【特等獎(jiǎng)學(xué)金】張如范：從菜鳥(niǎo)到特獎(jiǎng)的成長(zhǎng) /編號(hào):TR662IS

2015-01-15 10:13 來(lái)源：http://m.sustainablelifeonearth.com/ 閱讀：次

敢于立異創(chuàng)造條件也要上

　　回憶起當(dāng)時(shí)的決定，張如范說(shuō)自己想得很簡(jiǎn)單，“就是不想讓自己懊悔。”從新回到高中的張如范發(fā)憤圖強(qiáng)，備考之路雖然艱苦，但他充斥了干勁，只是由于心中一直堅(jiān)持的那個(gè)學(xué)術(shù)夢(mèng)想。回到學(xué)校的第二次考試，他的成績(jī)便已攀升至年級(jí)第二名。2005年，張如范通過(guò)高考，順利考入中國(guó)石油大學(xué)（北京）化工學(xué)院。

　　張如范，清華大學(xué)化學(xué)工程系2009級(jí)直博生，師從魏飛傳授。攻讀博士期間，其所在團(tuán)隊(duì)成功制備降生界上最長(zhǎng)的碳納米管，實(shí)現(xiàn)了單根碳納米管的光學(xué)可視化及宏觀尺度下的可控把持，首次發(fā)現(xiàn)了宏觀標(biāo)準(zhǔn)碳納米管構(gòu)造超光滑現(xiàn)象。目前以第一作者身份發(fā)表SCI論文6篇，其成果相繼發(fā)表在《做作-納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology）, 《天然-通信》（Nature Communications）, 《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）, 《美國(guó)化學(xué)會(huì)納米》（ACS Nano）等國(guó)際頂級(jí)專業(yè)期刊上，申請(qǐng)6項(xiàng)專利，參加撰寫專著兩部。曾獲2013年中國(guó)納米科學(xué)與技術(shù)國(guó)際會(huì)議最佳墻報(bào)獎(jiǎng)，2011年能源與環(huán)境新型納米材料國(guó)際會(huì)議最佳墻報(bào)獎(jiǎng)、第13屆納米管科學(xué)與利用國(guó)際會(huì)議最佳墻報(bào)獎(jiǎng)、巴斯夫首屆亞太地域科技論壇最佳墻報(bào)獎(jiǎng)、2012年教導(dǎo)部博士研究生學(xué)術(shù)新人獎(jiǎng)、2012年及2013年研究生國(guó)度獎(jiǎng)學(xué)金、2012年金涌獎(jiǎng)學(xué)金、2013年巴斯夫優(yōu)良博士生特等獎(jiǎng)、2013年清華大學(xué)研究生特等獎(jiǎng)學(xué)金等聲譽(yù)。

　　談及翻新對(duì)于科研的重要性，張如范有一個(gè)很活潑的比方，“科研和做農(nóng)活不同，不是一味地埋頭苦干就能夠出成果的，堅(jiān)持的同時(shí)，更要重視方式。”碳納米管是一個(gè)跨專業(yè)的前沿領(lǐng)域，波及力學(xué)、化學(xué)、化工、材料等多門科學(xué)，需要綜合應(yīng)用多種儀器設(shè)備對(duì)其機(jī)能進(jìn)行測(cè)量和表征。然而張如范所在的實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)純化工實(shí)驗(yàn)室，很多條件都不具備。面對(duì)這些艱苦，他雖然也會(huì)到外單位追求配合，但更多的是充足施展自己的主觀能動(dòng)性，利用現(xiàn)有條件，巧妙改革，自制設(shè)備進(jìn)行研究。

　　后記：王安石在《游褒禪山記》中提到：“而世之奇?zhèn)�、瑰怪，十分之觀，常在于險(xiǎn)遠(yuǎn)，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也。”張如范從自己口中的研究生“菜鳥(niǎo)”，一步步走來(lái)，成為同窗們交口稱頌的研究生特等獎(jiǎng)學(xué)金取得者，完善地印證了此中深意。

跟隨幻想學(xué)不成名誓不還

機(jī)動(dòng)機(jī)變無(wú)心插柳柳成蔭

　　大家都說(shuō)他是“學(xué)霸”，可他卻說(shuō)：“實(shí)在我以前是個(gè)菜鳥(niǎo)，而現(xiàn)在，也不外剛騰飛。”

堅(jiān)持積累長(zhǎng)風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)

