聽頂尖科學家談智能材料——世界頂尖科學家論壇智能材料會議內容分享

世界頂尖科學家論壇（以下簡稱“論壇”）系由世界頂尖科學家協會發起、上海市人民政府主辦的年度國際科 學家論壇。論壇始建于2018年，于每年10月底在中國上海舉行，國家主席習近平向2019年第二屆世界頂尖 科學家論壇致賀信。論壇以“科技，為了人類共同命運”為永恒主題，立足于推動基礎科學、倡導國際合作、致力青年成長三大任務，持續關注人類當前與未來面臨的科技挑戰，聚焦基礎科學和源頭創新，發布最頂尖科技成果和思想理念，積極推動中外科學家思想智慧和研究成果轉化為經濟社會發展的強大動力，全力打造具有國際影響力的科技創 新合作與交流平臺。

第三屆論壇將繼續由世界頂尖科學家協會發起，上海市人民政府主辦，于2020年10月30日至11月1日舉行。材料人有幸轉播了其中九場會議，并邀請合作的編輯就其中部分會議進行整理。

本文就智能材料會議I、II中青年科學家的報告并著重介紹交流環節青年科學家與頂尖科學家之間的交流。

參與智能材料會議I的有四位頂尖科學家：中村修二，2014年諾貝爾物理學獎得主；伯特蘭·哈普林，2003年沃爾夫物理學獎得主；楊培東；2015年麥克阿瑟天才獎得主；戴宏杰，2006年美國物理學會詹姆斯C麥高第新材料獎得主。以及六位青年科學家：陳棋，北京理工大學材料科學與工程學院副院長、教授；黃嘉興，美國西北大學麥考密克材料科學與工程系冠名材料與制造研究教授；林柏霖，上海科技大學物質科學與技術學院副教授；西迪·恩道，美國內布拉斯加大學林肯分校（UNL）機械 與材料工程系副教授；寧志軍，上海科技大學物質科學與技術學院助理教授；姚佰承，電子科技大學信息與通信工程學院教授。

北京理工大學陳棋教授的報告題目是鈣鈦礦太陽能電池應力調控及其對載流子動力學的影響，鈣鈦礦薄膜的應力狀態直接影響材料的微觀結構和光電特性，教授認為應力調控是優化器件效率和穩定性的有效方式。

美國西北大學教授黃嘉興的報告主題是材料創新，改善生活。著重講述了材料加工對材料結構、性質、性能的巨大影響。

上海科技大學林柏霖老師的報告內容圍繞CO₂的減排和利用以及可持續化學展開。

美國內布拉斯加大學林肯分校西迪·恩道老師介紹了一種新的內存設計，可以在超過300℃高溫下工作，這種納米熱機械存儲器利用熱而非電，來記錄、存儲和恢復數據，未來有望應用于空間探索任務、深井鉆探、內燃機等多個領域。

上海科技大學寧志軍助理教授報告了以膠體量子點材料為基礎，制備出新型、低成本、高探測率的紅外上轉換器件，展示了紅外上轉換器件在生物成像和可穿戴電子器件領域良好的應用前景。

電子科技大學姚佰承教授的報告主題是二維材料為信息科學開辟新道路。

以下是青年科學家與頂尖科學家們的討論交流內容：

電子科技大學姚佰承教授提出了一個大部分青年學者在獨立開展研究之后都會遇到的困惑：科研路上應該繼續深挖基礎探索世界還是以己所學推動應用助力工業發展？

楊培東教授給出的回答是這樣的：我個人基本不做應用，但這不是因為我覺得應用不重要，而是因為我的才能和興趣使我投入到了基礎領域的科學探索中，我感興趣的很多東西比如超低溫和超強磁場都是不具備應用條件的。我也與很多在商業應用方面做得極為優秀的人共事過，我覺得每個人需要做的就是做自己認為最好和最能令自己有成就感的東西。至于基礎探索和實際應用之間的平衡，更多地取決于到底是什么更能激發自己和你周圍的同事或者學士的熱情。此外，對于參會的青年科學家們來說，你們基本都是高校的教授，最基本的職責其實是教育，教育下一代的青年學者而不是考慮是否將自己的成果轉化為商業價值去做應用，或許十年二十幾年后可以去做，但目前最重要的應該是把精力放在高校學生的培育上。

