柯小行：“見微知著”的青年科學(xué)家

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同樣是碳單質(zhì)，為什么鉆石具有超硬的力學(xué)性能，并閃耀著灼灼光芒，而鉛筆芯其貌不揚(yáng)，并被橡皮一擦就掉？同樣是凈化汽車尾氣催化劑的貴金屬材料，為什么有的用量多、單價(jià)貴，而有的用量少、價(jià)格低廉，并且凈化性能更好？性能差異的秘密，往往就藏在材料微觀結(jié)構(gòu)的差異上。

北京工業(yè)大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)與性能研究所副教授、北京“海聚工程”青年項(xiàng)目入選者柯小行博士就致力于通過觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)，揭示材料性能差異的秘密，進(jìn)而推動(dòng)更優(yōu)性能材料的制造。“見微知著”是對(duì)她科研工作最好的形容。

打開新世界的大門

柯小行來自浙江，聲音甜美，有著江南女子的婉約氣質(zhì)，一時(shí)讓人很難將她與普通人印象中枯燥的科研工作聯(lián)系起來。她的科研之路起始于浙江大學(xué)，本科就讀于材料科學(xué)與工程專業(yè)的她一次隨學(xué)長(zhǎng)參觀實(shí)驗(yàn)室，透過電子顯微鏡她第一次領(lǐng)略到了微觀世界的魅力。

“在透射電鏡下，每項(xiàng)材料的內(nèi)部紋理都被呈現(xiàn)得非常清晰，太神奇了，仿佛整個(gè)世界都不同了。”從此，她打開了新世界的大門，走上了材料物理學(xué)的科研之路。

本科畢業(yè)后，她遠(yuǎn)赴比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)攻讀物理學(xué)專業(yè)。雖然很多人對(duì)安特衛(wèi)普大學(xué)并不像對(duì)牛津、劍橋一樣熟悉，但在電子顯微學(xué)領(lǐng)域，安特衛(wèi)普大學(xué)擁有世界著名的電鏡中心之一EMAT。

在這個(gè)著名的電鏡中心，柯小行師從比利時(shí)皇家科學(xué)院院士、安特衛(wèi)普學(xué)派大師Gustaaf Van Tendeloo教授及透射電鏡三維成像學(xué)先鋒人物Sara Bals教授，取得了博士學(xué)位，并獲得了比利時(shí)顯微研究學(xué)會(huì)（BSM）頒發(fā)的材料類唯一的“2011年度優(yōu)秀博士論文”獎(jiǎng)。此后，她留在安特衛(wèi)普大學(xué)繼續(xù)從事博士后研究。博士后期間，她研究碳納米管、石墨烯等各種自己感興趣的材料，極大地拓寬了自己的研究視域。

在比利時(shí)的科研生活是豐富充實(shí)的，但柯小行從沒想過要留下來，但對(duì)于什么時(shí)候回國也沒有想好。

“在國外的日子很開心，導(dǎo)師親切，同事也好，科研氛圍很自由，直到有一個(gè)周末，我沒有去實(shí)驗(yàn)室，外出回來坐在地鐵里，想象著自己年老的樣子，要一直在這個(gè)異鄉(xiāng)國度待下去嗎？”一種不安襲上柯小行的心頭。

此心安處是吾鄉(xiāng)。從那一刻起，柯小行覺得該回國了。

結(jié)緣北工大

下了回國的決心，柯小行便開始篩選國內(nèi)合適的單位。當(dāng)時(shí)除了北京工業(yè)大學(xué)以外，還有一所知名高校也向她發(fā)出了邀請(qǐng)。而當(dāng)她實(shí)地感受了北京工業(yè)大學(xué)后，便很快做出了選擇。

2013年中，柯小行還在比利時(shí)從事博士后研究，她利用假期特意轉(zhuǎn)道北京，拜訪了固體微結(jié)構(gòu)與性能研究所的隋曼齡教授。隋教授學(xué)養(yǎng)深厚，是教育部“長(zhǎng)江學(xué)者”和基金委“杰出青年”，在國際知名期刊上經(jīng)常可以看到隋教授的研究成果。那次面對(duì)面的交談讓柯小行深深感受到了隋教授的人格魅力，她希望能與這樣的學(xué)者一起工作。

