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，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

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。從那個時候，她就了解天然高分子，并嘗試與自己當(dāng)時的課題進(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)實驗室，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。這對于天然高分子領(lǐng)域來說是一個非常令人激動的成果，但同時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”，張院士希望徐敏能夠用核磁共振技術(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契機(jī)。她申請了一項國家自然科學(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。因為這些發(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)時的明星材料。而我其實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)者來做報告。徐敏盡可能地利用這些機(jī)會，了解高分子領(lǐng)域各個研究方向的前沿進(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?，無論是經(jīng)費(fèi)還是文章。她說：“做了多少貢獻(xiàn)，就排在哪個位置；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，同時催生了另外一項課題。

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、幅度和時間跨度等信息進(jìn)行實時檢測，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。同時還能對一些復(fù)合作用（比如溫度和應(yīng)力同時作用）進(jìn)行同時響應(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)注和報道。

“雪寒不禁錚傲骨，月照枝頭志更濃?！睂τ谛烀艉退恼n題組團(tuán)隊來說，盡管在實驗過程中經(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。每一個階段都遇到了好老師、好向?qū)В抛屗靡猿砷L。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?！安粌H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。