在原子世界“組裝”新材料

原標題：武漢大學教授付磊帶領團隊用液態金屬實現材料領域新突破

在原子世界“組裝”新材料

在武漢大學化學與分子科學學院教授付磊看來，科研最大的魅力就是能將不可能變為可能。他帶領團隊基于液態金屬體系，實現了溫和條件下多種高熵合金體系的原子制造，在電子信息、能源存儲等材料領域取得新突破。

【資料圖】

兼具液態的可變形性和金屬的良導熱、導電性——聽起來科幻感十足的液態金屬，如今在科研中有了更廣闊的應用。

6月14日，《自然》雜志在線發表武漢大學化學與分子科學學院教授付磊關于液態金屬的最新成果。該研究基于液態金屬體系，實現了溫和條件下多種高熵合金體系的原子制造。

另辟蹊徑，建立液態金屬生長體系

什么是液態金屬？

“液態金屬沒有固定的晶格結構，原子團簇間不斷發生著重組，就像我們日常看到的湖水一樣，每一滴水在湖面上的位置都是動態、不可區分的。”付磊介紹。正是由于這些特性，液態金屬在材料原子制造領域展現出巨大的應用潛能。

傳統使用的固態金屬催化劑表面存在多種缺陷，會導致二維原子晶體的不均勻成核及生長。降低催化劑表面的缺陷，是科學家努力的方向。付磊另辟蹊徑：“兵無常勢，水無常形，不如選用一個‘滿是缺陷的表面’——液態金屬表面，來實現二維原子晶體的均勻生長。”

利用液態金屬表面層離、可變形性、可流動性和體相多空位的特點，付磊團隊實現了原子級精準制造和組裝二維原子晶體。

成就的背后是20多年來的堅持。

2001年，付磊從武漢大學畢業，到中國科學院化學研究所攻讀博士學位，開展碳納米管精準合成的相關研究。2008年完成博士后研究，付磊加入北京大學著力實現二維原子晶體的精準合成，其間他發展了偏析生長方法，實現了晶圓級二維原子晶體的制備，提出二元合金策略，首次實現了嚴格單層二維原子晶體的生長。

2012年，付磊回到母校，入職武漢大學化學與分子科學學院，創建了原子制造實驗室，組建團隊致力于原子晶體的精準合成。此后，他將液態金屬反應體系實現二維原子晶體的原子制造定為科研目標。

在付磊看來，探索未知的樂趣與將未知變成現實的成就感，是科研的巨大動力。在他眼中，各個化學元素都有“獨特的性格”。如何聚焦各元素的差異性、精準組裝成特定的功能結構，創制出具有新效應的新材料，是最讓他著迷的事情。

直面挑戰，將不可能變為可能

經過不斷探索，付磊團隊取得新突破：基于液態金屬體系，實現了溫和條件下多種高熵合金體系的原子制造。他們的發現，極大拓展了高熵合金的組分選擇空間，有望促進其在更多關鍵領域的應用。

高熵合金是一種由5種及以上主元金屬組成的新型合金，在極端條件下結構力學、能源轉換與存儲、醫療器械等領域具有重要的應用前景。但要讓這么多種金屬原子按照設計均勻混溶，需要克服元素之間性質差異大、不相容等難題。

“就像四五個人，他們性格不同、喜好不一，要把他們變成一個高度融合、不離不散的共同體并不容易。”付磊描述，“目前科學家們想要實現各種金屬的強行融合，得依賴苛刻的高溫反應條件來克服原子間不混溶性，并通過淬火等方式保持高熵態。”

在溫和條件下實現高熵合金的多組元原子均勻混溶是可規模化、可定制化精準制造的前提，這個目標極具挑戰性，而付磊團隊最終做到了。付磊說：“科研最大的魅力就是能將不可能變為可能。”

不拘一格，鼓勵學生大膽探索

多年來，付磊獲得過國家杰出青年科學基金資助、湖北省自然科學獎一等獎、中國化學會青年化學獎、“湖北省青年五四獎章”等榮譽。付磊說：“中國有句古話——‘致廣大而盡精微’，我常常對學生們說，我們做科研也要在盡精微中致廣大，這個‘廣大’就是服務國家、服務社會。”

談及教學，付磊堅持既要培養學生的個性，鼓勵學生不拘一格地創造，又要培養學生對科研一絲不茍的嚴謹態度和敏感度。

付磊喜歡與學生探討課題。他常鼓勵學生要基于興趣去探索，“就像是在泳池里隨著靈感，自由游動，找到適合自己的科研方式。我會盡責地當一個合適的‘水位計’，適時提醒水深水淺，幫學生把握好方向。”

對于學生提出的不同意見，付磊總是饒有興趣地與他們討論各種思路的走向，用科研積淀幫學生們梳理想法。在他那間小小的辦公室里，曾無數次傳出學生們爭辯課題的聲音。“大家相互交流、思想碰撞，共同推進課題交叉融合。”博士研究生汪璐陽說。

“科研的道路布滿荊棘，日常的研究工作經常與失敗相伴。”付磊坦言，科研課題陷入僵局，甚至瀕臨放棄都是常有的事情，這個時候，他會和學生溝通，有時是新思路，有時是對課題的重新思考，有時是一些溫暖的鼓勵，讓學生依然保持堅持和專注，保有對科研的熱情與信心。

“剛到實驗室的那段時間，我經歷了很多次挫折，甚至一度想換課題方向。但付老師一直告訴我，做科研不要總想著‘趕時髦’，要能沉下心來認真思考。”博士研究生梁晶晶說。幾名博士研究生一直記得付老師鼓勵他們的話：失敗和等待都是一種蟄伏，為的是厚積薄發的時刻。

“我們要對知識有尊重，對學術有敬仰，對創新有追求，對使命有擔當，這是科研人的責任感和使命感。”付磊說，希望和更多青年研究者在未知的道路上并肩前行。

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