給單個病毒秤質量?邊走路邊給手機充電?看看這隻從大山裡飛出的「金鳳凰」是怎麼做到的!

見微知著

小中見大

知始而見終

  說到病毒,我們都知道它非常的小

  多數單個病毒粒子的直徑在100納米左右

  納米:長度單位,一納米為一百萬分之一毫米。如果假設一根頭髮的直徑是0.05毫米,那麼把它徑向平剖成5萬份,每根的厚度,大約就是一納米。

我們要把10萬個左右的病毒粒子排列起來才可能用肉眼勉強看得到

那你可知,有一種儀器能夠秤出質量為億億分之二百克的單個病毒

電子顯微鏡下的病毒

說到手機電池,你是否經常因1%的電量不敢開網頁、不敢聊微信、不敢刷票圈

那你可知,有一種即將面世的新技術,通過簡單的「摩擦摩擦」,你就能邊走路邊給手機充電

智能手機令人頭疼的耗電問題

這一切都要歸功於那隻從大山裡飛出的「金鳳凰」

他就是2014年"世界科技獎」得主王中林院士

王中林院士

王中林院士是國際材料和納米技術領域的著名科學家

2009年當選為中國科學院最年輕外籍院士

  從1978年到2010年年底,我國各類出國留學人員總數達190.54萬人,王中林是留學生中唯一當選的外籍院士。

此外,他還是歐洲科學院院士、美國物理學會院士

中國國家納米科學中心海外主任、美國喬治亞理工學院終身校董事

身兼數職,日理萬機

歐洲科學院總部

然而,在這位學術明星令人艷羨的光環背後

隱藏著一條艱辛的坎坷之路

  …

1961年,王中林出生於陝西省浦城縣

父親工人、母親農民、兄妹四人

一個普通得不能再普通的農戶家庭

青年時期的王中林

當時的蒲城,和中國大部分地區一樣,封閉落後

那時的學習不叫學習,而是學工、學農

數學課講的是如何丈量土地

化學課講的是農藥的使用

物理課講的是拖拉機的維修

60年代中國農村中學教育

王中林的初中和高中基本上就是在田裡度過的

直到1977年國家恢復高考的消息傳來

從小就渴望走出大山的王中林看到了新的希望

年幼的他根本無法想像自己將來會成為享譽世界的大科學家

1977年中國恢復高考

半年多的時間裡,憑著自己驚人的毅力和決心

他硬是把初中和高中的數、理、化知識啃了下來

1978年的夏天,他如願以償地收到了西北電訊工程學院的錄取通知書

西安電子科技大學(原西北電訊工程學院)

王中林最初的志願是學習雷達和計算機

但因物理成績太好,他陰差陽錯地被分到了物理專業

起初他是不情願的,但多年後的王中林回憶著說到:

