本刊記者　劉 旭

王建鋒（左）博士畢業(yè)時和導(dǎo)師江雷院士合影

天然生物材料是生物體為適應(yīng)環(huán)境，經(jīng)歷億萬年的演變和進化形成的，其結(jié)構(gòu)和功能已達到近乎完美的程度。受自然界生物啟發(fā)，利用新穎的合成策略和源于自然的仿生原理來設(shè)計合成新材料，已成為化學(xué)、材料、生命和力學(xué)等學(xué)科交叉領(lǐng)域的前沿?zé)狳c。

在眾多的天然生物材料中，貝殼因具有的獨特結(jié)構(gòu)、良好的強度和優(yōu)異的韌性更是受到了研究者們的廣泛關(guān)注。來自湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的教授王建鋒就是一位不折不扣的“貝殼迷”。

北上尋夢

談起與貝殼如何結(jié)緣，得從王建鋒在企業(yè)的一段工作經(jīng)歷說起。在湖南大學(xué)一口氣完成了本科和碩士階段的學(xué)業(yè)后，“80后”王建鋒與很多年輕人一樣來到北京開始闖蕩，就職于北京天奈科技有限公司（以下簡稱“天奈”）。碩士期間，在納米管的功能化及其聚合物復(fù)合材料研究上，王建鋒已有一定積累，延續(xù)那時的研究方向，在天奈他專攻碳納米管分散方面的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)工作。

王建鋒向記者介紹：“當時，公司實現(xiàn)了碳納米管粉體的批量生產(chǎn)，由于高長徑比和優(yōu)異的本征導(dǎo)電能力，碳納米管在理論上是一種理想的鋰離子電池導(dǎo)電劑，優(yōu)于傳統(tǒng)的炭黑導(dǎo)電劑?！钡度氲綄嶋H應(yīng)用中，碳納米管粉體的表現(xiàn)卻差強人意，主要是由于其分散問題未得到有效解決，極大制約了其性能的發(fā)揮。

“碳納米管的性能要充分體現(xiàn)出來，必須要分散好，而且與現(xiàn)有的鋰電池工藝流程兼容，這需要將碳納米管粉體有效分散在有機溶劑中，以制備成高濃度、高穩(wěn)定的碳納米管漿料?！蓖踅ㄤh告訴記者。為實現(xiàn)這樣的目標，滿足產(chǎn)業(yè)上的需求，從2008年6月進入公司開始，直到2010年8月離開，兩年多的時間內(nèi)，王建鋒一頭扎進了液相剝離分散碳納米管的技術(shù)攻關(guān)中去。在公司團隊成員的共同努力下，他們最終成功開發(fā)出了富有特色的碳納米管導(dǎo)電漿料制備技術(shù)，這項技術(shù)將碳納米管粉體成噸批量轉(zhuǎn)化為高濃度、高穩(wěn)定、高分散的碳納米管漿料，大大推動了碳納米管作為導(dǎo)電添加劑在鋰電池中的應(yīng)用。

在天奈工作的兩年，王建鋒雖然收獲頗豐，但同時他也覺察出了自己在知識上的匱乏?！耙恍┘{米材料具有非常好的本征性能，但是將它們制備成宏觀材料后，其性能就往往不盡如人意了。”王建鋒說。隨著工作的推進，越來越多的瓶頸開始出現(xiàn)，尤其是材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制上存在的難題，更是讓王建鋒感到束手無策。

深感知識的欠缺，王建鋒決定重返學(xué)校，希望通過深入的學(xué)習(xí)補足納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制這方面的短板。于是他辭去了在天奈的工作，慕名報考了國際頂尖仿生材料科學(xué)家、中國科學(xué)院院士江雷教授的博士生，進入北京航空航天大學(xué)繼續(xù)深造，與貝殼的結(jié)緣也從那時開始。

向貝殼要靈感

“貝殼實際上是一種陶瓷材料，普通的陶瓷杯子或者碗掉在地上就碎了，但貝殼不會。因為貝殼在具備了一些好的力學(xué)強度的同時，還有比較好的韌性，這是由貝殼內(nèi)部復(fù)雜有序的微觀結(jié)構(gòu)決定的?！蓖踅ㄤh介紹說，“它是一種層狀結(jié)構(gòu)，類似于我們砌的墻壁，是一層磚一層水泥這樣的磚泥結(jié)構(gòu)。我們研究的目的就是要仿照這種結(jié)構(gòu)來合成制備一些高性能材料?！?/p>

進入北航后，在江雷院士的指導(dǎo)下，針對仿生納米疊層復(fù)合材料尤其是仿貝殼材料，王建鋒開展了深入研究。當時研究的基本思路是，通過了解天然貝殼復(fù)雜有序的疊層結(jié)構(gòu)，進而理解這種結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，基于一維或者二維的納米材料，設(shè)計創(chuàng)造各種疊層結(jié)構(gòu)，研究其力學(xué)和功能特性，希望將納米材料在納米尺度下的優(yōu)異性能最大程度地在宏觀材料上體現(xiàn)出來，甚至去實現(xiàn)材料多個功能特性的集成。