在科研設(shè)備上，當(dāng)時(shí)研究所正計(jì)劃購置世界上最先進(jìn)的透射電鏡，“訂單都已經(jīng)下了”，毫不遜色于她在比利時(shí)使用的設(shè)備。

而接下來與學(xué)校人事部門的溝通更是讓她徹底安了心。人事部門的老師向她詳細(xì)介紹了北京“海聚工程”政策和學(xué)校的各類支持政策。“非常清楚明白。”柯小行當(dāng)下就決定到北京工業(yè)大學(xué)工作，并著手申報(bào)北京“海聚工程”。

之后的一切都非常順利，柯小行成功入選北京市“海聚工程”，于2014年入職北京工業(yè)大學(xué)，并拎包入住學(xué)校提供的公寓房。這讓她幾乎無縫銜接地投入到了科研工作之中。

入職3年多來，她已經(jīng)完成了1項(xiàng)國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目，并承擔(dān)了北京市教委資助項(xiàng)目和北京市科技新星項(xiàng)目，入選了北京工業(yè)大學(xué)首批“青年百人”和北京市“科技新星”。

“每個(gè)材料的微結(jié)構(gòu)里，都隱藏著巨大的秘密。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)這些秘密后，可以反過來指導(dǎo)材料設(shè)計(jì)和性能改進(jìn)，這也是電子顯微學(xué)存在的意義。”柯小行強(qiáng)調(diào)。

她的研究方向涵蓋了超高分辨透射電子顯微學(xué)、納米材料的三維電子重構(gòu)、氧化物異質(zhì)結(jié)界面物理化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。在這些基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，她已經(jīng)發(fā)表了近80篇學(xué)術(shù)論文，其中多篇發(fā)表在Nature Communications、Nature Photonics、Small等具有國際影響力的學(xué)術(shù)期刊上。此外，她還多次受邀在國際學(xué)術(shù)研討會(huì)上做報(bào)告。

“自己有很多想做的事，尤其是在電子顯微學(xué)領(lǐng)域。”柯小行說，“例如，納米材料的三維電子重構(gòu)就是將我們看到的平面材料，利用三維重構(gòu)的方法，讓材料呈現(xiàn)出它在三維空間的全面結(jié)構(gòu)，從而為材料改進(jìn)性能提供更多依據(jù)。”

雖然想做的事很多，但對(duì)于科研，柯小行是極為認(rèn)真的。她認(rèn)為科研最重要的是嚴(yán)謹(jǐn)，來不得一點(diǎn)馬虎，更不要有急功近利、弄虛作假的成分。嚴(yán)謹(jǐn)是基本的職業(yè)道德。除此之外，還要有懷疑一切的精神，這是創(chuàng)新的重要品質(zhì)。

不辜負(fù)學(xué)生的師者

除了做科研，柯小行還“教科研”。在北工大面向優(yōu)秀本科生設(shè)立的樊恭烋學(xué)院中，她為本科生開設(shè)了一門叫“科學(xué)研究方法導(dǎo)論”的課程。

這門課程面向來自全校不同專業(yè)的本科生，目的是培養(yǎng)他們對(duì)科研的興趣，并逐步掌握科學(xué)的科研方法。課程全英文教學(xué)，而且沒有現(xiàn)成的教材，一切都需要教師從頭設(shè)計(jì)，很有難度。但在海外從事多年科研工作的柯小行知道，這門課程非常有意義，也希望將自己對(duì)科研的熱愛和心得體會(huì)傳授給初入大學(xué)的孩子們。

“既然是傳授科研方法，就要側(cè)重教學(xué)過程，不能照本宣科，讓孩子們多做開放性課題，在日常作業(yè)中提升表達(dá)能力。”因此，這門課的一個(gè)重要組成部分便是學(xué)院獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)的Keystone研究計(jì)劃，由學(xué)生組成課題組，選擇自己感興趣的問題開展研究。而柯小行則指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)方法調(diào)研文獻(xiàn)、做實(shí)驗(yàn)、評(píng)估數(shù)據(jù)，最終產(chǎn)生出創(chuàng)新成果，并形成課題報(bào)告。