「學物理反而是他最佳的選擇」

王中林回憶往事

跨入大學校門的第一天

王中林就暗暗定下一條標準——每門課的成績不得低於90分

這對中學基礎不好的王中林是個不小的挑戰

數不清多少個周末和夜晚,都是書本陪著王中林度過的

在西安的四年里,除了書店,其他地方對他來說都是陌生的

「機會是均等的,只留給有準備的人」王中林如是說

大學時代的王中林日夜與書本為伴

1982年,王中林迎來了人生中的一個重要轉折點

西北電訊工程學院得到三個參加赴美留學考試的名額

王中林參加了考試,但因英語成績不好,遺憾落選

為了把英語學好,他在大姐的幫助下買了一台錄音機

第二年再次參加考試,一舉通過,成為當年西北五省唯一被錄取的學生

陪伴了一代人的錄音機

當時國內的消息十分閉塞,王中林對美國高校一無所知

無奈的王中林便按字母順序選擇了亞利桑那州立大學

機緣巧合的是,歪打正著的王中林投在了J.W.Cowley教授的門下

J.W.Cowley教授是國際知名的顯微分析學家,英國皇家學會會員,高分辨電子顯微學奠基人

亞利桑那州立大學

王中林的勤奮好學和刻苦努力給J.W.Cowley教授留下了深刻的印象

每次教授早晨布置的任務,下午王中林就搶著做好給教授送去

J.W.Cowley教授很是賞識王中林

他曾評價道:「王中林不管做什麼,都是做得最好的」

正在做實驗的王中林

儘管一般都需5到8年才能完成物理學博士學位

但在王中林的刻苦努力下,四年的時間他就取得了物理學博士學位

成為該系有史以來第一人

Cowley教授嚴謹的治學精神和謙虛溫和的處事風格也深深影響著年輕的王中林

在王中林今後的科學道路上起到了非常重要的作用

王中林

博士畢業後的王中林面臨著新的困難

由於文化語言等的差異,他在尋找博士後的過程中並不順利

博士畢業的他來到了紐約州立大學石溪分校讀博士後

那裡的實驗條件很差,無法滿足他的科研需要

紐約州立大學石溪分校

寂寞獨行的歲月,他閱讀了非彈性反射領域近50年的所有文獻

卻發現沒有一部系統的著作,王中林漸漸萌生寫書的想法

一頁頁的紙張記錄著每一篇文獻的閱讀筆記

兩年後,他完成了自己的第一部著作《電子衍射中的彈性和非彈性散射》

後來由紐約知名的Plenum Press出版

被《American Scientists》雜誌評論為「具有卓越成就和極其價值的經典之作」

《電子衍射中的彈性和非彈性散射》

幾經周折的王中林來到了劍橋大學的凱文迪許實驗室

在那裡繼續著他的博士後研究

那是一個孕育過30多位諾貝爾獎得主的科研聖地

王中林夜以繼日地做著物理實驗和理論研究

凱文迪許實驗室

博後的王中林面臨工作的選擇

由於不是出身名校,又無人引薦

王中林的求職之路充滿艱辛

有人譏諷,有人嘲笑,有人戴著有色眼鏡看待王中林

但他仍然矢志不渝,堅定地前行

坎坷前行

1995年,幾經挫折的王中林終於取得了喬治亞理工學院材料科學與工程學系的任教資格

在那裡,他開始了自己的納米科學研究

啟動了科學生涯中的一系列重大發現和發明

納米科學

1996年,王中林發表了納米領域的第一篇文章

引起了學術界極大關注

該文章至今已被引用1176次

同年,他的第二本專著《Reflection Electron Microscopy and Spectroscopy for Surface Analysis》由劍橋大學出版社出版

被英國Analysis和美國材料學會會刊評論為「反射電子顯微學唯一的和必讀的教材」

《Reflection Electron Microscopy and Spectroscopy for Surface Analysis》

1999年,王中林研製出可稱單個病毒質量的「納米秤」,被喻為「世界上最小的秤」

這個秤利用單根納米碳管的彈性和電磁共振作用來稱重

該成果在《Science》一經發表,就立即引起了媒體的極大關注

這個重大發明對生物學和醫藥研究都極具貢獻

王中林也在同年提前晉陞為正教授

實驗中的王中林

2006年,王中林發明了「納米發電機」

這種「納米發電機」能將微小震動產生的機械能轉變為電能,為感測器、探測器等供能

它幾乎可以植入任何載體,如衣服、鞋子,甚至人類的肌肉

如果把這種「納米發電機」像集成電路那樣聚集起來

它產生的能量足夠支持一台音樂隨身聽,甚至手機

今後人們或將實現邊走路邊給手機充電

王中林在演示摩擦納米發電機,15平方厘米的單層納米發電機可以同時點亮900盞LED燈

該成果被英國《物理世界》評為年度最佳進展之一

美國《新科學家》雜誌更是把納米發電機評為與手機同等重要的發明

認為它將是影響未來十到三十年的重要技術之一

《新科學家》雜誌封面

說到這「納米發電機」,王中林感慨道:

「有時候你摔了一跤,但絆倒你的很可能不是磚頭,而是一塊金子!」

原來這和王中林科研過程中的「錯誤」有關

2005年,王中林與一位博士生用當時最高級的手段測試納米材料的壓電係數

但一個夏天下來,得到的結果卻和王中林期待的不太一樣

是哪裡出問題了呢?