受貝殼豐富疊層結(jié)構(gòu)特征的啟發(fā)，通過不斷地鉆研，目前王建鋒已仿生設(shè)計并構(gòu)筑了多維度疊層、粗糙片疊層、多尺度疊層和柱狀表面疊層結(jié)構(gòu)，并揭示了這些疊層結(jié)構(gòu)與力學(xué)、水下油滴浸潤性之間的內(nèi)在聯(lián)系，大幅提升了輕質(zhì)高強納米復(fù)合材料的強度、韌性、耐疲勞性以及超浸潤界面材料水下超疏油低粘附性能的穩(wěn)定性。進一步通過將貝殼疊層結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念運用于納米復(fù)合水凝膠和石墨烯薄膜體系，王建鋒設(shè)計并構(gòu)筑了均勻疊層、多級疊層、非對稱疊層和高致密疊層結(jié)構(gòu)，并揭示了這些疊層結(jié)構(gòu)與力學(xué)、智能驅(qū)動、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，實現(xiàn)了納米復(fù)合水凝膠模量、強度、韌性和驅(qū)動性能以及石墨烯薄膜導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能的突破，這些疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計理念和所揭示的構(gòu)效關(guān)系為今后推動相關(guān)材料的發(fā)展提供了豐富的理論基礎(chǔ)。

截至2017年，王建鋒已在Chem Soc Rev、Angew Chem Int Ed、Adv Mater、Adv Funct Mater、ACS Nano等材料化學(xué)類SCI期刊上發(fā)表論文23篇，累計影響因子240，IF＞10的論文10篇，總引用超過900次，單篇引用超過100次4篇，被web of science評為高被引論文2篇，封面報道4篇，申請美國專利1項，中國專利7項。

這些成果的取得，離不開王建鋒多年的堅持。從2010年開始，無論是在北航期間，還是在美國德克薩斯大學(xué)達拉斯分校納米技術(shù)所做訪問學(xué)者期間，他對于仿貝殼材料的研究一直沒有停止過。通過在優(yōu)秀課題組里的磨練，通過與國外學(xué)者的交流，加之國家自然科學(xué)基金青年項目“仿貝殼構(gòu)建強韌一體化層狀多尺度復(fù)合材料”的支持，王建鋒闖過了科研道路上的一個個難關(guān)。

在科研上如此堅持的王建鋒，同時也是一個顧家的“80后”。當談及他的興趣愛好時，他回答說：“照顧父母和帶小孩。”正因為有這份牽掛，在導(dǎo)師江雷院士的支持下，他2017年11月回到離家近的湖南大學(xué)任教。

湖南大學(xué)雖是王建鋒的母校，但是對于事業(yè)剛在這里起步的他來說，一切都得從零開始。“會遇到什么困難事先都考慮過，但學(xué)院給了我極大的支持，目前一切工作進展得很順利?！蓖踅ㄤh告訴記者。

目前，王建鋒正積極組建仿生納米復(fù)合材料實驗室。他將繼續(xù)開展仿生納米疊層復(fù)合材料方面的研究工作，他認為納米疊層復(fù)合材料將朝著結(jié)構(gòu)設(shè)計精細化、可控制備連續(xù)化、多功能集成化方向深入發(fā)展。談到具體的計劃時，他說：“針對具體的應(yīng)用場景，研究將基于多種納米構(gòu)筑單元，創(chuàng)造新型納米疊層結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)連續(xù)可控組裝，最大程度整合納米構(gòu)筑單元各自的優(yōu)異特性，實現(xiàn)宏觀材料力學(xué)性能和功能性的高度集成，這是納米疊層復(fù)合材料今后的發(fā)展趨勢，也是下一步的主要研究方向?！?/p>

一路走來有兩個人對王建鋒的影響最大。國家“千人計劃”專家、北京天奈科技有限公司時任總經(jīng)理李琦博士是其中一位。他身上的工匠精神深深感染了王建鋒。從他身上，王建鋒學(xué)會了腳踏實地，也養(yǎng)成了這樣的工作習(xí)慣。另一個是他的博士導(dǎo)師江雷院士，在科研上江院士給了他極大的幫助，在他那里王建鋒學(xué)到了科學(xué)的思維方式。談起自己的恩師，王建鋒很感激，他說：“感謝我的老師們，感謝這些美好的經(jīng)歷！今后我將會繼續(xù)以腳踏實地的精神和科學(xué)的思維方式對待我的每一項工作，努力把工作做得更細致、更系統(tǒng)，真正地在實際中應(yīng)用起來?！?/p>

對于未來，王建鋒不急不躁。雖然項目的申請競爭很激烈，但他覺得這是好事，可以更好地督促自己。他說：“其實最重要的還是自己能夠做一些真正有用的成果出來。只要自己做好了，我相信這些東西都會水到渠成，年輕人得拼一把！”