這個研究所進(jìn)行的研究課題是在超高真空條件下觀察有機(jī)共軛分子在固態(tài)表面的吸附組裝以及單個分子在電場作用下的電-光轉(zhuǎn)換特性,在1998年代這種研究課題只有美國和歐洲以及日本的少數(shù)幾個實(shí)驗(yàn)室可以開展。鄧文禮與實(shí)驗(yàn)室的日本研究人員組成一個課題小組,研究有機(jī)金屬卟啉分子在Cu(100)表面的吸附組裝,在超高真空條件下利用隧道電子誘導(dǎo)分子發(fā)光,探索單分子在電場作用下的電-光轉(zhuǎn)換特性,他們在J. Chem. Phys., Surface Science等國際刊物發(fā)表了系列論文, 研究工作受到了同行的廣泛關(guān)注。

2002年8月,鄧文禮從日本到華盛頓州立大學(xué), 與Kerry W. Hipps教授合作,繼續(xù)從事分子科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性研究,同樣在超高真空條件下研究金屬卟啉衍生物分子在Au(111)表面的組裝構(gòu)筑, 以單層分子膜為介質(zhì), 考察掃描隧道顯微學(xué)中針尖與樣品的分離, 尋求針尖與樣品的距離變化隨隧道電流和樣品偏壓改變的依賴關(guān)系, 測試了研究體系的軌道媒介隧道譜, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果在J. Phys. Chem. B發(fā)表, 研究工作被論文評審專家評價為對掃描隧道顯微學(xué)的一個新的重要的貢獻(xiàn), 論文發(fā)表后被多次引用。

鄧文禮在日本和美國的六年時間內(nèi), 增長了許多見識，拓展了研究視野，親自體會和感受了日本和美國的科學(xué)研究氛圍, 了解到日本和美國的科學(xué)家如何踏踏實(shí)實(shí)地進(jìn)行研究工作, 另外還了解學(xué)習(xí)了日本和美國的多元文化。在鄧文禮看來, 能夠到日本和美國的高水平實(shí)驗(yàn)室參加研究工作, 從一個側(cè)面反映在中國本土接受教育和獲得學(xué)位的人具有一定的研究水平和科研工作能力。換言之, 出國是對中國本土培養(yǎng)出的人才的檢驗(yàn)。

一切從零開始的心態(tài)——納米材料領(lǐng)域領(lǐng)軍人

2004年5月, 鄧文禮從華盛頓州立大學(xué)回到廣州, 被華南理工大學(xué)以高層次人才引進(jìn)并聘為教授, 同年12月被評為博士生導(dǎo)師。他從6月2日起在材料科學(xué)與工程學(xué)院開始新的工作。加入華南理工以后, 盡管學(xué)校和學(xué)院都提供了一定的支持, 但一切都得從零開始。從此，華南理工大學(xué)的納米技術(shù)和分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室開始組建并發(fā)展壯大, 兩年后實(shí)驗(yàn)室成員增加到包括博士后、博士生、碩士生和外國訪問學(xué)者在內(nèi)的12人小組, 2009年實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展到包括教師7人和流動人員25人的研究集體。實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)的研究工作涉及基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)兩大塊, 研究課題方向主要有分子設(shè)計組裝構(gòu)筑、納米仿生制造、金屬材料表面功能化。

鄧文禮回國后的研究課題必須根據(jù)自己的專長和研究條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整, 繼續(xù)開展分子組裝和納米構(gòu)筑, 設(shè)計合成具有特定結(jié)構(gòu)和性能的有機(jī)分子，借助大氣環(huán)境條件的掃描探針顯微鏡觀察合成分子在固態(tài)表面的自組裝結(jié)構(gòu)，通過外界條件的改變調(diào)控納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。在三年多時間內(nèi)這個課題方向的工作已經(jīng)在Chem. Commun., J.Phys. Chem. B, ChemPhysChem等國際刊物發(fā)表了一系列研究論文, 尤其是最近在主-客體納米構(gòu)筑和光開關(guān)方面的STM研究工作取得了顯著的進(jìn)展。他們的工作在2008年和2010年的兩屆全國掃描隧道顯微學(xué)學(xué)術(shù)會議都被大會特邀報告, 在2010年北京國際真空大會(IVC-18)等國際會議的分會上也報告了他們的部分研究結(jié)果。

在2005年鄧文禮開始關(guān)注國際上已經(jīng)廣泛開展的納米仿生研究, 對爬行動物壁虎的仿生學(xué)研究頗有興趣, 對攀沿植物爬山虎吸盤的粘附更是情有獨(dú)鐘。他率先提出了研究攀沿植物爬山虎吸盤粘附作用的新策略，從材料科學(xué)與工程、納米仿生、化學(xué)生物學(xué)以及基因組學(xué)等視角重新審視爬山虎吸盤及其粘附作用, 并且親自進(jìn)行了許多重要的初步實(shí)驗(yàn)和顯微學(xué)觀察。他首次測量了單個吸盤的質(zhì)量、粘附接觸面積、粘附力、粘附強(qiáng)度，系統(tǒng)地觀察了吸盤的微結(jié)構(gòu)，提出了信號隧道新概念，從細(xì)胞和分子層次分析吸盤具有粘附作用的機(jī)理。實(shí)驗(yàn)研究初步結(jié)果在Nature Precedings (2008, 1, 15)網(wǎng)站公開，隨后《自然科學(xué)進(jìn)展》（2008）和Pure &Applied Chemistry (2010) 雜志發(fā)表了他們的部分結(jié)果。目前, 課題小組在吸盤的化學(xué)組分分離與組分結(jié)構(gòu)測定、金屬元素種類及其含量、仿吸盤結(jié)構(gòu)制造及其表面功能化與粘附作用等方面都取得了新進(jìn)展。研究小組還打算聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)優(yōu)勢實(shí)驗(yàn)室從化學(xué)生物學(xué)以及基因組學(xué)方面進(jìn)行系統(tǒng)探索。

鄧文禮每當(dāng)回想當(dāng)初開展爬山虎吸盤粘附作用的研究時就有諸多感慨,一是研究經(jīng)費(fèi)奇缺, 二是研究條件不足, 而且研究課題本身具有相當(dāng)大的難度, 要想取得一定的進(jìn)展必須克服許多困難,“遇到的困難越多,取得的進(jìn)步越大”，這種信念鼓舞著他克服種種困難，仍然堅(jiān)持探索。

鄧文禮教授是一位對工作執(zhí)著追求、做事嚴(yán)謹(jǐn)、為人正直的人, 工作上表現(xiàn)出精力充沛、樂觀向上、不畏艱難。他自己認(rèn)為, 工作和事業(yè)始終都有壓力, 但又有源源不斷的動力。鄧文禮目前正帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)和學(xué)生在分子設(shè)計合成和組裝構(gòu)筑課題方向進(jìn)行系統(tǒng)深入的創(chuàng)新探索, 相信鄧教授及其領(lǐng)軍的團(tuán)隊(duì)一定會沿著循序漸進(jìn)之路執(zhí)著前行，并將產(chǎn)生更多更好的研究成果。

鄧文禮研究小組的部分成員