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江雷院士丨從荷葉、魚鱗、仙人掌中吸取科研靈感，師法自然...

來源：時間：2023-02-27 11:48:10 瀏覽：2782次

江雷，中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員、博士生導(dǎo)師，無機(jī)化學(xué)家、納米材料專家，北京航空航天大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院院長、中國科學(xué)院大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院院長，中國科學(xué)院院士、發(fā)展中國家科學(xué)院院士、美國國家工程院外籍院士、澳大利亞科學(xué)院外籍院士。

作為仿生領(lǐng)域的先驅(qū)者和推動者，江雷院士迄今為止在包括Nature、Science、Nat. Nanotechnology.、Nat. Mater.、Nat. Comm.、Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Adv. Mater.等頂級學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文1000余篇，總引用量高達(dá)17萬余次，H因子193，且多次作為Highlight在Nature、Science及其系列期刊報道，已獲發(fā)明專利授權(quán)70余項，并擔(dān)任多個國際期刊編委。

圖1 谷歌學(xué)術(shù)檢索江雷院士學(xué)術(shù)成果信息

然而，就是這樣一位頂級的學(xué)術(shù)大佬，成名研究卻起始于人們生活中不起眼的荷葉、楊樹葉、蚊子、蜘蛛絲等大自然事物，并據(jù)此開辟了國內(nèi)的仿生領(lǐng)域，也推動了該領(lǐng)域在世界范圍內(nèi)的飛速發(fā)展！

本期，筆者就帶領(lǐng)大家走進(jìn)見微知著、師法自然的江雷院士！

傳奇伊始

1965年3月，江雷出生在吉林長春，祖籍江蘇鎮(zhèn)江，父親是吉林大學(xué)化學(xué)系的教授，母親是化學(xué)專業(yè)雜志的主編，妥妥的書香門第。

在家庭的影響下，江雷無憂無慮的度過了童年、小學(xué)，但成績卻并不出色。家庭條件優(yōu)渥的他體會不到貧苦人家寒窗苦讀、立志出人頭地的迫切，對待學(xué)習(xí)反而有點漫不經(jīng)心、吊兒郎當(dāng)。

1976年，上初中后，江雷的這種情形越發(fā)嚴(yán)重。再加上當(dāng)時正處于叛逆年紀(jì)，江雷的成績在班上甚至經(jīng)常排倒數(shù)，父母看在眼里，急在心里，卻苦于勸說無用。還好他碰到了當(dāng)時的班主任穆懷榮老師和后來的賈明老師，正是兩位師者的因材施教和無私幫助，叛逆的江雷的學(xué)習(xí)成績逐漸走上了正軌。

圖2 江雷中學(xué)時期的恩師穆懷榮（左圖，右二）和賈明（右圖）

1979年秋，江雷以優(yōu)異的成績進(jìn)入東北師范大學(xué)附屬中學(xué)。

三年后，江雷又以優(yōu)異的成績考入吉林大學(xué)物理系。由于家庭的熏陶，江雷早早的就定下了繼續(xù)深造的想法，并提前開始了準(zhǔn)備！

1987年，從吉林大學(xué)畢業(yè)獲物理學(xué)學(xué)士學(xué)位后，江雷選擇留在本校就讀化學(xué)系物理化學(xué)專業(yè)碩士。由于成績出色且早有準(zhǔn)備，他讀了半年碩士課程就提前一年進(jìn)了實驗室。整個碩士期間，江雷共發(fā)表了10余篇論文，其中一篇甚至獲得了吉林大學(xué)“青春杯”科技論文大獎賽特別獎。

1990年，碩士畢業(yè)的江雷并不向同期的同學(xué)那般糾結(jié)于繼續(xù)深造或?qū)ふ夜ぷ?，他心中根本就沒有離開吉林大學(xué)的想法，他想繼續(xù)做研究，做化學(xué)研究！

那年秋天，江雷在家人的支持下，選擇留校深造，師從李鐵津教授。而這一個決定或者說選擇，可以說是江雷研究生涯里不可忽視的一環(huán)！

科學(xué)家的另一個含義必須是教育家，而李鐵津教授正是這樣一位教育家！除了突出的科研成就，除了學(xué)業(yè)上的指導(dǎo)，李鐵津教授“不會輕易否定學(xué)生的‘離譜’課題，任何事情都相互溝通，鼓勵學(xué)生創(chuàng)造力”。正是這樣的思想熏陶，才養(yǎng)成了日后江雷院士見微知著、敢想敢做的科研性格！

圖3 李鐵津教授

1992年，江雷獲得吉林大學(xué)與日本東京大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生的名額，作為中日聯(lián)合培養(yǎng)博士生被公派去東京大學(xué)攻讀博士學(xué)位，師從國際光化學(xué)家、有著“光觸媒之父”之稱的藤島昭教授。

在日本留學(xué)的江雷備受藤島昭教授影響，深刻體會到研究的樂趣。因此，1994年回國獲得吉林大學(xué)博士學(xué)位后，江雷再次選擇出國深造，留在日本東京大學(xué)做博士后研究。

