關于科研與硬件的關系鐵不鐵？想聽一聽你的心聲
科研的戰場是實驗室，實驗室硬件就是所有開始的前提和基礎，裝備出的齊全，“打起仗”來肯定也是自信滿滿，當別人在抱怨實驗室的條件太差時，你就可以挺直腰板來一句“老弟，來我們學校吧！”
對于學校來說實驗室硬件水平關系著學校的教學水平和人才培養，對于個人來說也影響著自身的科研能力和發文質量。當然現在大部分的實驗室都達不到高標準，設備也不是百分百配備齊全，遇到這種情況那就只能說沒有條件盡力創造條件了，這就注定著我們要跑斷雙腿，要忍受長期的等待，要焦慮發文周期，時間會變得異常緊張。而對于化工的同學來說，實驗室建設的標準也關系著身體健康，生命安危，近年來高校實驗室事故時有發生，這也充分說明硬件建設至關重要，減少不必要的傷亡，減少不必要的經濟支出。對于學生來說，在一切順利運轉的前提下硬件的檔次不僅影響著科研水平，也會完全影響著學生的發文質量，發文數量，最后關系著能否畢業，關系著學校的畢業狀況，真的是連鎖反應，必須從基礎抓起。
進實驗室之前大家都盼望著實驗室無比的“高大上”，實驗設備齊全，可以足不出戶就搞定各種測試。當進了實驗室才發現，現實與理想總是有辣么大的差距，你的心情是不是開始晴轉多云了？你是不是想說“本來以為是個王者的，結果~~~”
關于那年那些實驗室，說起來真的都是淚（當然沒有小編說的那么夸張），科研就是讓你痛并快樂著，問題是就算痛并快樂著你也愿意呀！下面我們采訪了幾個材料領域的科研人員，聽他們談一談關于實驗室硬件條件和科研的關系，具體情況如下：
1.碩士研究生，北京某重點大學，研究背景：鋰電負極材料，鋰硫電池方向
工欲善其事，必先利其器：好的實驗條件和設備是科研利器，比如就說最簡單的復合材料設計，如果沒有相應的設備設計復合路線就非常單一，也沒有什么多相轉變的復合優勢；如果靠簡單的混合，一個是變量太多不好控制，難以得到好的重復性，另外沒有辦法得到想要的條件實現材料鍵合作用。從檢測手段來說就更為現實了，材料制備后驗證結構和組分，最基本的要能做一般表征，這些手段就是我們的眼睛，比如做鋰離子電池過程研究的，鋰離子在電極材料中的遷移動力學過程決定了電池的性能，離子遷移速度的快慢決定了充放電的速率，離子遷移數則對應電池的容量，而離子遷移引起的結構改變造成了電池性能衰減達到壽命極限。如果硬件跟不上，僅采用XRD及電芯分步拆解XPS很難直觀有效的說明問題，而且電芯拆解的表面處理和保存轉移是一個很大的問題，如果采用原位透射（掃描）電子顯微鏡就能夠在原子尺度下實時監控外場下的結構演化，實現電化學過程的原位觀察。
Figure 1?時間序原位SEM圖 ?Liquid-Phase Electrochemical Scanning Electron Microscopy for In Situ Investigation of Lithium Dendrite Growth and Dissolution
當然，原位觀察的手段不僅僅只有電鏡，還有XRD等都已經實現了原位的檢測，能夠有效的提供材料結構變化的佐證，寫文章有這樣的圖簡直要開心的飛起（圖2）。
Figure 2?d)原位XRD?c)對應的電位曲線 Operando X-ray Diffraction Characterization for Understanding the Intrinsic Electrochemical Mechanism in Rechargeable Battery Materials
再比如做一些同元素異質結構的伙伴，采用元素的檢測是不能說明問題的，這個時候HAADF-STEM就非常有用了，直接能夠拍到原子列的真實位置，這樣就能夠說明異質界面的存在，一圖勝千言，這樣高質量的圖片也是發表高檔次的文章的前提。可以看一下圖3，硬件到位說結構，模型與電鏡匹配簡直不用解釋，對比下圖4，窮也不能窮科研，咬牙也要配電鏡的組文章寫起來就需要水平了。
Figure 3?d)HRTEM e)HAADF-STEM f) 結構模型 Atomic Interface Engineering and Electric-Field Effect?in Ultrathin Bi2MoO6 Nanosheets for Superior Lithium Ion Storage
