材料，科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。從石器時(shí)代的石英巖、燧石，到青銅時(shí)代的銅錫合金，再到鐵器時(shí)代的鍛鋼以及現(xiàn)代的硅基材料，材料的名稱直接成為劃分文明階段的標(biāo)尺。其每一次革新，都像多米諾骨牌一樣引發(fā)連鎖創(chuàng)新，最終推動(dòng)整個(gè)科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)質(zhì)的飛躍。
走進(jìn)獨(dú)墅湖畔的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州高等研究院，仿生高性能功能力學(xué)材料實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，特任研究員、博士生導(dǎo)師趙創(chuàng)奇正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)展開各種實(shí)驗(yàn)。每一次操作，都在推動(dòng)納米仿生材料向“高性能與生態(tài)相容性”的雙重目標(biāo)靠近。
從自然學(xué)習(xí)，為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。趙創(chuàng)奇從一片貝殼、一根蛛絲里讀出材料的終極奧秘，探索讓高校實(shí)驗(yàn)室的“創(chuàng)新種子”在城市產(chǎn)業(yè)的“實(shí)踐土壤”里生根結(jié)果，全力奏響中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研成果與蘇州產(chǎn)業(yè)升級(jí)同頻共振的協(xié)奏曲。
學(xué)習(xí)大自然“建筑智慧”制作超級(jí)材料
“一個(gè)鮑魚殼，使勁往地上摔卻摔不破，但是一個(gè)陶瓷碗，掉到地上很容易就碎了。這種生活中很常見的現(xiàn)象，跟它們的結(jié)構(gòu)有關(guān)系。我所從事的研究，簡單來說就是學(xué)習(xí)大自然的‘手藝’，造出又強(qiáng)又韌的新材料，讓東西耐用又輕便。”初見趙創(chuàng)奇，他用一句話就概括出自己的研究領(lǐng)域——仿生高強(qiáng)韌納米復(fù)合材料。
所謂仿生，就是模仿生物的精巧結(jié)構(gòu)。比如貝殼，看起來薄薄一片，卻又硬又不容易碎，這是因?yàn)樗怯梢粚訉犹妓徕}和蛋白質(zhì)像砌磚一樣交替疊加而成的；再比如蜘蛛絲，細(xì)得像頭發(fā)絲，卻有遠(yuǎn)超鋼絲的拉伸強(qiáng)度，原因在于其內(nèi)部特殊的蛋白質(zhì)分子排列。這些生物經(jīng)過億萬年進(jìn)化，自帶“高強(qiáng)度+高韌性”的出廠設(shè)置。在趙創(chuàng)奇看來，他的日常就是通過學(xué)習(xí)這些自然界中的精巧結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)材料，把納米級(jí)的小纖維、小顆粒跟其他材料復(fù)合，像搭積木似的組合出新材料。
“仿貝殼的層狀結(jié)構(gòu)，納米級(jí)的陶瓷片和柔韌的聚合物交替疊加，做出的材料既有陶瓷堅(jiān)硬耐磨的特點(diǎn)，又像塑料一樣不容易摔碎，能用來做防彈衣、飛行器外殼；模仿蜘蛛絲的分子結(jié)構(gòu)做出的納米復(fù)合材料，又輕又結(jié)實(shí)，可能用作更輕便的登山繩，甚至人造肌腱。”趙創(chuàng)奇說，這些“師法自然”的新材料，既能扛住硬碰硬的沖擊，又能屈能伸不易斷，未來不管是天上飛的、地上跑的，還是人們?nèi)粘Ｓ玫模寄芸克鼈冏兊酶Y(jié)實(shí)、更輕巧。
博士畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，師從我國納米材料領(lǐng)域頂尖專家、中國科學(xué)院院士江雷，趙創(chuàng)奇聚焦生物結(jié)構(gòu)的底層邏輯，正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)為新一代功能力學(xué)材料的研發(fā)提供源頭性的設(shè)計(jì)思路，這也相當(dāng)于給材料創(chuàng)新從根上安上了“發(fā)動(dòng)機(jī)”。“我們希望從自然結(jié)構(gòu)中提煉科學(xué)原理，通過精準(zhǔn)制備技術(shù)實(shí)現(xiàn)材料性能突破，打破技術(shù)壁壘，拓展研究的新邊界。”趙創(chuàng)奇說。
破解自然“循環(huán)密碼”打造全生命周期綠色材料體系
如果說，1.0時(shí)代的仿生材料研究更多聚焦于復(fù)制自然材料的物理結(jié)構(gòu)，那么2.0時(shí)代的研究則圍繞復(fù)刻自然材料的綠色低能耗合成。這正是趙創(chuàng)奇當(dāng)下展開科研攻關(guān)的核心點(diǎn)。“第一步是知道自然造的材料是什么結(jié)構(gòu)，第二步就是怎么像自然一樣制造、怎么實(shí)現(xiàn)材料的綠色可循環(huán)。”趙創(chuàng)奇說，仿生材料研究2.0時(shí)代跳出了“為性能犧牲環(huán)境”的傳統(tǒng)困境，讓材料革命不再以生態(tài)為代價(jià)，而是成為連接技術(shù)突破與可持續(xù)發(fā)展的橋梁。