在她辦公室不大的柜子里，放著厚厚的幾本學(xué)生提交的課題報(bào)告。柯小行甚至還保留著學(xué)生提交的第一版課題報(bào)告，上面密密麻麻都是柯小行的批注。

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，柯小行還專門為這門課程開設(shè)了微信公眾號(hào)，公眾號(hào)的歡迎語是這樣的：“視官微菌心情，不定期推送課程相關(guān)信息、作業(yè)及好玩的文章”，文風(fēng)俏皮可愛，貼近年輕人。

“上課時(shí)間有限，很多內(nèi)容來不及說，就在公眾號(hào)上寫出來，孩子們也特別可愛，每當(dāng)我發(fā)布教學(xué)互動(dòng)，并注明前三名回答者免一道作業(yè)題時(shí)，學(xué)生們都非常踴躍。”有時(shí)，她還會(huì)自費(fèi)買一些書，以獎(jiǎng)品的形式送給孩子們。

事實(shí)上，柯小行本身的科研任務(wù)也很重，經(jīng)常需要加班做實(shí)驗(yàn)。但她仍然花費(fèi)了大量精力在教學(xué)上，“科研和教學(xué)都要花精力，不能偏袒任何一個(gè)。每次看到孩子們學(xué)習(xí)投入、作業(yè)認(rèn)真的樣子，即使自己加班加點(diǎn)，也不能辜負(fù)他們。”

2017年，柯小行在北京工業(yè)大學(xué)“我最喜愛的教師”評(píng)選中被學(xué)生評(píng)為“立德樹人”榜樣。她在朋友圈里這樣寫道“雖然我也沒有很多獎(jiǎng)牌，但這一定是我最最珍愛的一塊。未來也要更加努力，才對(duì)得起這沉甸甸的字”。

青年科學(xué)家的使命感

前不久，柯小行在北京市科委“科技新星”項(xiàng)目的資助下，前往德國參加了一個(gè)由德國于利希研究中心舉辦的能源系統(tǒng)國際暑期學(xué)校，與來自各個(gè)國家的青年學(xué)者就能源技術(shù)與效率、能源安全和能源政策、環(huán)境挑戰(zhàn)和氣候變化等領(lǐng)域進(jìn)行了研討和學(xué)習(xí)。

與以往參加的專業(yè)性很強(qiáng)的學(xué)術(shù)會(huì)議不同，這次的培訓(xùn)與會(huì)者背景多樣，既有研究能源技術(shù)的，也有研究能源政策的，從各種角度對(duì)能源這一話題進(jìn)行了探討。她還在交流中向各國的青年學(xué)者介紹了中國近年來在可再生能源領(lǐng)域取得的長(zhǎng)足進(jìn)展，表達(dá)了中國在未來提高可再生能源使用比例、促進(jìn)節(jié)能減排上的決心。

“通過這次培訓(xùn)，我發(fā)現(xiàn)中國作為一個(gè)大國，能否履行在應(yīng)對(duì)全球氣候變化上的承諾，在國際上確實(shí)很受關(guān)注。”

這讓柯小行得以從更大背景下去審視自己的科研和教學(xué)。柯小行談到，以往對(duì)于這方面，只是作為一個(gè)研究的引言“放在那兒”。而現(xiàn)在，她真正體會(huì)到了自己所做研究對(duì)國家、對(duì)世界的意義。

“會(huì)更有使命感地去做科研。”

鏈接：

柯小行，北京工業(yè)大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)與性能研究所副教授，碩士生導(dǎo)師，北京市“海聚工程”專家（青年項(xiàng)目）。浙江大學(xué)材料專業(yè)學(xué)士、碩士，比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)物理學(xué)博士，比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)物理系電鏡中心博士后。2014年11月，進(jìn)入北京工業(yè)大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)與性能研究所工作。截至目前，發(fā)表學(xué)術(shù)論文近80篇，受邀發(fā)表綜述文章，并做國際學(xué)術(shù)研討會(huì)邀請(qǐng)報(bào)告多次。所獲榮譽(yù)還包括北京工業(yè)大學(xué)“青年百人”（2015年）、北京市“科技新星”（2016年）稱號(hào)。