美國西北大學黃嘉興教授提出了對現存的社會中對科學的重視程度遠遠不夠的擔憂。

伯特蘭教授認為科學家可能不是最好的能夠將科學的重要性傳播和擴散出去的人，可能新聞工作者、作家、出版商更能在這方面做出成果，提高社會對科學研究成果的重視和認可不僅僅需要科研工作者的努力，這是一個全社會共同的課題。

上海科技大學林柏霖教授表示年輕一代的學生選擇進入基礎科學研究領域的數量在逐年下降，各位科學家們如何看待這個趨勢并有什么好的建議？

楊培東教授指出這種趨勢是一種全球現象，但相對于美國歐洲等國家，在中國還是很微小的，因為工作前景而選擇就業前景更好的專業是整個社會經濟決定的，不僅僅是我們科研人員能夠改變的，我們要做的還是一如既往地做好教育和科研工作。

伯特蘭教授對這種現象倒是持有比較樂觀的態度，認為下降的趨勢的確存在，但是遠遠沒有達到影響基礎科學領域人才發展的程度。戴宏杰教授認為發現并培養真正對科研有熱情和能做出一定科學貢獻的人才更重要，即質量比數量更重要。

上海科技大學寧志軍老師提問在未來十年納米材料領域的發展前景和有潛力的納米材料有哪些？

頂尖科學家們提到了傳導材料，量子點，復合材料等。

參與智能材料會議Ⅱ有四位頂尖科學家：讓-馬里·萊恩，1987年諾貝爾化學獎得主；讓-皮埃爾·索瓦日，2016年諾貝爾化學獎得主；伯納德·費林加，2016年諾貝爾化學獎得主；弗雷澤·司徒塔特，2016年諾貝爾化學獎得主。以及六位青年科學家：拉達·博亞，英國曼徹斯特大學物理與天文學系納米科學教授；賈斯珀·范·德·古奇，荷蘭瓦赫寧根大學農業技術與食品科學系物理化學與軟物質教授；侯旭，廈門大學化學化工學院物理學與技術教授；彭慧勝，復旦大學高分子科學系教授、系主任；葉春洪，上海科技大學物質科學與技術學院助理教授；張亮，華東師范大學化學與分子工程學院研究員。以及特邀嘉賓：劉自鴻，柔宇科技創始人、董事長兼首席執行官。

英國曼徹斯特大學拉達.博亞教授介紹了他近期的工作：一個原子大小的類似于毛細血管的人造通道。這個新的毛細血管非常像天然的蛋白質通道，如水通道，小到足以阻擋如Na離子和Cl離子等小尺寸離子的通過，但卻允許水自由流過。該研究提高我們對原子尺度上，特別是在生物系統中分子傳輸的基本理解。

荷蘭瓦赫寧根大學賈斯珀·范·德·古奇教授介紹了一系列離子鍵構筑的聚合物。

廈門大學化學侯旭教授介紹了受生物啟發的多尺度孔和通道結構材料。近期，其課題組剛剛報道了受生物肺泡小孔啟發，設計制備出應力響應的液體復合彈性體高分子膜系統，首次實現穩壓環境下的多相可控分離。

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復旦大學彭慧勝教授報告的主題是智能光纖設備，現代電子設備正朝著小型化和集成化方向發展，并越來越關注可穿戴電子產品，科學家們正在努力研發可穿戴的纖維和織物電子器件。

上海科技大學葉春洪老師的報告主題是生物啟發的軟體自形變微納“折紙”結構，其課題是以自然界生物的結構與機能的內在聯系為靈感，以功能型響應聚合物和無機納米材料為研究對象，通過精確可控的表界面自組裝，設計和功能研發新一代3D智能微納結構，并探索其在生物醫藥、納米光學和軟體機器人領域的應用。