王中林反覆詢問自己,經過反覆研究,重新計算

王中林意識到是實驗假設的錯誤——能量轉換不可能是100%

就在這時他想到了一個全新的方向:利用納米材料發電

這也就有了後來的「納米發電機」

納米材料壓電係數測量實驗

伴隨著高質量高數量的科研成果

越來越多重量級榮譽也開始青睞這位傑出科學家

2014年,世界科技聯席組織宣布本年度材料領域「世界技術獎」由最後的五位候選人中選出

這五人中不乏如朱棣文教授、Andre Geim教授等諾獎得主

最後王中林從這五人中勝出獲得了當年的「世界技術獎」

世界技術獎獎章

2015年,全球專業信息服務提供商——湯森路透發布了2015年度「引文桂冠獎」獲獎名單

王中林赫然出現在名列中

「引文桂冠獎」素有「諾獎風向標」之稱

湯森路透強調,根據當年的預測,王中林已經具備獲得諾貝爾物理學獎的潛質

即使當年拿不到,在可以預期的未來也能拿到

湯森路透預測2015年諾貝爾獎,華裔科學家王中林上榜

儘管是享譽世界、日理萬機的大科學家,王中林在生活卻是個至情至性之人

在他的辦公室里,除了滿屋子的書外,最顯眼的地方掛著的都是愛妻和愛女的照片

每天從學校回家,他二話不說,捋起袖子便幫著做家務,拖地洗碗、整理花園

他深知妻子照看三個孩子的不易,女兒調皮地稱他為「納米爸爸」

生活中的王中林是個至情至性之人

在學生中,王中林也享有很高的口碑

被喬治亞理工學院評為十大最受歡迎的老師之一

日常出差,即使是在飛機上,他也在幫學生修改論文

他規定學生不準喊他「老闆」,他曾對手下學生說

  「老闆是僱傭關係,我是你們的老師,是引導你們、共同進步的,而不是僱傭你們。」

  在他的精心培養下,80多位從事納米科學領域的人才遍布全球各地

王中林教授在授課

2004年,美國《科學》雜誌曾把王中林作為在美國任教的外國人中成功的典型進行報道

王中林至今也怎麼都想不到

當年大山裡的傻小子竟然有天能夠成為舉世聞名的大科學家

這對當時的他來說就是不可能的事,但他做到了

  科研之路充滿艱辛、遍布荊棘

  沒有堅定的信念很難走到終點

  王中林曾談到自己的科研感悟

  「在科研中一定要相信自己,一定要清楚地知道自己現在做的事情是會有結果的。當你剛開始做一件事情的時候,人們會說,這和《聖經》說的不一樣;當你做出一點成果時,人們會說這個東西早就被發現了;當你做出的成果產生越來越大的影響時,人們會說你是對的。」

演講中的王中林

在王中林看來,科學家的人生分為三個階段

  「第一個階段要向世界證明自己的能力和才華;第二個階段盡自己的能力幫助朋友和周圍的人;第三個階段要用自己的知識來為國家作貢獻。第三階段取得的成就是最璀璨的,也是衡量一個人價值的最重要的部分。我現在已經進入了第三個階段。」

  將自己的知識貢獻給祖國是王中林一貫的主張,也是王中林的親身實踐

  在他的帶領下,中國科學院成立了北京納米與能源系統研究所

中國科學院北京納米與能源系統研究所

就像喬布斯所說的一樣,當你展望人生的時候,你無法把那些命運中的點連起來;只有當你回顧人生的時候,才能發現它們之間的聯繫。所以你必須要有信心,要相信自己現在做的事情,相信這些點總會以某種方式串在一起。


推薦閱讀:

牛津大學曾適之教授最新Nature Chemistry:單層MoS2遇到單原子Co的美麗故事
你是怎樣寫自己的第一篇論文,並不斷進階的?
北京交通大學與加拿大滑鐵盧大學的納米材料與技術中外合作專業就業前景怎麼樣?
化學實驗室有什麼可以讓你幸福感滿滿的實驗用小物件?
對於合成的納米材料,我們常說材料的親水性,分散性和水溶性之間的關係和異同是什麼?

TAG:纳米材料 | 纳米 | 手机电池 |