于曉杰

軟物質(zhì)，也被稱為復(fù)雜流體，其涵蓋面非常廣，日常生活的牛奶、蜂蜜，自然界中的云、霧，都是常見的軟物質(zhì)；人體中的細胞膜、血液、皮膚等，也均可劃入軟物質(zhì)的范疇。自1991年法國物理學(xué)家de Gennes在其諾貝爾演講辭中首次提出“軟物質(zhì)”概念以來，軟物質(zhì)研究迅速成為物理、化學(xué)、材料、生物、力學(xué)等諸多領(lǐng)域爭相研究的熱點。

臧渡洋，西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用物理系副教授，目前，他主要的研究正是圍繞軟物質(zhì)的相變及力學(xué)問題展開的……

從名師 行新途

西安，陜西省的中心，中國古都之首。在這里，西北工業(yè)大學(xué)為國家孕育了一代又一代的新生力量，而臧渡洋就是其中之一?！拔覠釔畚业哪感＃业哪感Ｔ诤娇?、航天和航海領(lǐng)域都有比較大的影響力，具有‘三航特色，另外它還有很深的歷史文化積淀?！睆?999年到2009年，他在這里從一名本科生成長為一名博士。

回顧過往，臧渡洋最想感謝的就是他的導(dǎo)師魏炳波院士，“我開始是材料專業(yè)的，自研究生時期跟隨魏老師學(xué)習(xí)后，才開始了應(yīng)用物理領(lǐng)域的研究，魏老師是我的引路人，對我的影響很深?！蔽豪蠋熃?jīng)常鼓勵學(xué)生們?nèi)ズＭ鈱W(xué)習(xí)，他的話至今還留在臧渡洋的腦海里，“去國外留學(xué)，不能只看到外國的月亮比中國圓，而要看看他們哪方面圓，哪方面扁。另外，不能只跟蹤、學(xué)習(xí)國外的東西，要創(chuàng)新，要提出原創(chuàng)性的命題，讓外國人去做解題者！”

2006年，在魏老師的指引和推薦下，臧渡洋作為中法聯(lián)合培養(yǎng)博士生，來到巴黎第十一大學(xué)學(xué)習(xí)。“這段經(jīng)歷讓我很受益，既開闊了我的國際視野，又讓我在不同的課題組經(jīng)歷了多元化的訓(xùn)練，同時讓我接觸了更大的學(xué)術(shù)圈子?！被叵肫鹪诜▏魧W(xué)的日子，臧渡洋非常感謝他的合作導(dǎo)師DominiqueLangevin教授：一位和藹可親的老太太、世界女科學(xué)家成就獎獲得者?！霸贒ominique的幫助下，我逐漸對軟物質(zhì)這個領(lǐng)域有了一定了解，并慢慢做出了點成績”臧渡洋說。

出國之前，臧渡洋在多元合金的深過冷及其快速凝固方面做了一些工作，這為他日后的科研生涯打下了堅實的基礎(chǔ)?！霸谖豪蠋煹闹笇?dǎo)下，我采用熔融玻璃凈化法實現(xiàn)了Co₄₅Cu₄₅Ni₁₀合金465K的深過冷，發(fā)現(xiàn)液態(tài)合金在臨界過冷度344K時發(fā)生液相分離。同時，枝晶生長速度與過冷度的關(guān)系，也在該臨界過冷度前后發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變。”此外，他還發(fā)現(xiàn)第二相L₂液滴對凝固前沿的拖曳作用，以及液相分離后的偏晶轉(zhuǎn)變對凝固速度在大過冷度范圍的下降趨勢起主要作用。相關(guān)的研究結(jié)果發(fā)表在AppPhys.A?！斑@些研究，加深了我對相變本身的理解。盡管我現(xiàn)在關(guān)注得更多的是軟物質(zhì)體系，但恰恰是魏老師幫我打下的材料相變方面的基礎(chǔ)，使我更容易抓住軟物質(zhì)復(fù)雜體系的相變問題，不同的是軟物質(zhì)中熵的作用更大、動力學(xué)效應(yīng)更顯著?！?/p>