落葉腐爛成養(yǎng)分，動(dòng)物骨骼回歸土壤——在自然系統(tǒng)中，沒有廢棄物，只有未被利用的資源。沿著這一思路，趙創(chuàng)奇和團(tuán)隊(duì)致力于讓材料的研發(fā)、生產(chǎn)、使用與回收全鏈條都符合生態(tài)規(guī)律，正嘗試把生物制造“低耗高效”的自然工藝搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。“舉例來說，我們?cè)谘芯恐锌梢越梃b蜘蛛通過生物合成高效生產(chǎn)絲蛋白的機(jī)制，利用基因工程改造微生物，讓其在常溫常壓下發(fā)酵出高性能仿生纖維原料，整個(gè)過程以可再生生物質(zhì)為底物，全程規(guī)避有機(jī)溶劑與高溫高壓。”據(jù)趙創(chuàng)奇介紹，這些材料在完成使命后，未來還能像落葉歸土般，在自然環(huán)境中被微生物分解為無害物質(zhì)，真正實(shí)現(xiàn)“原料—生產(chǎn)—使用—降解”的全生命周期閉環(huán)。
從追求“像自然材料一樣高效”到希望實(shí)現(xiàn)“像自然系統(tǒng)一樣循環(huán)”，趙創(chuàng)奇通過對(duì)自然智慧的“解碼”，近年來提出了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。目前，他已在國內(nèi)外高水平學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文30多篇，以第一或通訊作者身份在《Nature》《Angew》等知名刊物發(fā)表15篇論文，還獲得5項(xiàng)授權(quán)發(fā)明專利。這些成果，既是對(duì)他深耕仿生材料領(lǐng)域十余載的注解，也是他探索“自然智慧轉(zhuǎn)化為綠色制造技術(shù)”道路上的階段性坐標(biāo)，正為業(yè)界進(jìn)一步探索仿生復(fù)合材料在極端環(huán)境下的應(yīng)用帶來新視野。
科研環(huán)境“剛?cè)岵?jì)”助力“從零到一”新突破
高校作為科技成果天然的“富礦”，在源頭創(chuàng)新方面宛如蓬勃生長的森林。獨(dú)墅湖畔，中國科大蘇州高研院憑借源源不斷的科研成果，加速成長為這片森林中最為挺拔的青松。隨著仿生界面材料科學(xué)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等一批重點(diǎn)平臺(tái)獲批，以趙創(chuàng)奇為代表的“科大材料人”，時(shí)刻忙碌在分子設(shè)計(jì)的微觀世界與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的宏觀場(chǎng)景之間，希望用持續(xù)的原創(chuàng)突破為材料科學(xué)的森林澆灌養(yǎng)分。
“我希望我們團(tuán)隊(duì)的研究，能實(shí)現(xiàn)理論創(chuàng)新與工程實(shí)踐并重。”趙創(chuàng)奇說。由此，他已經(jīng)對(duì)照著蘇州工業(yè)園區(qū)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)第三代半導(dǎo)體，擬定了團(tuán)隊(duì)產(chǎn)教融合的方向——面向芯片封裝測(cè)試，開發(fā)納米仿生封裝材料和可動(dòng)態(tài)調(diào)控的智能夾具，力爭早日讓仿生材料跳出實(shí)驗(yàn)室、走向產(chǎn)業(yè)化，讓“綠色制造”從概念落地為可復(fù)制的產(chǎn)業(yè)技術(shù)路徑。
2022年底加入中國科大蘇州高研院，如今，“心里踏實(shí)，腳下有勁”成了趙創(chuàng)奇內(nèi)心的真實(shí)寫照。“學(xué)校給我們配備了單獨(dú)實(shí)驗(yàn)室，各種硬件上的投入讓我們可以全身心投入對(duì)未知科學(xué)的探索。”趙創(chuàng)奇坦言，區(qū)域的產(chǎn)學(xué)研環(huán)境超出了他的想象：既有滿足精密實(shí)驗(yàn)的剛性空間，又坐擁獨(dú)墅湖畔宜人的自然風(fēng)光，這種物理空間的“彈性與融合”讓科研人員能沉下心來做長期主義的事。而貼近產(chǎn)業(yè)場(chǎng)景的中試基地、上下游企業(yè)集群，更讓實(shí)驗(yàn)室里的仿生材料研究能快速實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線的無縫銜接，形成了“基礎(chǔ)研究能扎根、應(yīng)用探索有回響”的創(chuàng)新生態(tài)。
專注于燒杯里的反應(yīng)、儀器上的數(shù)據(jù)、圖紙上的設(shè)計(jì)……獨(dú)墅湖畔，純粹的科研氛圍，讓每一份對(duì)科學(xué)的執(zhí)著都能心無旁騖地生長。“這樣的環(huán)境，是科研人員最需要的成長土壤。身處其中，我覺得很幸福，也對(duì)未來的科研之路充滿信心，希望能為國家和社會(huì)帶來更多‘從0到1’的原創(chuàng)性科研成果。”趙創(chuàng)奇說。
蘇報(bào)駐園區(qū)首席記者 董捷
《蘇州日?qǐng)?bào)》2025年07月30日A05版
