江雷：師法自然

郭玲

“Game?changers”——?不久前，Nature增刊Nature?Index遴選2015—2020年自然指數五強國家（美國、中國、德國、英國、日本）的五位杰出科學家代表，對他們的工作以“Game?changers”為題進行專題評述報道，中國科學院院士、中國科學院理化研究所研究員江雷作為中國代表入選。Nature根據國際上最具影響力的82種自然科學類期刊指出，江雷研究員是2015—2020年期間在仿生、納米材料領域世界最具影響力的作者。

近年來，江雷帶領團隊從事的仿生超浸潤領域研究引發了國際范圍內的研究熱潮。截至目前，世界上共有94個國家、超過1400個研究單位從事超浸潤領域的研究。在能源、健康、資源、環境、材料、化工等領域，人們都能夠看到來自江雷團隊的超浸潤界面材料體系方案。他和他的團隊，無疑成為這一領域研究的推動者與改變者。

有所發現，有所發明，有所創造

亞里士多德曾經說：大自然的每一個領域都是絕妙無倫的。人類自古以來都向大自然學習：研究鳥類，發明了飛機;研究人體，開發了生物材料;學習大自然，發現大自然的奧秘，并能運用大自然為人類提供新認知和新工具。

“大自然已經發明了一切，我們只需要不斷發現?！睂τ诮讈碚f，科學研究最高的境界莫過于“有所發現、有所發明、有所創造”，達到“從無到有”“無中生有”的至善境地，才能為國家、對社會乃至世界作出杰出貢獻。這始終是他從事原創性科研的宗旨。

出淤泥而不染，因為這一特質，荷葉自古以來就被賦予高尚的象征。然而荷葉的這種自清潔性能，長久以來卻并不被人認識。

通過對荷葉表面結構的分析，江雷發現荷葉表面的微納結構是賦予荷葉特殊超疏水性的原因。荷葉上存在的許許多多納米孔，在水滴、油滴，乃至所有液體滴在這個界面的時候，都會形成一層氣膜，使水或油都不能侵入這個表面，因此產生疏水、疏油的效果。同樣，經過凹凸納米結構處理過的織物，也能表現出疏水、疏油的特性。

正是從這一發現出發，江雷揭示了自然界中具有特殊浸潤性表面的結構與性能的關系，提出了“二元協同納米界面材料”設計體系;在超雙親/超雙疏功能材料的制備、表征和性質研究等方面，發明了多種超疏水性界面材料的制備方法，制備出多種具有特殊功能的仿生超疏水界面材料。

“選題是科學研究的關鍵，創新是科學問題的本質，選擇研究方向需要守正出奇。”江雷始終強調，科學研究的關鍵在于如何提出真正原創的科學問題，做出具有獨特性和社會性的標志性工作?！耙驗橄嘈?，所以看見?！闭劦絼撔驴茖W研究，江雷說，要追求已有規律指導下的不可預見性，往往需要在行動中抓住偶然的機會。

人一輩子認真做好一件事即可，對其他事不要過于分心——老師的言行始終影響著江雷，并成為他科研路上的座右銘。

江雷科學研究生涯中的這個機會，出現在1992年。那一年，畢業于吉林大學的江雷作為中日聯合培養的博士生進入日本東京大學藤島實驗室深造，師從日本著名光化學家、被譽為“光催化之父”的藤島昭。

剛進入日本藤島實驗室時，恰逢國際上納米界面材料研究剛剛興起。他憑敏銳的直覺認為：納米界面材料研究將是世界科學研究的前沿陣地、國家戰略需求的關鍵堡壘，在未來國際科技和經濟發展中越來越重要。

但實驗室的生活是枯燥的。在日本留學的幾年里他夜以繼日地工作，幾乎每天都是在電子顯微鏡和脈沖激光前度過。終于，他和同事通過實驗發現，在紫外光照射下，水滴在二氧化鈦表面會自然展開，二氧化鈦表現出反常的“親水”效果。這個發現讓他聯想到我國古代“陰陽合一”的哲學原理。根據這一哲學思想，他大膽設想這個表面存在著親水和疏水的納米結構，從而促使表面出現親水性，如果這種界面存在的話，它在宏觀上必定還會親油。實驗結果證實，該表面確實具有“雙親性”。在1998年春季的日本化學學會上，江雷首次提出“二元協同納米界面結構”理論。

“難得糊涂”

在日本留學期間，每到過年，包括江雷在內的留學生都會被藤島昭邀請去自己家喝酒。有一次，?藤島昭指著墻上的“難得糊涂”問江雷：“江，你知道這是什么意思嗎？”江雷毫不猶豫地說：“當然知道，意思是遇事不要太聰明了，糊涂點兒好?！碧賺u昭聽了卻搖搖頭說：“不是，我的理解是，一個人一生只要把一件事徹徹底底弄明白就可以了，其他的事情都可以糊涂。”

人一輩子認真做好一件事即可，對其他事不要過于分心——老師的言行始終影響著江雷，并成為他科研路上的座右銘。

1999年，江雷拒絕國外機構的挽留邀請，毅然回國效力。他的回國得到了中國科學院化學所領導的熱情響應。為鼓勵他干一番大事，中國科學院化學所領導在他回國后兩天內就解決了他的住房、職稱以及配套經費等問題，免去了他一切后顧之憂，還讓不到40歲的江雷入選了“中科院百人計劃”。

