前言：
2023年12月7日，2023年度京博科技獎(jiǎng)-化學(xué)化工與材料京博優(yōu)秀博士獎(jiǎng)公布了獲獎(jiǎng)名單。
“京博科技獎(jiǎng)”是山東省樂安慈孝公益基金會(huì)設(shè)立，山東京博控股集團(tuán)有限公司資助，由山東省樂安慈孝公益基金會(huì)與中國化學(xué)會(huì)聯(lián)合舉辦的全國行業(yè)科技大獎(jiǎng)，旨在表彰化學(xué)化工與材料領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的優(yōu)秀人才，以激勵(lì)更多的科技工作者投身創(chuàng)新。
京博科技獎(jiǎng)下設(shè)京博科技卓越獎(jiǎng)、京博科技創(chuàng)新獎(jiǎng)、京博科技進(jìn)步獎(jiǎng)和化學(xué)化工與材料京博優(yōu)秀博士獎(jiǎng)4項(xiàng)子獎(jiǎng)。化學(xué)化工與材料京博優(yōu)秀博士獎(jiǎng)每年評(píng)選一次，共設(shè)1-2位金獎(jiǎng)，5位銀獎(jiǎng)，10位銅獎(jiǎng)。
如果科幻電影照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，會(huì)是怎樣振奮人心的熱血場景？清華大學(xué)化工系魏飛教授團(tuán)隊(duì)白云祥博士關(guān)于拉伸強(qiáng)度超80 GPa的碳納米管管束的研究成果，仿佛朝著《流浪地球2》中太空電梯的浪漫想象邁進(jìn)了一步。
科幻照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，理論牽引未來
2020年，白云祥為第一作者的題為“超耐久性的超長碳納米管”的論文登上了世界頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）期刊，并被選為這一期Science網(wǎng)站的四大推介成果之一。他們通過搭建“聲波共振測試系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了對(duì)單根超長碳納米管耐疲勞性的測試，揭示了超長碳納米管的超耐疲勞特性及獨(dú)特的疲勞破壞機(jī)制。此外，他們通過提出“氣流聚焦法”和“同步張弛法”制備出了拉伸強(qiáng)度超越80 GPa的碳納米管管束，接近單根碳納米管的拉伸強(qiáng)度。
同時(shí)，白云祥還是2023年度京博科技獎(jiǎng)-化學(xué)化工與材料京博優(yōu)秀博士獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)獲得者之一，他所研究的超長水平陣列碳納米管，具有定向性好、缺陷少、長度長等特點(diǎn)，適合作為基本結(jié)構(gòu)單元制備超強(qiáng)纖維材料，并有望進(jìn)一步應(yīng)用于高性能運(yùn)動(dòng)器材、防彈衣、大飛機(jī)、大型運(yùn)載火箭、超級(jí)建筑等領(lǐng)域，與國家的戰(zhàn)略發(fā)展和人民的生活切實(shí)相關(guān)。
研究初有所成，再遇制備難題
目前制備相關(guān)超強(qiáng)纖維遇到的很大問題是單根碳納米管的力學(xué)性能很強(qiáng)，但僅限于納米尺度，一旦組裝到宏觀纖維尺度，強(qiáng)度就會(huì)大幅度下降。白云祥希望能夠找到一種新途徑，能使其在宏觀尺度上也體現(xiàn)納米尺度的優(yōu)異力學(xué)性能。
2018年，在魏飛教授帶領(lǐng)下，白云祥制備出了接近單根碳納米管理論強(qiáng)度的超長碳納米管管束，其拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)超目前所有的商業(yè)纖維材料。相關(guān)成果以《拉伸強(qiáng)度超過80GPa的碳納米管管束》于2018年5月14日在線發(fā)表于納米領(lǐng)域國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然·納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）上。
審稿人評(píng)價(jià)說：“論文作者取得了一個(gè)具有里程碑意義的突破性進(jìn)展，在世界上首次報(bào)道了接近單根碳納米管強(qiáng)度的碳納米管管束。這項(xiàng)工作具有極其深遠(yuǎn)的影響力，它無疑會(huì)引起世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。”
然而，白云祥雖在超長碳納米管的制備和性質(zhì)研究方面取得了不少進(jìn)展，但超長碳納米管的宏量可控制備依然是他目前依然面臨的核心挑戰(zhàn)。
歷經(jīng)失敗錘煉，堅(jiān)定科研志向
白云祥在采訪中談及，他的導(dǎo)師魏飛教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了世界上最大規(guī)模的碳納米管生產(chǎn)技術(shù)，已能夠做到年產(chǎn)萬噸級(jí)。然而，他所涉足的超長碳納米管管束的制備不同于年產(chǎn)萬噸級(jí)的碳納米管類型，為了保證結(jié)構(gòu)完美，其生長條件極為苛刻，會(huì)受反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、停留時(shí)間、水蒸氣含量、催化劑分布、反應(yīng)基底及原料氣的純度配比等多因素的影響。
研究剛開始時(shí)，剛從傳統(tǒng)高分子材料轉(zhuǎn)向納米的白云祥沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，甚至無法確定實(shí)驗(yàn)失敗因素到底是哪個(gè)。有時(shí)，一個(gè)因素還會(huì)影響另一個(gè)因素，耦合起來更是難以控制。另外，反應(yīng)爐需加熱到1, 000 攝氏度以上，但反應(yīng)之后降溫很慢，導(dǎo)致每天也只能做兩次條件實(shí)驗(yàn)。
此外，超長碳納米管的產(chǎn)率很低，乃至用“根”來衡量。更關(guān)鍵的問題是，如何讓一根根看不見的納米管合并成管束。用磁場、電場還是氣流場？這種令人挫敗反復(fù)試錯(cuò)的制備實(shí)驗(yàn)持續(xù)了半年之久，加上后續(xù)對(duì)畢業(yè)問題的憂慮，對(duì)研究成果不確定性的顧慮，白云祥甚至有想過換個(gè)輕松些的課題。
此時(shí)，魏飛教授的一句話點(diǎn)醒了他：“清華的學(xué)生不是來養(yǎng)尊處優(yōu)的。”魏飛教授辦公室深夜常常亮著的燈、與學(xué)生談至深夜的執(zhí)著和認(rèn)真，不僅宏觀指導(dǎo)還親自幫學(xué)生調(diào)研文獻(xiàn)，從教書育人到科研成果產(chǎn)業(yè)化等等，無不證明著光環(huán)與責(zé)任之間的聯(lián)系。“至少要做對(duì)全中國現(xiàn)在或者未來有影響的事，不管它有多難。”魏飛教授的這句話擲地有聲，這也成了白云祥科研路上整裝出發(fā)的勇氣和力量。
科研之路荊棘叢生，一如白云祥眼中以身作則的導(dǎo)師，一如像白云祥一樣執(zhí)著的青年科研工作者，在自己志向的方向里，堅(jiān)定地走得更遠(yuǎn)。
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