　　終于，他從那些看似橫七豎八的數(shù)據(jù)中發(fā)明了彼此間的接洽，并由此樹(shù)立一種能成功描寫超長(zhǎng)碳納米管成長(zhǎng)的模型。在此實(shí)踐模型下，以前所有的數(shù)據(jù)，哪怕是曾經(jīng)以為的“垃圾數(shù)據(jù)”都能得到公道的說(shuō)明。根據(jù)這種機(jī)理模型的領(lǐng)導(dǎo)，張如范歷經(jīng)3年研究，終于勝利制備出單根長(zhǎng)度到達(dá)半米的碳納米管，這是目前世界上最長(zhǎng)的碳納米管，超過(guò)現(xiàn)有記載的兩倍以上。這項(xiàng)工作發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)納米》（ACS Nano）上后，引起了普遍關(guān)注。美國(guó)納米迷信與技巧網(wǎng)（Nanowerk）、中心電視臺(tái)、國(guó)民日?qǐng)?bào)等多家主流媒體都做了報(bào)道。

——記2013年清華大學(xué)研究生特等獎(jiǎng)學(xué)金獲得者張如范

　　4年前，他從石油化工范疇，轉(zhuǎn)行到生疏的碳納米材料領(lǐng)域；

編纂：范麗

——題記

　　在那里，他很苦悶，很徘徊。一方面，他心坎有著萬(wàn)丈激情，盼望做出“一番事業(yè)”，而有限的學(xué)術(shù)空間卻讓他感到與四周心心相印。“來(lái)到一個(gè)新環(huán)境，如果你不能接收它，被它同化，那你終極只會(huì)被它邊沿化”，張如范說(shuō)道。在掙扎了一年之后，張如范固然門門測(cè)驗(yàn)在院系本年級(jí)排第一，同時(shí)擔(dān)負(fù)院系內(nèi)主要的學(xué)生干部，他仍是斷然毅然地做出一個(gè)旁人看來(lái)近乎“猖狂”的決議——退學(xué)。

　　以研究碳納米管的力學(xué)特征為例，慣例的做法是單根碳納米管固定在專門的力學(xué)儀器長(zhǎng)進(jìn)行丈量。這種測(cè)量個(gè)別需要精度達(dá)到納米級(jí)的專業(yè)裝備。可是張如范所在的實(shí)驗(yàn)室并沒(méi)有這類設(shè)備，怎么辦？

　　4年后，他見(jiàn)證了世界最長(zhǎng)碳納米管在清華實(shí)驗(yàn)室的出生。

研通社記者戴傲

　　張如范創(chuàng)新性地提出，利用一根毛細(xì)管從懸空碳納米管側(cè)面“吹氣”，使其產(chǎn)生曲折，依據(jù)氣速大小、顆粒數(shù)目和粒徑以及碳納米管的彎曲水平來(lái)盤算其受力大小，從而測(cè)量出它們的力學(xué)性質(zhì)。但為了能夠順利實(shí)現(xiàn)“吹氣”法，首先需要使碳納米管生長(zhǎng)在存在必定溝槽的硅片基底上。而在硅片上刻槽的傳統(tǒng)方法是微加工工藝，本錢很高，制造一個(gè)合乎實(shí)驗(yàn)請(qǐng)求的溝槽，成本瀕臨萬(wàn)元。為了可以下降成本，張如范再次思考：既然微加工方法如斯之貴，何不將三塊硅片高低拼接在一起，構(gòu)成一個(gè)溝槽？然而，這種粘接硅片的方法卻面臨一個(gè)要害的難題：沒(méi)有可能耐受1000攝氏度實(shí)驗(yàn)高溫且不揮發(fā)不影響碳納米管生長(zhǎng)的粘合劑。張如范嘗試了大料有機(jī)和無(wú)機(jī)材料，都沒(méi)有成功。忽然有一天，在和師姐聊天中，他靈光一現(xiàn)，心想：何不必金屬箔片作為粘合劑呢？他將小片鋁箔放在硅片之間，而后在高溫下將鋁箔融化。冷卻之后，鋁箔從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，就可以將所粘附的硅片牢堅(jiān)固定住，從而完美地做出實(shí)驗(yàn)所需的溝槽，而且加工成本簡(jiǎn)直為零。

　　他決定先嘗試在碳納米管上掛載別的顆粒，摸清其中的原理，再來(lái)做魏飛老師部署的課題。據(jù)張如范自己回想，他大略累計(jì)實(shí)驗(yàn)了幾十種材料，每一種從設(shè)計(jì)到籌備再到操作，都要破費(fèi)多少天的時(shí)間。就在一直重復(fù)的實(shí)驗(yàn)中，他發(fā)現(xiàn)掛載Ti02顆粒的碳納米管，因?yàn)轭w粒對(duì)可見(jiàn)光有很強(qiáng)的散射才能，從而實(shí)現(xiàn)了光學(xué)顯微鏡下單根碳納米管的可視化察看。他敏感地意識(shí)到這一偶爾發(fā)現(xiàn)當(dāng)面的意思，很快方便用這種景象設(shè)計(jì)出一種簡(jiǎn)略但有效的測(cè)量單根碳納米管力學(xué)性質(zhì)的辦法。他的這一發(fā)現(xiàn)被魏飛老師評(píng)估為足以在《科學(xué)》（Science）上發(fā)表，并最終發(fā)表在材料領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)專業(yè)期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。

