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经“微交联法”制备的铁电材料,实现“甘蔗两头甜”。
研究团队用微量的柔软链状聚合物,让铁电晶体周边非晶的缠绕部分交联起来,相互交织形成具有弹性的渔网状结构。
这种渔网状结构松散地将铁电晶体连接在一起。在外力作用时,可以产生可逆的形变来吸收外力,并在125%的拉伸率时依旧保持稳定的铁电性。当外力撤销时,这种弹性的渔网状结构能够迅速恢复原状,像橡皮筋一样柔软而有弹性。
这种弹性铁电材料在承受数千次的反复拉伸后,依然保持稳定的铁电性,大大提高了可靠性和使用寿命,扩大了使用范围。
Science审稿人认为,在铁电材料被发现后的百年历史中,铁电陶瓷不超过0.2%的拉伸应变,聚合物铁电材料也只有小于2%的弹性回复,与此前相比,该成果是个突破性的工作,开辟了全新的“弹性铁电”学科方向。
因“乌龙”进入师门
高亮选择胡本林做导师,始于一起“乌龙”事件。
作为中国科学技术大学(以下简称中国科大)纳米学院与中国科学院各相关院所联合培养的硕士研究生,高亮与其他同学先在中国科大完成研一课程,学年末完成双向选择后才开始进实验室。
在真正进入师门之前,高亮都以为胡本林是做与弹性半导体相关的芯片研究。她“当时想的是,如果能解决芯片问题,个人发展前景会比较好”。于是在双向选择中,她坚定选择了胡本林。
这个小“乌龙”,却让高亮感到很幸运。她从本科起就毫不犹豫选报材料学,以为要迈入材料机理研究的大门,却发现所学与期待甚远,此刻她才感觉终于要够到真正的门槛了。
但是,这个门槛确实有点儿高。
胡本林自跟随李润伟读研究生,就一直希望攻克“弹性铁电”的制备。在德国完成“洪堡学者”计划回国后,他将这个课题交给了自己的第一批硕士研究生。高亮笑称,因为在考研时对《介电学》这一章“背得比较熟”,就申领了这个题目。
显而易见的是,这个课题需要的科研能力,远远超出了一般硕士研究生的能力储备。
胡本林却认为,既然要培养科研人才,高亮又能够享受探索钻研的过程,那就不必区分是硕士生还是博士生。
起初是兴奋的,第一次进化学实验室的高亮几乎什么都不会,胡本林就像是教婴儿学走路一样,手把手教。高亮则每一刻都在汲取养分。
当导师逐渐放手,高亮开始感受到压力,她要做的是个几乎没有任何可参考资料的课题。
这并没有让高亮气馁。尤其是在团队中研究生享有充分的科研自由。
除了指导研究策略、密切沟通实验进展外,学生几乎都是自己设计实验方案,独立调研、制订装置采购方案,导师审核通过后,自行下单、组装。
在为时不长的科研生涯中,最令高亮印象深刻的,就是自己一个人在实验室搭装置,从烈日当头忙活到斜阳西下。
由于不能受到震动干扰,高亮常常在夜深人静的时候去实验室做测试,熬通宵是常态。深更半夜,空荡荡的实验室,高亮不但不觉得可怕,反而认为是心旷神怡、自由自在的场景。
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高亮朋友圈截图:由于器件接触不良测出来的错误曲线,使高亮产生灵感,寥寥数笔将其改为几只正在懵圈的卡通猫。
改论文改到崩溃
沉浸于研究的日子过得很快。到了研二末,高亮突然意识到自己整整一年没有获得科研进展,哪怕是一丁点儿像样的数据都没有。
天生乐观的她开始感受到落差,毕竟室友的硕士论文都已经快完成了。
她很快调整心态,依然抱着坚定的信心。“胡老师一开始就跟我说,这个课题不是简单的硕士生课题,还有很多延伸的地方,我做好了要做5到10年的心理准备。”
在修订课题目标后不久,高亮自称撞大运一般,不到一年,就找到了合适的材料做表征。
数据有了,她却差点儿在修改论文的路上转弯换道。
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兼具铁电性和柔韧性的铁电聚合物。
也许是因为一直享有充分的科研自由,所以在论文冲刺阶段,面对老师们一轮轮的修改要求,高亮快疯了。
