文/張學強 （清華大學）

學術故事開篇

我的導師叫張強，我叫張學強，導師張強是清華大學化學系的教授，我是清華大學的一名碩士研究生。我比導師名字多了一個“學”字，冥冥之中似有安排，我將在導師的指導下，學習進步做科研。

當我在瀏覽化工系官網(wǎng)，選擇導師的時候，發(fā)現(xiàn)了一個和我自己的名字非常類似的名字，當時我就在想還能有如此奇妙之事？而在看完研究方向后，我發(fā)現(xiàn)老師的方向也與我的興趣相符。

我與導師不僅名字有緣分，研究方向也可用志同道合來形容，更欣喜的是我滿懷忐忑給導師發(fā)去第一封郵件后，張老師幾乎是秒回了我的郵件。就這樣，復試通過后，我成功進入了張老師課題組。由此開啟了一段與眾不同的“強強聯(lián)合”之路。

在進入課題組后，我的課題由大化工轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M電池體系的研究。而我之前并沒有接觸過相關領域，所以在開始自己的課題的時候，基本是零基礎。

所以，為了幫我打基礎，張老師在一開學的時候就讓我試著寫一篇綜述來增加文獻閱讀量。

面對這樣的要求，我在懵了幾天之后，也逐漸開始了自己的寫作計劃。那段時間，除了上課和實驗之外，我的精力全都用在了如何寫好一篇綜述上。有時在清晨四五點，人還沒醒的時候，大腦已經(jīng)開始進入工作狀態(tài)。醒來的第一件事就是抓緊記下自己剛剛“夢”到的內(nèi)容。30天里，我完成了200多篇文獻的閱讀，并完成了18頁英文綜述的初稿。

這篇文章在出版之后18個月內(nèi)，也獲得了廣泛認可和引用，成為該期刊創(chuàng)刊以來引用量TOP3，并入選ESI高被引和熱點文章。

除讀文獻，了解領域前沿之外，基本的科研訓練也是必不可少。我在剛?cè)虢M的時候，對于各種電池還分不清，電池的裝配也是從來沒有嘗試過。在我第一次自己動手裝配的8個電池中，只有1個成功活了下來，其他7個因為“手抖”而無法對齊各部分，都存在這樣那樣的問題。

為了解決電池裝配、克服手抖的問題，我在入組兩個月時間內(nèi)，組裝了1000多只電池，長期占據(jù)著實驗室的測試通道。在1000多次的練習后，我積累了大量實驗的經(jīng)驗，電池裝配也達到了極高的成功率。印象中，我曾經(jīng)一次性組裝了56個電池，只有2個失敗了。

這樣的基本功為以后實驗的一致性提供了很好保證，并減少了無用功，從而可以節(jié)省時間做科研。自此之后，我也開始了自己的獨立科研之路。

耕種“鋰”

鋰枝晶

課題中我要解決的問題就是，為保證電池安全性，就必須要調(diào)控鋰沉積過程，抑制鋰枝晶的生長。

那如何來應對這個嚴峻的問題呢？我首先從農(nóng)民伯伯的耕地中找到解決問題的靈感。

由于我生在、長在華北平原，每到秋耕時間，農(nóng)民伯伯就會面臨一個問題，如何在滿是玉米根的土地里耕種小麥。因為秋季是收獲玉米的時節(jié)，在收完玉米之后，玉米桿的根仍會留在土地里，會嚴重影響小麥的播種。所以，為了更好的播種，就必須先把這些根先打碎，混進土地里，翻新土壤，然后再播種小麥種子，這樣既利用了玉米桿這種天然肥料，又方便了播種，一舉兩得。

本來無用甚至會成為莊家生長障礙的玉米桿竟反過來成為不可多得的肥料！學術研究中會不會也存在這樣的能量轉(zhuǎn)換呢？

帶著這樣的想法和初步思路，我開始了為期三個月的摸索和毫無頭緒的研究。

終于，在一次與同學的交流中，我了解到電池中常用的這種鋰鹽LiPF6很容易水解，水解后對于電池很不利。而在仔細調(diào)研后，我發(fā)現(xiàn)LiPF6水解產(chǎn)物中就含有大量我們需要的產(chǎn)物。當時心想，這真是踏破鐵鞋無覓處，得來全不費工夫。這個過程和玉米桿的充分利用有異曲同工之效，本來是對電池非常不利的水解產(chǎn)物，仔細研究后竟可分離出我們研究所需的有用之物。

所以，我想是否可以利用這類副反應，變不利為有利，以此來實現(xiàn)我們的設想呢？在這種思考角度的指導下，我經(jīng)過一個多月的摸索和嘗試，先后進行了近100次實驗，成功將方案變?yōu)榱爽F(xiàn)實，想播種莊家一樣，細心耕種我所需要的“鋰”元素，經(jīng)制備得到均勻的柱狀鋰，初步實現(xiàn)了調(diào)控鋰沉積的目標。

由于這項科學研究方法的簡潔、新穎，這篇文章的配圖也成功入選了化學期刊Angew的封面文章。

給鋰離子“定做”降落傘

如果說第一個封面故事是在地面上調(diào)控鋰沉積的話，那么如何進一步實現(xiàn)在天空中精確制導鋰離子，實現(xiàn)天地協(xié)同呢？

微觀上看，鋰離子的沉積過程就像是人穿著降落傘從天空落到地面上一樣。在這其中，降落傘的樣式，材質(zhì)以及結(jié)構(gòu)對于降落過程有非常明顯的影響。但與普通的降落傘不同的是，鋰離子的降落傘是看不見、摸不著的，而且是幾個分子大小的。這就給鋰離子降落傘的設計帶來了很大的困難。

在經(jīng)歷幾個月的不斷嘗試后，我終于給鋰離子“量身定做”了一款降落傘。對于使用老款降落傘的鋰離子而言，鋰離子在降落過程中會聚集在一起，并在此基礎上瘋狂擴張，從而帶來十分不利的影響。

而在使用新款降落傘之后，鋰離子能均勻分散降落，一個蘿卜一個坑，避免聚集，平穩(wěn)生長。

在真實電池體系的測試中，其優(yōu)異的性能也得到很好地驗證。這篇文章在投稿15天后，被直接接受，并作為主封面刊登。

在耕種所得的柱狀鋰和為鋰離子定做降落傘兩項工作的基礎上，我也初步嘗試在宏觀應用上試水，通過在空中設計一層保護層，來為電池安全增加雙保險，從而將柱狀鋰、鋰離子降落傘和空中保護層三者構(gòu)成一個簡單的體系，從而進行下一步的研究。在這之中，我也體會到了科研一點點推進的樂趣和成就感。

科研之路漫漫，吾將上下而求索。