鄭 心

中華人民共和國成立初期，隨著中國科學(xué)院力學(xué)所籃球場上一聲響亮的爆破聲，“爆炸力學(xué)”專業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。這個(gè)由錢學(xué)森先生親自命名、鄭哲敏院士傾盡心力創(chuàng)立并延續(xù)的學(xué)科，在其后的幾十年里持續(xù)吸引著大批學(xué)子的目光與熱忱，北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院沖擊波物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室副教授高鑫便是其中一員。薪火相傳間，一個(gè)個(gè)里程碑式的科學(xué)成果向世人證明——爆炸不是僅存于戰(zhàn)火硝煙，和平年代下，煙霧散去，浮現(xiàn)在眾人眼前的更可以是推進(jìn)和平和科學(xué)的火種，只要有人愿意投身其中，潛心研究，便可以將其中的科學(xué)原理發(fā)散應(yīng)用至各行各業(yè)，造福于民。

高鑫

“炸”出來的科學(xué)靈感

爆炸，本質(zhì)來說是一種極為迅速的物理或化學(xué)的能量釋放過程。在此過程中，約束空間內(nèi)的高能量密度源以極快的速度釋放能量，以波的形式向周圍擴(kuò)散，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功、光和熱等能量形態(tài)。其最重要的特征是爆炸體和周圍介質(zhì)之間壓力差的急劇變化，也是造成令人懼怕的毀滅性后果的根本原因之一。這種高速高壓作用下產(chǎn)生的不連續(xù)鋒的傳播還有一個(gè)眾人相對熟悉的名字：沖擊波。

沖擊波可對周圍物質(zhì)起破壞、拋擲、壓縮等作用，產(chǎn)生巨大的災(zāi)害，但卻在爆破拆除、礦山開采等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。除此之外，爆炸產(chǎn)生的瞬間高溫、高壓作用，在天體物理、地質(zhì)勘探、材料合成及加工、食品加工、生物醫(yī)學(xué)等前沿研究方面也有廣泛應(yīng)用。如今，利用沖擊波為驅(qū)動(dòng)的基因物質(zhì)注射、藥物投送，也都是由炸彈“炸”出來的科研靈感。

2020年是高鑫回國加入北京理工大學(xué)沖擊波物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的第一個(gè)年頭。彼時(shí)的他從日本熊本大學(xué)脈沖功率科學(xué)研究所滿載新知而歸，對材料的認(rèn)知實(shí)現(xiàn)了進(jìn)階。求學(xué)時(shí)，二維材料以廣闊的應(yīng)用前景和無限潛力持續(xù)吸引著高鑫的注意。在他看來，雖然安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫等人于2004年通過機(jī)械剝離的方式，從高取向熱解石墨材料表面剝離出了單原子層石墨烯，由此標(biāo)志著材料科學(xué)研究邁入了二維時(shí)代，但諸多已制備的二維材料中，黑磷烯材料帶隙基于層數(shù)可調(diào)，固然有高開關(guān)比和電子遷移率等多重優(yōu)勢，但卻面臨制備工藝的不成熟等問題，限制其材料性能及應(yīng)用的發(fā)展。

那么，該如何實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展？這是高鑫自回國便一直在考慮的問題。經(jīng)過廣泛查閱資料和實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人陳鵬萬教授的指導(dǎo)，與沖擊波手段相結(jié)合的方法被他視作破題的關(guān)鍵，國家自然科學(xué)基金青年基金“脈沖放電法制備黑磷烯及其機(jī)理研究”也應(yīng)運(yùn)而生。“眾多的二維材料中，黑磷烯是一種具有直接帶隙的新型二維材料，于2014年通過機(jī)械剝離、液相剝離等方法成功制備，其分子結(jié)構(gòu)呈蜂窩網(wǎng)狀褶皺結(jié)構(gòu)?！边@是高鑫深思熟慮后的著力目標(biāo)，也是我國材料行業(yè)未來發(fā)展的新希望之一。

目前關(guān)于黑磷烯的研究仍處于起步階段，其制備方法的研究較少且不夠成熟，但這之中脈沖放電現(xiàn)象以瞬時(shí)功率高、可重復(fù)性高，可在極短的時(shí)間內(nèi)形成高溫高壓的優(yōu)勢或可脫穎而出。為證明這一觀點(diǎn)，高鑫帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)采用絲脈沖放電和液相脈沖放電兩種方式分別對黑磷材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。他們將純度達(dá)99.9%以上的黑磷粉末制成細(xì)棒或細(xì)條，結(jié)合高速攝影等觀測技術(shù)，研究脈沖放電制備黑磷烯的機(jī)理。

最終，結(jié)合反復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和脈沖放電過程的詳盡分析，高鑫團(tuán)隊(duì)確定了脈沖放電制備黑磷烯實(shí)驗(yàn)參數(shù)的閾值區(qū)間和黑磷材料脈沖放電特性，為理論計(jì)算和數(shù)值模擬提供了必要的數(shù)據(jù)，重點(diǎn)探究沖擊波加載條件下，黑磷材料的溫度、壓力、致密度等因素對黑磷烯形成的影響，完善并提出絲脈沖放電和液相脈沖放電制備黑磷烯的宏觀、微觀機(jī)理。

