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蒋海波 国家创新型项目从2008年年初开始，而选题工作早已在大二上学期开始进行。当初选择材料科学与工程作为自己的专业一样，是因为是一门交叉的先进学科，研究领域涵盖了物理、化学、生物、能源等各个方面。一年多以前，自己以对生物与自然浓烈的兴趣，加入了遗态材料研究的行列。第一次走进实验室，第一次参加研究项目，当初的不知所措可以想象。面对金属基复合材料实验室那些药品、仪器，充满了无限的好奇，也对这次研究经历有着无限的期待。一年过去了，也许已经没有刚开始的期待与手足无措，更多的是对于材料研究的热情，是探索未知世界的渴望！ 一年里，我俨然已是上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室“常客”。还记得第一次接触遗态材料就被它那美丽的结构所吸引。树木、棉花、蝴蝶，这些在自然界的常见的生物，给材料研究人员无尽的灵感。它们与生俱来的结构是自然界进化的产物，而这些光子精细微小结构的引进，必然将会导致人类材料使用的巨大飞跃。功能氧化物是现在材料研究中不得不提到的热点，由于它们在光催化、气体传感、光电转换等多方面的应用，越来越受到人们的关注与重视。如果能结合生物的结构优势，将无功能的木质素、甲壳素等转换成功能氧化物，这样遗态材料的研究就开始了。 在项目组里，我的工作主要是独立及与项目成员合作使用二氧化钛对蝴蝶、木块、棉花的精细结构进行复制，并研究其在各个领域的潜在应用。从一开始的阅读大量相关文献开始，我渐渐认识到了我们的研究工作的内容与进行方式，也逐渐了解到对于一个项目的研究方法，虽然那时对于研究还是处于被动的状态，大量的信息与实验方案 遗态材料的工作从木块开始，考虑到它结构的稳定、不易破坏、成本低而且其多孔的结构会使合成的功能氧化物的性能得到很大的提高，并且其合成方法比较成熟于简单。当然，我们的研究不是照搬文献中的实验。为了更好更快的得到具有木材结构的二氧化钛结构，我们采用了超声的方法，其可在局部提供极限的环境，高温高压等等。这一方法是在遗态材料研究中从未报道过的，具有独创性。在老师的指导下，实验开始了，但进行的并不顺利。 经过木块的探索，之后的研究工作理应会变得更加简单，但材料的改变给我们带来了另一个挑战，易破损的蝴蝶与几乎没有研究论文的棉花。我在研究中扮演的角色有发生了改变，我更多地参与到实验的讨论中，也更多地对实验的方案和进一步的计划提出自己的意见。从小方面的改变超声功率，超声时间，到研究计划的拟定，如为改善蝴蝶复制的完整性及检测，提供具体实施方案。主动性大大提高，也提出过对某些样品进行一些测试的要求。 蝴蝶是自然界中美丽生物的代表，其美丽的色彩来源与起蝴蝶翅膀鳞片上精细光子结构对光产生的效应，对蝴蝶材料的复制的难度在于它的翅膀很薄，容易破损，如果直接复制木块的复制方法，会对蝴蝶翅膀的结构造成很大的破坏，如果还是采用普通的溶胶凝胶法实验时间又会比较长，没有提高，所以减小超声功率、缩短超声时间成了必然。研究的过程还是充满着困难，我们从第一次复制蝴蝶，蝴蝶在超声器中由于功率太大造成蝴蝶翅膀粉碎，到最后完整的在SEM下看到精细完整的蝴蝶鳞片的结构，兴奋的心情溢于言表。美丽的网格，精细的脊的结构，在复制下，完全复制到了功能氧化物二氧化钛中，也知道项目组另一个成员也成功将其复制到了功能氧化物氧化锡中。而我们面对的另一个难题就是复制的量的问题，一直以来，复制蝴蝶的工作只能得到少量的粉末，而经过对预处理的工序的调整，我们合成的材料越来越多，也使得很多性能测试成为可能，经过一段时间的发展，相信蝴蝶的自然优势最终能运用到人类生活中来，起到重要的作用。 研究是一个继承与创新并重的过程，我们在研究中要重视对前人研究成果的总结，吸取有价值的经验利用到我们自己的研究中来，更重要的是在此基础上进行改变、创新，以得到更好的材料。在木块、蝴蝶之后我又开始了对棉花结构的研究，棉花的丝状结构如果能进行复制，那将成为空心管状结构会对材料的性能有显著的提高。不同的烧结方法、不同的前驱体溶液等参数得到了几种不同的样品，虽然测试方法类似，但我成功地比较了起在不同参数下合成的复制的棉花结构二氧化钛的光催化性能，虽然不成熟，但也是创新的路上踏出了自己的步子。 正如上面提到的，材料研究是一个交叉学科的研究，也是一个离应用最接近的研究。材料的发展决定着社会的发展，每次材料的变迁都会导致社会的巨大变化。遗态材料是这次国家创新型项目的主题。自然，给了材料人无限的灵感，在自然的结构里遨游，会让人充分发挥自己的潜能，它是那样的美丽与神奇，为人类提供了很多种可能。在这个项目里，我从一个单纯在大学学习知识的学生，通过研究，完善了自己，让自己在研究的领域上跨出了第一步。也许现在还不能确定之后的工作，但我经过此次项目的参与，让我再一次树立了这个理想——成为材料领域的科学家或工程师；也许还不能确定以后的工作领域，但这次项目给我带来的学习能录、研究能力、创新能力的提高，无论今后在哪个领域都会收益无穷。很荣幸参加了第一期国家大学生创新型项目，虽然结题了，但我们的工作还会继续，我们的研究道路还有很长。 【蒋海波，上海交通大学材料科学与工程学院2006级材料科学与工程专业，第一期“国家大学生创新性实验计划”——“生物精细光子结构的仿生构筑和特性响应”项目参与人；指导教师：朱申敏副研究员,上海交通大学材料科学与工程学院】 |
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