回國后，江雷主持了國家“973”“863”以及“十五”攻關等多個項目，相繼將“二元協同納米界面材料”這種“功能納米界面材料”技術應用于紡織、建材等領域，成功地開發了一系列紡織產品和建材產品。同時，他又在功能性界面材料研究領域進一步提出了“超親水和超疏水的開關材料”，這個重要研究成果在?DNA芯片、蛋白片、可控藥物載體輸送和紡織、建筑材料等方面具有廣泛的應用前景。

國際納米學界和產業界的專家們認為，這種隨著溫度變化可以控制水滴自由滾動（超疏水）或是水滴完全鋪展開（超親水）的“超級開關”材料的研制成功，標志著江雷領導的研究小組在特殊浸潤性功能納米界面材料的研究上又邁上一個新臺階。E3151E09-23D9-4F69-A62C-74E33E78D2AB

因為在納米材料領域成績卓著，2009年，年僅44歲的江雷當選為中國科學院院士;2016年成為美國國家工程院外籍院士。

2018年他獲得“納米研究獎”。“納米研究獎”評委會評價其是世界范圍內最杰出的科學家之一，做出了很多創新性和前瞻性工作，將仿生超浸潤界面材料體系推向物理化學的前沿。

在應用方面，其開發的十余項超浸潤界面材料體系方案被應用于能源領域（濃差發電、高效傳熱）、健康領域（癌癥檢測、醫用導管）、資源領域（淡水采集、石油增采）、環境領域（油水/乳液/染料分離、農藥增效）、材料領域（微加工技術及制備技術）、化工領域（高效高選擇性催化體系）。目前其已有授權專利70余項，其中一些專利已經實現了技術轉化。2021年，超浸潤性技術還入選IUPAC化學領域十大新興技術。

自2020年以來，江雷的研究領域則集中在動態超潤濕性。他試圖回答生命科學中一個非常重要的問題，即生命體系是如何實現超低能耗的高效能量轉換、信息傳輸和物質合成的？而這一研究，又將推動神經科學和腦科學的發展，發展量子離子學技術，開發具有高通量、高選擇性和低能耗的未來化學化工反應器，并將產生一系列顛覆性技術。

“科學家的另一個含義必須是教育家“

2017年9月10日晚7點，中國科學院大學雁棲湖校區國際會議中心報告廳盛況空前，容納500人的報告廳涌進了近千名學生。講臺上、講壇前、過道里全部坐滿和站滿了慕名而來的學生，他們翹首等待的正是江雷——中國科學院大學未來技術學院“未來大講壇”的第一講主講人。

“江雷的雷，是‘如雷貫耳的雷?！睂W生們都說，江雷鼎鼎大名，不僅是因為他在仿生智能界面材料和超浸潤領域所做的諸多原創性工作，也在于他在外人眼中的許多“標新立異”和“特立獨行”。

那一晚，他為在場的學子們帶來一場啟迪心靈的科研報告《向自然學習的創新科研與科學生活》。

“科學家的另一個含義必須是教育家?！痹谝淮卧菏孔稍儠希字赋觥叭瞬乓约簛砼囵B”，學生有自由空間，導師做方向指導，不給學生過多負擔?！霸u價教書育人的科學家，一方面是看科學貢獻，另一方面是看人才培養，科學發展的未來歸根結底是人才的培養?！苯妆硎?。

在人才培養上，江雷將自己的科研思想分享給學生。中國科學院大學2003級碩博連讀生夏帆回憶：“江老師說要以‘正奇相生、奇正轉換的思想開展創新研究，將‘道法自然、‘實事求是等與科研路徑相結合，強調在科研過程中向自然學習的重要性。”基于此，他參與了表/界面浸潤性研究和納米孔道的研究工作，發展了系列具有響應性浸潤性的功能材料，構筑了系列固態的響應性納米孔道。

常言道嚴師出高徒，江雷認為，“嚴格的前提，是能夠像對待自己孩子一樣對待學生。導師就是慈母和嚴父的統一?！?/p>

江雷的用心良苦，被學生們看在眼里，記在心里。夏帆說：“‘為師滿眼皆賢才是江老師常說的一句話。江老師要求嚴格，但我們明白，這都是愛我們、為我們好的體現。”如今，夏帆在中國地質大學（武漢）材料與化學學院任院長，并用實際行動踐行著老師江雷的育人理念。

董智超是江雷的2011級碩博連讀生，提起老師江雷，他說自己“是一個非常幸運的人”。2010年夏天，本科大三的他正在考慮去哪里讀研。在聽完江雷一個小時的“沉浸式”仿生界面科學報告和“水黽在水上飛”故事后，他堅定了從事科研的決心。

碩博期間，董智超在江雷指導下，利用超疏水涂料噴涂有效抑制了水的繞流，即使在泥濘道路上“健步如飛”，也不會迸濺泥水到褲腿上。“在科研生活中，江老師既是我的導師，又似特別親的長輩，有時又像沒差幾歲的兄長。討論工作時，江老師很嚴肅，總有非常多的想法，但討論結束快離開辦公室時，江老師又經?？洫勎易罱难芯窟M展?！?/p>

2016年博士畢業后，董智超先后任中科院理化技術研究所研究員、中國科學院大學博士生導師，繼續圍繞仿生液體繞流調控材料開展更為深入的研究工作?！熬嚯x第一次遇見江老師，已經過去11年。在我的記憶里，‘水黽水上飛的故事還是那么精彩。”董智超回憶道。E3151E09-23D9-4F69-A62C-74E33E78D2AB