回國后，臧渡洋于2009年拿到了巴黎十一大的博士學(xué)位，并留在了母校西工大任教。期間，他曾到法國蒙彼利埃第二大學(xué)和英國愛丁堡大學(xué)進行學(xué)術(shù)訪問。逐漸地，臧渡洋在科研路上成熟了起來，至今為止，他已經(jīng)承擔(dān)了多個重要的科研項目，收獲了一系列的成果。

水-油/顆粒體系乳液與納米顆粒膜性質(zhì)是臧渡洋的另一個關(guān)注點?！拔覀兝盟?甲苯/SiO₂納米顆粒體系制備了穩(wěn)定的Pickering乳液，對乳液類型、第二相L₂液滴尺寸變化規(guī)律，以及乳液反相機制進行了系統(tǒng)的研究?！弊詈?，他發(fā)現(xiàn)分散相液滴尺寸隨剪切速率增大而逐漸減小。相關(guān)的研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表于Sob Matter。同時，臧渡洋系統(tǒng)研究了納米顆粒潤濕性對單層膜表面壓各向異性、歷史依賴性、滯后效應(yīng)以及流變特性的影響規(guī)律，闡明了顆粒膜性質(zhì)與泡沫穩(wěn)定性的關(guān)系；發(fā)現(xiàn)了納米顆粒單層膜的結(jié)構(gòu)弛豫現(xiàn)象，確定了其本征弛豫時間，給出了SiO₂納米顆粒單層膜結(jié)構(gòu)弛豫的物理解釋。相關(guān)的研究結(jié)果發(fā)表在Phys Rev.E. EurPhys.J.E等著名期刊上。

合金和軟物質(zhì)屬于完全不同的兩個領(lǐng)域，看似風(fēng)馬牛不相及，但它們的相變卻有著很多相似性，甚至在臧渡洋的眼里，合金與軟物質(zhì)有著完美的統(tǒng)一性。“對不同的體系進行研究，就是要更好地挖掘物質(zhì)相變的共性規(guī)律，為研發(fā)新材料服務(wù)。”臧渡洋如是說。

“聲”控液滴

“魏炳波老師經(jīng)常鼓勵我要開辟自己的方向，建立自己的團隊，他告訴我，搞科研要有‘創(chuàng)業(yè)精神。”在老師的指引下，臧渡洋建立了功能軟物質(zhì)與材料課題組。目前，團隊一共有10余人，其中有兩名教授，3名年輕教師，“我們基本都是來自不同的專業(yè)，但是我們志同道合，都想圍繞軟物質(zhì)與復(fù)雜材料做研究?！?/p>

作為實現(xiàn)軟物質(zhì)功能性的重要組成部分，軟物質(zhì)界面是臧渡洋課題組的一個重要研究領(lǐng)域。他們致力于研究軟物質(zhì)界面的特殊物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，探索外場對其性質(zhì)及行為的調(diào)控方法和機理，揭示界面性質(zhì)與宏觀性能的內(nèi)在聯(lián)系?！拔覀儗⒅攸c研究軟物質(zhì)中的潤濕、界面流變以及相變等基礎(chǔ)科學(xué)問題，從而為開發(fā)新型功能軟物質(zhì)/軟材料奠定基礎(chǔ)，拓展軟物質(zhì)在新材料、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用?！蹦壳埃瑘F隊在液滴操縱及其動力學(xué)方向已經(jīng)有所突破！

“水滴落在桌面上會馬上鋪開并粘在上面，而玻璃彈珠卻可在桌面上滾來滾去，不受粘附。能否讓水滴也像玻璃彈珠一樣在桌面滾動？”臧渡洋帶領(lǐng)課題組找到了辦法，那就是給水滴“穿”上一層微/納米顆粒的鎧甲，這層鎧甲具有一定的疏水性。穿上鎧甲的水滴就變成了“液體彈珠”，不但可以自由滾動，甚至還可以蹦來蹦去！