華東師范大學張亮老師的報告題目是基于肽的分子納米拓撲學，介紹了如何使用自組裝過程來構建拓撲復雜的分子（例如鏈節和結），并將其應用于纏結的聚合物和軟質材料。

以下是青年科學家與諾獎得主們的討論交流內容：

英國曼徹斯特大學拉達.博亞教授在交流討論環節提出了一個幾乎是所有研究人員在初期甚至獨立開展工作若干年后依舊疑惑的問題：沿自己的想法研究了幾年后發現新領域層出不窮，這時候自己的研究是繼續停留在原來的領域爭取做一些創新（很艱難），還是開始一個新方向？

2016年諾貝爾化學獎得主讓-皮埃爾·索瓦日介紹了自己的經歷來回答這個問題。他說研究沒有辦法事先就做出很好的規劃，更多的時候要看具體的情況，而且很多偶然的因素可能會起決定性的作用，比如他們組做一個新復合物的時候，覺得可以用作催化劑，然后就開始進入到催化這個領域，后面某個階段就會想也許我們還可以做這個，或者那個也可以做，慢慢地就做了一些事情來推動這個領域的發展，也算是一個多重的決策過程，但這個不是事先規劃能做到的。

2016年諾貝爾化學獎得主伯納德·費林加：其實很多事情都是偶然的，你可能突然間看到篇非常棒的一篇論文，你就在想也許我的研究也可以往這個方向發展，可能你需要從頭開始去搭建自己的體系。講自己的一個例子，很多年我們都是在講動態的分子系統不是由光來驅動的，幾年前，因為我正好也讀了一些成像的論文，我就突然想到是不是可以由開關把分子系統打開關上。然后好幾年我們就這樣一直按這個想法開展研究。再說我們剛開始研究智能成像的時候，差不多有15個人在這個領域一起跟醫學院的專家合作，成立了一個公司去做一個智能的抗癌藥。我不知道這個行不行，因為這對我來說是一個全新的領域，但我告訴我一年級的學生，我必須去學分子生物，因為我對于藥劑學、分子生物不是很了解，所以我就像一年級學生一樣從頭開始去學。我說這些的目的是想告訴你踏入一個新領域這個過程是很激動人心的，不要怕，如果有機會就去迎接這些挑戰！

荷蘭瓦赫寧根大學賈斯珀·范·德·古奇教授：諾獎得主們，如果您現在還是在讀書的年輕人，你會選擇什么方向做研究？

讓-馬里·萊恩：神經科學，這是我們一切的起點。選擇神經元細胞之間的傳導，我會從最基礎的這個部分開始研究，因為其后所有的反應都是以此為基礎的。關于前一個問題，要不要規劃好自己的方向，其實在科學研究中沒有辦法一直定好一個方向然后一直朝這個方向走。你能做的就是首先知道自己的方向，然后去做。

讓-皮埃爾·索瓦日：化學家可以制造分子，我覺得這是一種神奇的感受，自己創造以前從來沒有的東西，這種能力，無論是生物學上，還是材料科學，都是一種讓人非常有收獲感的。我覺得化學吸引我的是做新東西，創造出來沒有的東西，這是保持我熱忱的關鍵。

伯納德·費林加：我的學生也經常問我們這個問題，從哪里研究，研究什么。從廣泛的意義來講，無論是材料科學還是其神經科學，研究給你帶來很大的樂趣，你非常享受這個過程。然后做出來還可以在這個基礎之上去填補某個領域的空白，我覺得這是一個非常美的一個體驗。

上海科技大學葉春洪：如何看待納米機器人、微米機器人，它們在生物學方面的應用？它們覺得真的可以放到身體中來治療疾病嗎？如果還有挑戰，有哪些挑戰，我們怎么來克服這些問題？

讓-皮埃爾·索瓦日：納米機器人的應用首先必須要有生物兼容性的分子機器，而目前的體系不是完全的生物兼容的。有了這種生物兼容還要探究它如何跟生物體系互動的。到目前為止，要做到真正應用還是相去甚遠。

本文由春春整理。

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