郭万林院士:抓住科研的“黄金时代”
2021-03-10 09:25:00  来源:新华日报  
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□ 本报记者 蒋明睿 蔡姝雯

儒雅,是许多人对中国科学院院士、南京航空航天大学教授郭万林的最初印象。全国先进工作者、南京航空航天大学纳米科学研究所所长、江苏省力学学会常务理 事……荣誉和称谓为我们勾勒科研大咖的学术风采和内涵,而当《科技周刊》记者7日与郭院士面对面,更深感他是一个怀有赤子之心的科学家,也正是因为这颗赤 子之心,他才能在基础研究的道路上一往无前数十年。

并非一蹴而就,突破源自积累

蒸发无时无刻不在发生,但你想过蒸发可以直接发电吗?也许未来的办公室中间摆放一方水,靠蒸发就能供一整天的用电需求。这不是什么科幻小说,而是郭万林团队的成果之一。

有趣的是,这项创新性的发现竟来自一次实验中的“失误”。当时国际上有人报道流水的管子里放一片石墨烯会发电,郭万林团队的学生反复实验都没有成功。他查 看实验记录时,发现有一处信号特别强,便追问怎么回事。学生回答是实验结束未关测量记录设备就把石墨烯拿出来导致的。

郭万林敏锐地察觉到此处可能有文章,如果反复放进去、拿出来,或石墨烯不动,让水沿石墨烯波动呢?如果让水滴落在石墨烯上呢?用毛笔拖动又会怎样?这些看 似突发奇想的猜想,通过后面的实验发现了“波动势”“水滴/雨滴势”和“书画势”等水沿石墨烯表面运动产生电势的新的物理效应。

在此基础之上,他们和华中科技大学合作,进一步发现水从材料表面蒸发时也可以产生电。

“水通过蒸发形成云,再到雨、河流、湖泊,自然的水循环昼夜不停地能量转换。”郭万林说,蒸发的能量远远大于全人类现在每年消耗电量的几千倍,也就是说,把这种能量的千分之一用过来就足够人类所有的生产活动。

他把这类以水为媒直接转化我们周围环境中的热能为电能的现象称为“水伏效应”,在水伏领域,实现了“从0到1”的突破。

郭万林笑言,看似是实验中的失误带来了新的突破,其实这既是“必然中的偶然”,也是“偶然中的必然”,成果源自大量基础工作的累积。

时至今日,郭万林仍把引他入门的黄玉珊先生挂在嘴边。当一个懵懂的青年踏入飞机系的门槛,遇上损伤容限设计这一新的飞机结构设计概念,是导师黄玉珊先生的理念把郭万林带进了这一当时的前沿领域研究中。

郭万林用“乐此不疲”来形容当年的自己,飞机结构裂纹竟然蕴藏着丰富的材料学、数学、力学知识,要掌握背后的机制,只能像海绵一样拼命吸收养分。但逐渐 地,他生出一种“不满足”的情绪,二维断裂理论发展得相当完善,但对于实际飞机的三维结构,该理论具有很大的局限性。如何考虑飞机结构三维尺寸和形状,研 究三维结构中的裂纹行为呢?

他日复一日地实验与测算,推翻与重来,终于发现利用三维约束参数的有限特性,能够把无法求解的三维裂纹问题化为可解。这也是国际上首次获得三维弹塑性裂纹问题的理论解。虽然取得了这样的成绩,但郭万林认为自己“只是在前人的基础上往前踏了一小步而已”。

永葆纯粹初心,不甘落于人后

2019年郭万林曾在国际百年断裂力学峰会上就三维疲劳断裂发表邀请演讲,“回家的路上我怎么想都不满足,那些坐在台下的先生早在上世纪五六十年代就创建了弹塑性断裂理论,他们才是先驱,而我只是把他们的理论从二维拓展到三维而已。”

谦逊种在他的骨子里,但不妨碍他提起自己成果时那种孩童般的快乐。“科研带来的惊喜是直达内心的,因为你知道这一个发现将会变成所有人的惊喜。”他也一直是这样做的,除了吃饭睡觉,把所有的兴趣、精力都与工作合为一体。

为什么会养成这样的性格,可能与他早年的经历分不开。从小就愿意对事情“刨根问底”,家里颇为珍贵的收音机和钟表也被他偷偷拆开,想看看里面到底是什么构 造。少年时代在生产队的岁月更让他珍惜能再回课堂的机会,也锻造了他勤劳的品质。停学近六年后初回课堂,他发现自己连基本的数学公式都记不全,别人休息、 玩耍的时间,他都用来看书和解题,这种珍惜光阴的紧迫感、执着学习的拼劲,后来也一直贯穿他的研究生涯,什么事情都要认识透彻才罢休。

今年春节响应就地过年的号召,郭万林也没能全家团聚。大年初一刚吃过饭,他转身回了办公室。“你放假,世界科技不放假啊。”

这种紧迫感,是他长久以来内化于心的思考创新性问题的源泉。准备写本科毕业论文时,指导老师把数学求解孔边裂纹的问题给了他。他的第一反应是:这有人做过 吗?仅用了一个晚上的时间把问题推导出来后,郭万林和老师说:“别人做过的,我再解一遍有什么意思!”从此留下了每次做研究前拷问自己“我都想到了,别人 会想不到吗?”的习惯,力求做别人没做过的事。

郭万林还保持着一个长久的习惯,每周出版的《自然》《科学》周刊,他一定及时认真阅读。他比喻说就像将军打仗前,要通盘了解地形、军情。做科研也一样,没 有丰富的知识网络,不知道别人都在做什么,那就无法一览众山小地展开原创性研究。“科研设备再先进,也永远都是有限的。只有在对各种知识都了然于胸的情况 下,加强深度思考,才能有思维的火花迸发。”

此刻就是春天,踏实做好现在

有朋友和郭万林感慨道:“做研究的黄金时间是不是过去了,怀念读书时能静下心的状态。”他不赞同这一说法,“国家这么支持科技创新,基础研究投入增加10.6%,研发经费在国民经济占比中提高到6%。只要自己能定下心来,任何时候都是黄金时代。”

他的确这样认为,比起当年想了解一个方向的研究文献,要开证明去情报所、北京的图书馆去查阅还未必能找到的时代来说,现在的学生能第一时间接收国际最前沿的成果,也有了一流的科研条件、设备、师资,更应当能潜心研究。

“动机”是青年研究者最应具备的,自驱力能让人锚定目标,不断进步。只想着靠导师交待任务,显然无法成才。实际上老师的作用非常有限,决定一个人能不能出 成果最重要的除了1%的天赋,还有勤奋敬业、勇敢执着的精神。“很多学生刚发表几篇文章,本应渐入佳境,结果他觉得自己可以毕业了就不再继续深入研究。” 这样的例子出现,总让郭万林感到遗憾。

“谋科学引领,树教育自信。”在他看来,科学引领和教育自信是分不开的。只有我们在科学领域国际领先,才会有更多优秀的人才愿意来学习,也会进一步促进科学的发展。

至于如何从基础研究走到成果转化,他用一个波浪线形象地解释:在已有的框架下做所谓的科学研究很容易,这是一个波峰;在已有的技术条件下做一些应用研究也 很容易,这是另一个波峰。但基础研究如何突破、如何应用、能否真正解决问题是三处波谷。“每个环节的人都踏实做好自己的事情,不能要求所有学者既考虑基础 研究,又想着如何落地,成果转化的最后一公里就交由社会和市场两只手来完成,让更多学者安心地拥有纯粹的书房。”

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责编:梅源
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