Figure 4?e)SEM f) HRTEM g)HRTEM ?Fluffy carbon-coated red phosphorus as a highly stable and highrate anode for lithium-ion batteries
另外，想要進一步提高電池性能，對電極-電解液界面的研究也不能忽視，我們來看看想研究這個界面膜層基本需要配什么樣的條件（圖5），想要更清楚的了解界面的活動，包括形成過程，產氣組分及量，演變則需要更先進的檢測手段了，另外考慮到界面的復雜性，常常使用理論模擬的方法，如如蒙特卡羅模擬（MC）及分子動力學模擬（MD）能夠在較大的尺寸范圍內模擬SEI膜形成的多組分化學反應。
Figure 5?電解質的表征方法（液態、聚合物及固態） Electrolytes and Electrolyte/Electrode Interfaces in SodiumIon Batteries: From Scientifc Research to Practical Application
總的來說，硬件不是科研的決定條件，但絕對是助攻圣手，實驗條件直接影響實驗設計的路線，能不能用的起更合適的檢測手段也會對分析方向有一定的影響，所以，想要搞研究真的要談錢，硬件很重要。
2.碩士研究生，廣州某重點大學，研究背景：納米材料方向
（1）安全性：實驗室硬件條件比較先進的話，對實驗人員的安全更有保障，而且心里負擔小，做實驗也更輕松。但個人防護意識是主要。
（2）對科研成果的影響：實驗室條件對于出好成果是良好的基石，有極大的輔助作用。在實驗思路和方向準確的情況下，能把實驗有效嚴謹的進行并重復，與實驗設備脫不了關系。并且存在時效性，若是在自己的實驗室或者學校有條件或資源，可以大大縮短實驗結果的反饋時間，對于成果的發表也有影響。
（3）對科研人員的成長：好的實驗條件輔助科研人員更易于發表成果，同時可以親自操作或者親眼目睹高端儀器的使用，對科研人員開闊視野，實驗也有直觀感受的同時也能激發思維。
（4）人也是硬件條件：我覺得實驗室的同事和老板也可歸類為硬件條件，開放嚴謹的老板和和諧有愛的同事，是實驗室最重要的硬件條件。沒有這些有愛的人，就算做出好成果也只是暫時的；但有愛的實驗室人員組成和氛圍，在有限的條件下不斷奮斗，達到自身設定的目標，才能源遠流長！
3.博士研究生，南京某重點大學，研究背景：水凝膠方向
做實驗，肯定是化學材料必備，所以表征手段就是大事了，這里就涉及儀器等硬件了，單純從實驗來說，如果條件好，表征快，也方便，肯定是好事，相對來說出文章也比較快速容易。實驗室不能做的，就得出去做，或者去他人的課題組，就會很不方便，耗時，需要等待他人有空閑的時候你才能進行測試，一般都是自己內部的優先的測試，就像你做一個TEM.，課題組自己有，那就很方便，如果出去測試一個是麻煩，第二個可能周期長，還可能測試的結果不太好，自己親身，可能更容易接近了解自己的想要的結果，實驗進展拖沓，耗時長，出文章可能就較慢，而且也影響心情。
4.博士研究生，上海某重點大學，研究背景：共價有機框架( COFs)方向
我覺得實驗室硬件設施對研究生的科研成果影響很大。以我碩士和博士期間呆過的兩個課題組對比，發現因為實驗條件的限制，有些本來很有創新的idea由于實驗條件的限制，無法開展。而如果條件允許，導師支持，就可能做出比較好的工作。碩士期間，我當時的一個課題是設計了一種新穎的催化劑，初步證明了其催化效果有效，但需要用一種特殊的分離柱將多種產物分離，定量說明產物比例，以及闡述機理。但由于課題組經費有限，導師也沒幫助聯系地方測試，因畢業時間臨近就簡單寫了小文章投了，后來同一時間別的課題組也發了類似的工作，但實驗做的比我們深入，產物機理解釋得很清楚，發了頂刊，當時特別后悔沒繼續做下去。現在博士期間，實驗室基本儀器設備都有。學院學校分析測試中心也是全天開放，隨時都可以自己操作，做出的工作就很系統嚴謹，哪怕比較普通的課題，數據詳實準確也能發領域頂刊。所以，實驗室硬件設施以及導師的人脈關系，對研究生在科研生涯早期科研成果的及時產出，起到推波助瀾的作用，進入一個好的課題組，應該是每一個研究生都努力追求的目標。
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