正因為有這層不潤濕的微/納米鎧甲，使得液體彈珠的轉(zhuǎn)移和操作非常方便，并且非常適合于用作微型的生物或化學(xué)反應(yīng)器。但這層鎧甲的存在對有效地在液體彈珠內(nèi)部添加化學(xué)反應(yīng)物是不利的。怎么把它穿的鎧甲打開呢？借助超聲懸浮可以方便地實現(xiàn)液體彈珠表面顆粒層的打開與閉合，這種開/合操作完全可逆，“就像開門關(guān)門一樣，當(dāng)門打開時，把化學(xué)反應(yīng)物放進去，再關(guān)好門。液體彈珠還可以從聲場中取出來而保持完好無損，從而為后續(xù)分析檢測創(chuàng)造便利?！?

超聲懸浮還可以讓兩個或多個液體彈珠發(fā)生凝并，即融合聚并變成一個。整個過程不借助任何外力，只需把液體彈珠放在聲懸浮裝置中，聲場就會把液體彈珠拉到一起并使之發(fā)生凝并。在液體彈珠內(nèi)裝載不同的反應(yīng)物質(zhì)，利用聲懸浮使之凝并，這將會是誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)的一種新方式。

“更為神奇的是，聲懸浮條件可使液滴轉(zhuǎn)變?yōu)闅馀荨标岸裳笳f，但是不同于吹氣泡，超聲懸浮條件下，液滴會先被聲場“壓”成薄片狀的液膜，繼續(xù)調(diào)控聲場，薄膜被彎成碗狀，碗的邊緣會快速收縮合口，最終形成一個閉合的氣泡?！坝捎谄涮厥獾奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)和所處的極端條件，聲場中的氣泡可以作為新型的生/化反應(yīng)器，甚至可當(dāng)做生物學(xué)家和化學(xué)家的微型實驗室（Labon a Bubble）”他補充道。

超聲懸浮為液滴提供了一種難得的地面模擬的太空無容器環(huán)境。除了在物理、力學(xué)等基礎(chǔ)研究方面大有用途之外，還可作為功能強大的生化反應(yīng)/檢測平臺，將在生命科學(xué)、新藥物研制和新材料開發(fā)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用?！翱傊?，超聲懸浮是對液滴進行懸浮操作的強大工具，只要我們能夠精確控制聲場，液滴就能做出相應(yīng)的響應(yīng)。水能“聽”聲，而聲音可實現(xiàn)液滴的各種操控。”臧渡洋說。

目前，臧渡洋已經(jīng)實現(xiàn)了用此方法來測試液滴的性質(zhì)，在這方面，他還有更大的計劃?！拔覀兿氚阉_發(fā)成一個測量儀器，它將既能實現(xiàn)液滴完全懸浮狀態(tài)下的實驗，也能節(jié)約成本。”

軟物質(zhì)中的相變

無論是在合金體系還是在軟物質(zhì)體系，相分離是一個非常普遍的現(xiàn)象，而且相分離的物理機制相當(dāng)復(fù)雜，除了重力因素以外，第二相L2液滴的Marangoni對流、液滴的凝并與熟化、固/液界面與L₂液滴的撞擊與競爭等，都會影響相分離過程。為獲得均勻彌散凝固組織，人們嘗試?yán)梦⒅亓l件、快速凝固、等方法來克服該類合金的宏觀相分離，取得了一定的研究進展。但截至目前，卻仍然不夠深入?！俺烁淖兒辖鹉痰奈锢項l件外，對合金熔體主動引入固體顆粒也是對凝固組織及其性能進行控制的方法之一，但是同樣，研究的程度也不到位。”臧渡洋補充道。

