尋“天然”之高道，存平常之本心
——記華東師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院材料系教授徐敏

龐紅碩

徐敏在“中國化學(xué)會第一屆全國纖維素學(xué)術(shù)研討會”上作邀請報(bào)告

大自然是豐富的寶藏，人類的生產(chǎn)生活無不受饋于自然。然而，多年來潛藏的問題已經(jīng)暴露出來，一方面，很多有限的資源不斷地被“榨干取盡”，同時(shí)生態(tài)環(huán)境被污染；另一方面，一些大量的、可再生的資源卻沒有被充分利用。

高分子材料的利用就經(jīng)過了這樣一個(gè)曲折的過程。從有人類開始，人們就本能地使用天然高分子材料，如木材、棉麻、毛皮、絲綢等，而真正認(rèn)識高分子的本質(zhì)卻是在人工合成高分子之后。此后短短100年的時(shí)間，高分子材料已經(jīng)普遍應(yīng)用于生產(chǎn)生活和科技等各個(gè)領(lǐng)域中，人們對合成高分子的依賴幾乎已經(jīng)無法改變。然而隨著石油資源的日漸枯竭，合成高分子帶來的白色污染，包括近些年來愈來愈嚴(yán)重的“海洋微塑料”現(xiàn)象，都不斷地呼喚著人們重新審視高分子材料。對天然高分子的研究和利用，也又一次進(jìn)入了人們的視野。

針對目前存在的問題，華東師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院材料系徐敏教授和她帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，多年來一直深耕于天然高分子領(lǐng)域，進(jìn)行探索研究并不斷取得喜人成果。對天然材料的使用正在從自發(fā)向自覺轉(zhuǎn)變，人類對高分子的利用也將努力完成一次螺旋式的進(jìn)步。

芳草有心，靜待其時(shí)

本科期間，徐敏開始接觸高分子，其后一直在高分子領(lǐng)域不斷探索。從最基礎(chǔ)的高分子溶液理論開始，徐敏打下了深厚的高分子化學(xué)與物理的基礎(chǔ)。研究方向涉及塑料、橡膠彈性體、樹狀高分子以及各種高分子納米復(fù)合材料。從那個(gè)時(shí)候，她就了解天然高分子，并嘗試與自己當(dāng)時(shí)的課題進(jìn)行初步的結(jié)合。2001年，在南京大學(xué)取得博士學(xué)位后，徐敏來到華東師范大學(xué)磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開啟接觸核磁共振，從此開始了高分子材料和機(jī)理研究相輔相成的科研之路。2003年，徐敏博士后出站之后，便選擇了留校任教。憑借在高分子納米復(fù)合材料方面的出色表現(xiàn)，2007年徐敏被評為上海市“青年科技啟明星”。

然而，向自然學(xué)習(xí)，了解天然高分子材料的奧秘是徐敏一直以來的愿望。盡管在前期的科研課題中與天然高分子的交集不多，但這顆種子一直深深地埋藏在她的心里，期待著合適的陽光雨露。

2010年左右，張俐娜院士成功突破了天然高分子溶解的傳統(tǒng)方法，利用NaOH/尿素水溶液低溫成功溶解了纖維素和甲殼素，開創(chuàng)了高分子低溫溶解的技術(shù)，并獲得了美國化學(xué)會的安塞姆·佩恩獎(jiǎng)。這對于天然高分子領(lǐng)域來說是一個(gè)非常令人激動的成果，但同時(shí)也有一些懸而未決的機(jī)理問題亟待解決。恰好在之后的某次會議上，“新星”遇到了“女神”，張?jiān)菏肯Ｍ烀裟軌蛴煤舜殴舱窦夹g(shù)一起探討纖維素的溶解之謎，而這正與徐敏心中一直埋藏的愿望不謀而合。這次會面在一定程度上成為徐敏正式開展天然高分子研究的一個(gè)契機(jī)。她申請了一項(xiàng)國家自然科學(xué)基金，從此開始了天然高分子的研究，希望能夠?qū)σ恍┙Y(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行深入研究，解決那些機(jī)理上的難題。

此后，徐敏帶領(lǐng)課題組利用固體核磁共振技術(shù)在分子層面上解釋了利用低溫溶解纖維素的機(jī)理。此外，還判斷出溶解再生前后的纖維素材料在晶體結(jié)構(gòu)上有著明顯差異，而使用不同溶解體系溶解-再生后的纖維素其晶體結(jié)構(gòu)和晶相尺寸也有不同。正是這種結(jié)構(gòu)上的差異帶來了纖維素再生后性能上的變化。因?yàn)檫@些發(fā)現(xiàn)，使人們對纖維素的了解更深了一層。此外，徐敏還利用核磁共振對纖維素復(fù)合材料進(jìn)行了一系列研究，解釋了纖維素對聚己內(nèi)酯的超增強(qiáng)現(xiàn)象；研究了纖維素溫敏水凝膠中的分子運(yùn)動，這些研究都從分子層面對這些復(fù)合材料的性能來源進(jìn)行了闡述，搭建了結(jié)構(gòu)與性能之間的橋梁。

循序漸進(jìn)，合作共贏

在徐敏的科研生涯中，曾經(jīng)有兩次出國做訪問學(xué)者的經(jīng)歷，一次是新加坡的南洋理工大學(xué)，一次是美國阿克隆大學(xué)。雖然在兩所學(xué)校都只待了短短的一年多時(shí)間，但是在這期間，徐敏充分地集百家之所長，融百家之所思，與自己的專長相結(jié)合，拓寬了知識面。