一天晚上10点多,她“直接跟导师发消息撂了狠话,说太难干不了。还找了份年薪20多万元的工作”。
但其实,她内心很煎熬,因为并不能真正放下这些未完成的工作。
对于高亮“撂挑子”的发泄,胡本林毫不介意。他赶回实验室找到她,聊了两个多小时。
如今,高亮回想起当时的冲动,仍然感到懊恼:“其实科研探索的过程是让我非常沉迷的。”
她很清楚自己是因为毕业论文的压力太大,近乎崩溃而宣泄自己的情绪,如果没有导师当时严谨的治学要求,如今的“顶刊上岸”只会更加波折。
“撂挑子”事件没过多久,论文终于送审,高亮平静下来,恢复了往日的淡定闲适。
即使是后来根据Science审稿意见补充数据,为此在上海同步辐射光源坚守超过26个小时,高亮也不再焦躁。
她一个人坚持到“天塌下来也想睡觉”的第19个小时,发了条朋友圈“越熬越精神”,给自己加油。这获得了来自师长、亲友的鼓励,撑了过来。
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高亮朋友圈截图。
哪怕是最终走出同步辐射实验装置时数据依然不全,她也觉得自己收获了一次难得的经历,以及“重见天日”的幸福。
向着“天坑”奔赴
胡本林选择高亮成为自己的第一批研究生,是看中她的勤奋,不以做实验为苦。
高亮却说自己最多算“机动性勤奋”。她曾经面对绩点不勤奋,甚至面对学历也不够勤奋。
她高中就读于安徽省六安市毛坦厂中学,这里有亚洲最大的“高考工厂”之称。高亮虽不是学霸,成绩也还不错,却未能打破自己“越大考越失利”的魔咒,在高考时遭遇人生滑铁卢。
她却不打算复读,因为尽管第一志愿某高校材料学院没考上,最终被河南科技大学材料学院录取,也不错。“我就是喜欢研究材料,哪怕是‘天坑’也要奔着‘坑’去。而且能到古都洛阳上学,也算游历了。”
洛阳没有想象中繁华,但能吃到很多小吃,也不错。她不爱早起,不打算做学霸,但5个情同闺蜜的室友都在早起晚睡复习考研,为了与室友保持同频,她临时而愉快地决定加入考研大军。
并且,研究生阶段依然要学材料专业,而且只想读中国科大的材料专业,“其他学校就算了。因为中国科大可能是很多安徽学子的情结。高校和科研院所的联培机制也很让人期待”。
有了动力和目标,高亮的“机动性勤奋”就出现了,起早贪黑,复习效率很高,再加上“运气好”遇上扩招,她终于打破了考试魔咒,实现了逆袭。
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6月26日,高亮在宁波材料所参加硕士毕业典礼。
在提及为什么钟情材料专业时,高亮也不确定。但回忆起儿时受一档儿童科普节目影响,当时她“毫无农村留守儿童的自觉”,折腾着要烧陶土。
“姥姥,电视里说的土,是不是咱家旁边山头的土?”
“有点儿像。”
“姥姥,有没有能筛土的工具?”
“剪一块筛芋头粉的布吧。”
“姥姥,筛完还要研磨呢。”
“那就用蒜杵。”
“姥姥,我捏成了个罐子,帮我放在灶火里烧吧。”
当姥姥用火钳夹出小罐子时,它还晶莹剔透泛着红光。第一次做实验的8岁小姑娘激动坏了,赶忙把罐子放进冷水降温。结果,第一次的试验品,碎了。
从此她知道了,要先自然冷却再进冷水淬火。然后她陆续烧制了很多瓶瓶罐罐,刻过人偶章,还做过再生纸。
她对材料学的期待,可能就是在一次次不起眼的小成就中慢慢积攒下来。
“运气好”是高亮的一个高频词,积极阳光的价值观也许是她的另一个法宝。
高亮目前在进行的实验,正是研二时令她磋磨一整年的那个。其实当时实验已经能够做出弹性铁电体,弹性比现在发文的成果还要好,但是反应不可控。
“材料体系非常复杂,当时的我不太能够跨过去,现在设计了新体系,不论多久,总会有新突破的。”
毕竟,她在成长为一名成熟的科研人员,儿时做陶瓷的纯真趣味也历久弥新。
相关论文信息:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh2509
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