1996年，研究成績突出的江雷被導(dǎo)師推薦到日本科技廳神奈川科學(xué)技術(shù)研究院，先是擔(dān)任高年薪的專任研究員，后來則成為主管“光電界面相變控制”這一課題的組長。

也就是在這一年，江雷在德國漢堡參加了一個掃描隧道顯微鏡相關(guān)的國際會議。在和幾位外國科學(xué)家一起喝啤酒的時候，有人提到，如果能夠把荷葉超疏水的原理解析出來，那應(yīng)該是挺有意思的一件事。就是這么小小的一個插曲，被江雷深深的記在了心里，成就了日后蜚聲中外的江雷院士，也引領(lǐng)了國內(nèi)的仿生領(lǐng)域！

仿生領(lǐng)域先驅(qū)者

在日本留學(xué)期間，江雷主要研究光誘導(dǎo)表面相變相關(guān)的內(nèi)容。某一次，在觀察微觀結(jié)構(gòu)時，他看到在納米尺度下，兩個亞穩(wěn)態(tài)在同一個表面上存在。結(jié)合當(dāng)年荷葉超疏水現(xiàn)象，他帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行了超疏水材料的設(shè)計，并深入研究了其中的機(jī)理。

1998年春，江雷在日本化學(xué)學(xué)會上首次提出“二元協(xié)同納米界面結(jié)構(gòu)”理論。同年5月份，江雷獲得了日本文部省頒發(fā)的青年特別獎勵基金。12月份，江雷通過了中國科學(xué)院化學(xué)研究所的“百人計劃”答辯，化學(xué)所為他配置了專門的助手，負(fù)責(zé)二元納米界面材料實驗室的籌備事宜，在籌建實驗室時，導(dǎo)師藤島昭教授和橋本教授一起提供并贈送了價值上千萬日元的儀器。

1999年底，江雷團(tuán)隊隆重推出超雙親性（既親水又親油）二元協(xié)同界面材料技術(shù)和超雙疏性（既疏水又疏油）二元協(xié)同界面納米材料，并使該技術(shù)迅速走向?qū)嵱没?/span>

2001年，江雷團(tuán)隊又成功研制出超雙疏陣列碳納米管膜。接著，他又分別利用普通疏水高分子、甚至雙親高分子實現(xiàn)了超疏水特性，被國際權(quán)威期刊Advanced Materials的主編特邀撰寫了系統(tǒng)綜述性文章。同年，江雷獲國家自然科學(xué)基金委員會杰出青年基金資助。

2003年，江雷團(tuán)隊首次用親水性的聚乙烯醇分子，研制成功超疏水性的聚乙烯醇納米纖維。

隨后，江雷帶領(lǐng)團(tuán)隊通過向自然學(xué)習(xí)，研究荷葉、水黽腿、蚊子的復(fù)眼、蜘蛛絲、仙人掌等生命體系的微觀結(jié)構(gòu)與超疏水性和超親水性的構(gòu)效關(guān)系，建立了超浸潤界面材料及界面化學(xué)體系，并成功的將基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)換成應(yīng)用產(chǎn)品。除了油水體系，他還將超浸潤體系推廣到其他液體體系，如離子液體、有機(jī)液體、乳液、生物流體以及液態(tài)金屬等，均顯示出廣泛的應(yīng)用前景。

圖4 江雷院士團(tuán)隊“蛛絲集水機(jī)制”相關(guān)成果發(fā)表在Nature期刊上

突出的研究成果帶來了鋪天蓋地的榮譽(yù)！

2004年，江雷兼任國家納米科學(xué)中心首席科學(xué)家。

2005年，江雷以“具有特殊浸潤性（超疏水/超親水）的二元協(xié)同納米界面材料的構(gòu)筑”成果獲國家自然科學(xué)二等獎（第一獲獎人）。

2007年，江雷被聘為“納米研究”重大科學(xué)研究計劃“仿生智能納米復(fù)合材料”項目首席科學(xué)家。

2008年，他又兼任北京航空航天大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院院長。

……

苦心孤詣、敢為人先，他收到了最好的回報！2009年12月，江雷當(dāng)選中國科學(xué)院院士！

而這，仿佛只是開始！

2012年，江雷當(dāng)選發(fā)展中國家科學(xué)院院士。

2013年，何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎獲獎名單公布，江雷院士榮獲該獎！該獎項旨在評選做出杰出科研成果的科研工作者，獎勵他們?yōu)閲?、為社會發(fā)展做出的突出貢獻(xiàn)。

2015年，江雷院士獲得第三屆中國國際納米科學(xué)技術(shù)會議獎（China Nano Award），這是中國學(xué)者首次獲得這一殊榮。

2016年，江雷當(dāng)選為美國國家工程院外籍院士。同年5月，因在仿生領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)，江雷院士獲得第21屆“日經(jīng)亞洲獎”科技獎。該獎項于1996年設(shè)立，旨在推動亞洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)、科技、文化發(fā)展，表彰在上述領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的個人與團(tuán)體。