為了對這個問題進行更深一步的探索，他主持了國家基金項目“微/納米顆粒對復(fù)雜相分離體系凝固組織的調(diào)控機制”。在這個項目中，臧渡洋主要想探究兩個問題，“一是納米顆粒對界面遷移的影響過程；另一個是納米顆粒是否會對形核過程產(chǎn)生影響。”而什么是形核呢？他告訴記者：“打個比方說，如果空氣不干凈的時候，就容易下雨。這是因為水蒸氣吸附到灰塵上，易形成雨滴的緣故，而灰塵在這個過程中起到的就是誘發(fā)形核的作用?！?/p>

帶著這樣的目的，臧渡洋研究了液體彈珠的聲懸浮與表面開/合操控SiO₂納米顆粒對水滴結(jié)冰的作用機制。通過實驗，他發(fā)現(xiàn)水滴在超疏水表面結(jié)冰時具有多種形態(tài)變化，且這種變化可通過對液滴表面包覆不同潤濕性的納米顆粒來進行調(diào)控，實現(xiàn)從縱向拉長的“桃形”液滴向球形液滴再向橫向膨脹的“飛碟形”液滴的轉(zhuǎn)變。這種有趣的形態(tài)變化是由于納米顆粒對水結(jié)冰具有不同的異質(zhì)形核效果造成的。該研究成果以通訊形式發(fā)表于Soft Matter上。

做個頂天立地的科研人

臧渡洋一直堅持著科研和教學(xué)并重。在教學(xué)工作中，他喜歡充當(dāng)“引導(dǎo)者”的角色，“灌輸式教育的效果并不好，相對而言讓學(xué)生在學(xué)習(xí)方面發(fā)揮主觀能動性，自己去學(xué)習(xí)探索才是上策。”同時，他還提倡應(yīng)用物理系的本科生應(yīng)多進實驗室參與科研。臧渡洋的團隊就接受本科學(xué)生參與實驗，而且被接納的本科生中還有不少都發(fā)表了科研論文?！霸诒ＷC不耽誤課程的前提下，參與實驗室科研這將有助于他們學(xué)習(xí)，同時這對實驗室的發(fā)展也是一種支持?！?/p>

對于研究生的教育，他則強調(diào)要讓學(xué)習(xí)知識和創(chuàng)造知識并行，“邊學(xué)習(xí)，邊創(chuàng)造，效率才會高?！倍宜嬖V學(xué)生，學(xué)習(xí)要采取批判式學(xué)習(xí)和探究式學(xué)習(xí)的方式，切記死讀書。

臧渡洋每天的日程都排得很滿，在日常教研工作之外，他還計劃籌辦一次液滴物理領(lǐng)域的國際交流會議，并且寫一本專著。目前，臧渡洋在國際上擔(dān)任EMN-2015 Droplet國際會議分會主席，兩個SCI期刊Soft Matter和EPJE的客座編輯。他經(jīng)常會參與國際的學(xué)術(shù)交流，臧渡洋認(rèn)為這對科研工作有兩方面的推動作用：一方面，可以擴大自己的國際影響力：而另一方面，則可以找到開展國際合作的契機?！拔以鸵幻▏鴮W(xué)者及一名澳大利亞學(xué)者，共同負(fù)責(zé)EPJE雜志的一期，在這個過程中，我們就達成了一些合作意向?！?/p>

因為科研工作很繁重，他對家人的陪伴并不多，“沒辦法，從事這個行業(yè)，就要扎在實驗室里?！彼芨兄x妻子和老人對這個家庭的付出。當(dāng)被問及未來的時候，臧渡洋告訴記者他會更加重視產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，做個頂天立地的科研人，他說：“頂天就是要去探索關(guān)注科學(xué)前沿的問題，而立地就是要去關(guān)注產(chǎn)業(yè)，解決實際產(chǎn)業(yè)界的問題，我覺得我的研究應(yīng)該與產(chǎn)業(yè)界拉近距離。”