在新加坡南洋理工大學(xué)，“當(dāng)時(shí)交流的專業(yè)是納米材料領(lǐng)域，尤其是碳納米管這一類當(dāng)時(shí)的明星材料。而我其實(shí)一直也沒有忘記我自己的老本行是高分子。于是我試圖把當(dāng)時(shí)從事的研究跟高分子結(jié)合起來，即高分子復(fù)合材料”。對高分子復(fù)合材料的研究，為徐敏今后的研究提供了更多的可能性。

美國阿克隆大學(xué)是高分子專業(yè)的老牌大學(xué)，很多著名高分子科學(xué)家都出自這里，其中固體核磁共振研究也是特色之一。在這里，徐敏加深了對核磁理論的理解，了解了更多分子動力學(xué)研究方法，結(jié)合自己的研究方向，形成了她在高分子結(jié)構(gòu)和機(jī)理研究的一些新想法。此外，在這里，幾乎每周都會有來自全球各地的優(yōu)秀學(xué)者來做報(bào)告。徐敏盡可能地利用這些機(jī)會，了解高分子領(lǐng)域各個(gè)研究方向的前沿進(jìn)展，拓展自己的視野。

在科研中，徐敏也跟國內(nèi)多所院校進(jìn)行了合作，尤其是利用固體核磁解決其他老師在材料表征方面的問題。但她從不向?qū)Ψ揭笫裁矗瑹o論是經(jīng)費(fèi)還是文章。她說：“做了多少貢獻(xiàn)，就排在哪個(gè)位置；如果貢獻(xiàn)很小，就不應(yīng)掛名?！?/p>

近年來，我國總體的科研水平在國際上已經(jīng)得到較大提升，無論是在基礎(chǔ)科研領(lǐng)域還是在技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域都有了一席之地，但徐敏對科研仍然保持著謙虛的心態(tài)，她認(rèn)為，科研人要“冷靜面對成績?；A(chǔ)研究可以超前，但技術(shù)應(yīng)用應(yīng)該充分評估后果，人類仍需保持對自然的敬畏”。

厚積薄發(fā)，尋求創(chuàng)新

科研永遠(yuǎn)有驚喜。在課題研究過程中，徐敏發(fā)現(xiàn)一些天然高分子水凝膠具有對外界環(huán)境的響應(yīng)性，同時(shí)這些性質(zhì)會隨著反應(yīng)物結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件的改變在很大范圍內(nèi)可調(diào)。這引發(fā)了徐敏的極大興趣，同時(shí)催生了另外一項(xiàng)課題。

很快地，徐敏課題組發(fā)展了多種力學(xué)性能各異，同時(shí)具有各種功能性的水凝膠，如可拉伸、可自愈、形狀記憶等，并且這些水凝膠還對外界的各種刺激有著靈敏的響應(yīng)。將這些功能應(yīng)用于傳感器上，不僅能夠?qū)θ梭w運(yùn)動的頻率、幅度和時(shí)間跨度等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，而且對多種外界環(huán)境刺激如溫度、濕度、鹽度、吹風(fēng)、下雨等也都表現(xiàn)出靈敏的響應(yīng)性。同時(shí)還能對一些復(fù)合作用（比如溫度和應(yīng)力同時(shí)作用）進(jìn)行同時(shí)響應(yīng)和區(qū)分。這一結(jié)果非常有意義。比如人類的皮膚經(jīng)常受到多種刺激的復(fù)合作用，人們可以同時(shí)感知不同的刺激，而這也是人工皮膚或電子皮膚的研究難點(diǎn)。這種突破性的研究結(jié)果對于設(shè)計(jì)具有多種刺激響應(yīng)和特異性識別的水凝膠仿生電子皮膚提供了新的思路。

此外，應(yīng)用水凝膠的特性，徐敏課題組還與儲能專家合作設(shè)計(jì)出了新型的雜化超級電容器，成功突破了水系超級電容器中水的電解電壓限制（1.23V），并不斷提升，目前已經(jīng)達(dá)到2.6V，同時(shí)具有良好的柔韌性和電化學(xué)穩(wěn)定性，在不同程度的彎曲、壓縮狀態(tài)下仍然能夠保持高效穩(wěn)定的能量供給。這些成果顯著提升了柔性水凝膠超級電容器的電化學(xué)性能，有利于進(jìn)一步發(fā)展具有高儲能效率的柔性儲能設(shè)備。這些創(chuàng)新性成果，受到很多科研公眾號甚至媒體的關(guān)注和報(bào)道。

“雪寒不禁錚傲骨，月照枝頭志更濃。”對于徐敏和她的課題組團(tuán)隊(duì)來說，盡管在實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)歷了無數(shù)次失敗，但是“覺得做的事情很有意義”，因此她們?nèi)匀辉谔烊桓叻肿舆@條道路上不斷地探索著更多可能。

回想起自己走上科研之路的歷程，徐敏的臉上浮起微笑。她說，從一個(gè)不知道“高分子”為何物的懵懂少女，走上真正的科研，是一條艱辛而美好的旅程。每一個(gè)階段都遇到了好老師、好向?qū)?，才讓她得以成長。如今，她也經(jīng)常思考如何給學(xué)生更好的幫助，讓他們在科研及今后的人生之路上有更多的收獲。“不僅要提升學(xué)生的科研能力，更重要的是教給他們做人的準(zhǔn)則”。在這方面，徐敏以身作則，努力把自己對科研的感悟和對科學(xué)精神的理解傳遞下去。