頒獎評委會這樣評價江雷院士：他從自然出發(fā)，闡明了荷葉表面超疏水，蜘蛛絲超強(qiáng)定向集水及魚鱗表面水下超疏油的科學(xué)機(jī)理。研究了一系列超浸潤系列功能材料，這些材料被廣泛應(yīng)用于世界700艘以上船舶，為世界產(chǎn)業(yè)做出巨大的貢獻(xiàn)。

圖5 江雷院士獲日經(jīng)亞洲獎

2017年5月，江雷院士再獲大獎——全國創(chuàng)新爭先獎，以表彰其在納米仿生領(lǐng)域的重大突破。這是繼“國家自然科學(xué)獎”“國家技術(shù)發(fā)明獎”“國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎”之后，中國批準(zhǔn)設(shè)立的又一個重要的科技獎項，是國家科技獎勵體系的重要組成部分和補(bǔ)充，是國家科技獎項與重大人才計劃的有機(jī)銜接，是僅次于國家最高科技獎的一個科技人才大獎。

江雷院士當(dāng)之無愧！

永不止歇的傳奇

當(dāng)被問到什么是真正的科學(xué)時，江雷院士這樣回答：我認(rèn)為真正的科學(xué)只有兩種，一是創(chuàng)造新知識，二是創(chuàng)造新應(yīng)用。而關(guān)于研究方向的選擇，我認(rèn)為最重要的是要向自然學(xué)習(xí)。好的選題往往不是研究者自己選的，而是自然已經(jīng)幫我們選好的。比如說，仙人掌能在沙漠里存活是客觀事實，我們?nèi)パ芯克?，只要不輕易放棄，就不太可能失敗。我們要去發(fā)現(xiàn)問題，而不是去制造問題，不是去跟著別人的腳步做研究。

不管外界環(huán)境怎么變換，江雷院士一直都在遵從自己內(nèi)心的“科學(xué)觀”，多年如一日的研究終是換來了碩果累累。然而，縱然諸多榮譽(yù)加身，江雷院士前進(jìn)的步伐卻依然沒有停止！

2018年3月，江雷院士獲得德國洪堡基金會授予的2017年度洪堡研究獎（Humboldt Research Award），以表彰其在仿生界面研究領(lǐng)域和亞洲材料化學(xué)學(xué)科引領(lǐng)等方面取得的卓越成就。德國馬普學(xué)會膠體與界面研究所所長這樣評價江雷的研究成果：His work contributed directly to the renaissance of colloid and interface chemistry（他的研究成果直接推動了膠體與界面化學(xué)的復(fù)興）。

圖6 江雷獲德國洪堡研究獎

同年5月份，中國化學(xué)會第31屆學(xué)術(shù)年會在杭州召開，江雷院士因利用仿生原理建立和發(fā)展超浸潤界面科學(xué)體系，為膠體與界面科學(xué)的發(fā)展做出了杰出的貢獻(xiàn)，而獲頒“中國化學(xué)會化學(xué)貢獻(xiàn)獎”。

2018年9月，由香港求是科技基金會主辦、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)承辦的2018年度“求是獎”在安徽合肥揭曉，中科院院士江雷獲得“求是杰出科學(xué)家獎”。獲獎理由是：他師法自然，制備了可以在超浸潤體系的狀態(tài)之間進(jìn)行智能轉(zhuǎn)換的仿生二元協(xié)同納米材料，在諸多領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。同時，他的研究工作結(jié)合了物理學(xué)、材料科學(xué)與化學(xué)的成果，與多個學(xué)科的研究者都有合作關(guān)系，實現(xiàn)了跨學(xué)科的成就，極大地影響了材料化學(xué)，納米材料，微/納流體，界面和生物材料等多個相關(guān)領(lǐng)域。

圖7 江雷院士獲“求是杰出科學(xué)家獎”（中）

2022年12月中旬，經(jīng)陳嘉庚科學(xué)獎各評獎委員會嚴(yán)格評審，并經(jīng)陳嘉庚科學(xué)獎基金會理事會審議批準(zhǔn)，授予“復(fù)微分幾何及其應(yīng)用”等6個項目2022年度陳嘉庚科學(xué)獎。其中，中科院江雷院士作為主要完成人榮獲2022年度陳嘉庚科學(xué)獎中的化學(xué)科學(xué)獎，以表彰其對超浸潤界面材料體系的杰出貢獻(xiàn)。

在納米仿生領(lǐng)域，江雷院士是先驅(qū)者，亦是傳奇！

結(jié)語

他是見微知著、心細(xì)如發(fā)的代名詞，他把對自然的觀察代入到自己的研究之中，開創(chuàng)了一個全新的領(lǐng)域，他的眼里沒有名與利，只有對大自然的敬畏與欣賞。他告訴我們大自然才是最好的研究對象，他向我們深刻詮釋了什么是“一花一世界，一葉一菩提”。他就是師法自然的江雷院士，一位長者、一位學(xué)者、一位探索者、一位先驅(qū)者！

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