新的嘗試帶來了新的突破，但高鑫及團(tuán)隊(duì)都沒有因此而沾沾自喜、止步不前，他坦言，未來的挑戰(zhàn)還在繼續(xù)，但無論是初出茅廬的學(xué)生時(shí)代還是當(dāng)下，他投身科研的初心都從未更改，即厚積科技之力，薄發(fā)創(chuàng)新未來。

量變與質(zhì)變的距離

其實(shí)，更早一點(diǎn)認(rèn)識高鑫的人都會(huì)有所感知，大學(xué)時(shí)代起，這份投身科研、彌補(bǔ)行業(yè)所需的拳拳之心便熱切跳動(dòng)在他的胸膛里。雖然與大多數(shù)擅長理工科的學(xué)生別無二致——擇校擇專業(yè)的因素大多是因?yàn)槌煽兣c天賦，但北京化工大學(xué)的辦學(xué)宗旨和歷史沿革卻也是一眾高校里真正吸引他目光的根本元素之一。這所始建之初便將“宏德博學(xué)、化育天工”八字箴言奉為圭臬的科學(xué)院校，在我國科技發(fā)展水平尚未騰飛時(shí)，就積極開設(shè)了面向高級化工行業(yè)需求的本科專業(yè)，甚至包括同位素分離、無機(jī)鹽、國防化工及高能燃料等專業(yè)，聚力打造志向宏大、道德高尚，能夠變革自然之工巧為人類服務(wù)的高水平人才。“用中國方法解決中國問題，書寫中國故事。”高鑫通過本科4年的積淀對自己的職業(yè)未來做如此理解。也正因?yàn)檫@種態(tài)度與規(guī)劃，研究生時(shí)期，憑借不懈努力和優(yōu)秀成績，他才會(huì)進(jìn)一步選擇到賡續(xù)紅色基因的北京理工大學(xué)繼續(xù)深造。

“德以明理、學(xué)以精工”的校訓(xùn)是北京理工大學(xué)校黨委對學(xué)子懷抱的殷殷期盼，“實(shí)事求是，不自以為是”則是老一輩北理工科研者向無數(shù)意在知識報(bào)國的年輕人提出的基本學(xué)術(shù)準(zhǔn)則。在這里，高鑫固然精進(jìn)了自己的科研思路，掌握了更精準(zhǔn)、扎實(shí)的爆炸力學(xué)知識，但更重要的是，在遇到導(dǎo)師陳鵬萬教授之后，他構(gòu)建起了自己的科研藍(lán)圖和學(xué)術(shù)理想。“那個(gè)時(shí)候是我第一次接觸到?jīng)_擊波的物理化學(xué)反應(yīng)。沖擊波研究本起于戰(zhàn)時(shí)，目的是造成令人聞風(fēng)喪膽的殺傷與破壞，但隨著科技、文明的發(fā)展，人們對于和平的愿望會(huì)越發(fā)強(qiáng)烈。所以這種能瞬時(shí)產(chǎn)生高功率、高溫度的能量源不應(yīng)該用來互相摧毀，而更應(yīng)該被運(yùn)用于新時(shí)代背景下的攜手共建。易破壞的反面正是堅(jiān)強(qiáng)與牢固，只要能破解爆炸的機(jī)制，我們就有望能制造出牢固不破、抗爆炸的材料。”

羅曼·羅蘭在《米開朗基羅傳》中曾經(jīng)言明：“世界上只有一種英雄主義，就是認(rèn)清生活的真相后依然熱愛生活?！倍鴮τ诳蒲泄ぷ鞯恼J(rèn)知，高鑫一直十分清楚：“在旁人看來，這種日復(fù)一日的實(shí)驗(yàn)、分析、計(jì)算的生活是很無聊的。我們身在其中，還要面對三不五時(shí)的熬夜加班、與閑適安逸的作息時(shí)間相違背的工作安排，以及探索未知帶來的無數(shù)次失敗，當(dāng)然也會(huì)有被無力感裹挾的時(shí)刻，但只要知道自己堅(jiān)持的是什么，目的地在哪里，就算真的跌倒了一百次，也終究會(huì)有第一百零一次站起來的勇氣?！彼?，即便前往日本熊本大學(xué)交流訪問期間有身在異鄉(xiāng)、苦其心志的時(shí)刻，高鑫最終銘記的也只會(huì)是導(dǎo)師的諄諄教誨，以及如何大力推動(dòng)行業(yè)發(fā)展，如何有效革新設(shè)備、理論的方法與手段；即便攻讀博士研究生的3年中，整整耗費(fèi)了2年用于歸納、梳理文獻(xiàn)和反復(fù)做實(shí)驗(yàn)，他也沒有急于求成，為了“成績”而隨意發(fā)表學(xué)術(shù)文章。“我相信合理的量變積淀充足以后，一定可以達(dá)成飛躍性的質(zhì)變?！备喏握f。

如今，高鑫依舊獻(xiàn)力于北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院沖擊波物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室陳鵬萬教授帶領(lǐng)的科研主力軍中，這個(gè)隸屬于爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)承接著他幾乎所有的科研夢想：材料的沖擊改性、合成與加工，材料的沖擊變形、斷裂與破壞、含能材料力學(xué)行為、損傷與安全性，爆炸與沖擊問題的數(shù)值模擬……未來，他立志與業(yè)內(nèi)同仁一起，在我國材料革命的浪潮中逐波挽浪、破風(fēng)而行。