　　4年間，他分秒必爭(zhēng)、匠心獨(dú)運(yùn)、變廢為寶，持續(xù)攻克世界級(jí)科研困難；

　　張如范認(rèn)為：“科研的提高，大多來(lái)自堅(jiān)持跟積累。如果自己沒(méi)有始終保持做超長(zhǎng)碳納米管的制備，假如本人沒(méi)有長(zhǎng)期積聚實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有這種對(duì)于科研事業(yè)百分百的付出，不會(huì)有當(dāng)初的研究結(jié)果。”

　　與大多數(shù)人猜想的特獎(jiǎng)失掉者的高出發(fā)點(diǎn)不同，張如范早期的求學(xué)生活歷經(jīng)崎嶇。2004年，他以3分之差和西安交通大學(xué)失之交臂，在家長(zhǎng)和老師的倡議下，“心不甘情不愿”地去了第二意愿的院校。

圖為張如范局部科研筆記和科研記錄。記者范麗攝

　　2009年，張如范以優(yōu)良的成就從本科院校輸送到清華大學(xué)化工系。那年春季，他提前來(lái)到清華做本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，追隨魏飛老師做超長(zhǎng)碳納米管制備與性質(zhì)方面的研討,清華行業(yè)培訓(xùn)班。當(dāng)時(shí)，魏飛教學(xué)最初給張如范制訂的“練手”課題是應(yīng)用碳納米管掛載某種催化劑，研究其反響機(jī)理。然而，這個(gè)課題對(duì)之前從未接觸碳納米管相干常識(shí)的張如范而言幾乎難于登天。只管張如范“折騰”得非常辛勞，但催化劑就是無(wú)奈掛載到碳納米管上，更別提研究反映機(jī)理�？吹絼e人在試驗(yàn)方面突飛猛進(jìn)，他一度發(fā)生了很強(qiáng)的挫敗感。眼見(jiàn)3個(gè)月的畢設(shè)時(shí)光已從前大半，他心急如焚。但生成樂(lè)觀的他并不因而廢棄，而是持續(xù)在這個(gè)課題上盡力。

　　這一連串奇妙的創(chuàng)意在《進(jìn)步資料》（Advanced Materials）上發(fā)表后接踵被天然出版團(tuán)體-亞洲材料（NPG Asia Materials）以及美國(guó)納米科學(xué)與技術(shù)網(wǎng)站Nanowerk兩個(gè)有名網(wǎng)站評(píng)為亮點(diǎn)文章。張如范說(shuō)，“這是一個(gè)看似很‘山寨’的方法，然而背地卻蘊(yùn)含著許多巧妙的構(gòu)思。有句話叫做‘有條件要上，沒(méi)有前提發(fā)明條件也要上’，做研究就須要有這種闖勁。”

　　擅長(zhǎng)和酷愛(ài)總結(jié)積累，是張如范科研工作的一個(gè)寶貝。張如范說(shuō)，他均勻每十天半個(gè)月，便要總結(jié)反思自己這段時(shí)間的科研成果，對(duì)于自己的過(guò)錯(cuò)、怠惰、懈怠，當(dāng)真地進(jìn)行自我批評(píng)。4年的科研路上，他寫下的科研筆記和科研記載已達(dá)十余本。對(duì)他而言，這厚厚的每一本，都是他值得發(fā)掘的寶藏，這些總結(jié)和積累更是他日后良多重大成果的基石。

從“菜鳥(niǎo)”到特獎(jiǎng)的成長(zhǎng)之路

　　對(duì)于這段閱歷，張如范總結(jié)成一句話：“一個(gè)人要敢于直面自己內(nèi)心的膽怯，追隨自己心中的妄想。”

　　張如范的一個(gè)重要研究方向是進(jìn)步碳納米管的長(zhǎng)度，使其達(dá)到米級(jí)甚至更長(zhǎng)，從而為超強(qiáng)纖維等材料的制備供給可供抉擇的材料。然而，這卻是一個(gè)世界性的難題。在從事超長(zhǎng)碳納米管制備的進(jìn)程中，他常常會(huì)碰到碳納米管結(jié)束生長(zhǎng)的情形。屢次失敗后，他經(jīng)常習(xí)慣于把以往所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收拾和剖析，努力從中尋找蛛絲馬跡。

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