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【轉(zhuǎn)載】我們的納米材料到底有何用處？ 已有10人參與
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在當(dāng)今納米科學(xué)研究領(lǐng)域，多倫多大學(xué)的Geoffrey Ozin教授將會定期在MaterialsViews.com上探討縈繞在研究人員頭腦中的科學(xué)問題。閱讀更多Ozin教授撰寫的文章歡迎訪問：http://nanochemistry.materialsviews.com. 由好奇心驅(qū)動的研究——為了獲取基礎(chǔ)認(rèn)識而非立即將研究成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化的研究——到底怎么了？ 縱觀科學(xué)發(fā)展史，大多對人類發(fā)展極具影響力的發(fā)現(xiàn)無外乎出于科學(xué)家追尋自身的好奇心。電、X射線、激光和半導(dǎo)體是其中典型的案例。如果研究工作僅僅著眼于實際應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益，那么只能是倡導(dǎo)非獨創(chuàng)性研究并且減少發(fā)現(xiàn)新事物的可能性，這會扼殺重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。 如今在材料研究領(lǐng)域，科學(xué)家不得不考慮如何應(yīng)用他們研發(fā)的材料，而事實上，這些材料還沒有達(dá)到應(yīng)用的地步。僅僅依靠自身興趣去研究材料已變成一種“缺陷”，你需要將它們應(yīng)用于太陽能電池（而且可能只是個不怎么樣的電池，因此性能的完善往往需要多年的研發(fā)積累），或者聲稱它們可應(yīng)用于藥劑釋放、傳感器、電池或者白色發(fā)光二極管之中。 雖然我們的研究經(jīng)費都來自于納稅人，所以他們有權(quán)利知曉我們的研究可以解決哪些影響大眾生活的問題。但是我們花費了太多的時間放在如何“裝飾”科學(xué)上，使它看起來像在下周就可以“拯救”世界。而事實上，這些研究大多還在孕育期，還需要很多年的努力才可以實現(xiàn)應(yīng)用。僅僅因為發(fā)現(xiàn)了一種新型的納米材料，你就可以馬上將它應(yīng)用于第三代太陽能電池并獲得70%的效率，然后在兩年內(nèi)達(dá)到10億美元的產(chǎn)量并在未來呈現(xiàn)指數(shù)的增長，同時解決了我們所面臨的環(huán)境危機(jī)并挽救你所在國家的經(jīng)濟(jì)衰退？但無論怎樣，你至少會獲得豐厚的研究經(jīng)費。 當(dāng)我1969年開始在多倫多大學(xué)擔(dān)任助理教授時，我所從事的研究完全是為了在某一領(lǐng)域探尋和積累新的知識。我那時的工作涉及實驗和理論兩個方面，內(nèi)容是關(guān)于無配體金屬團(tuán)簇的形核和生長，以及這些金屬團(tuán)簇如何與配體相互作用。 此項研究的目的是為了探明從金屬原子到金屬團(tuán)簇再到金屬塊材的轉(zhuǎn)變以及探索前面提到的配體在金屬表面進(jìn)行化學(xué)吸附的局部結(jié)合模型。這項工作在那個年代還屬于一項基礎(chǔ)研究，研究目的是為了闡述金屬團(tuán)簇的催化作用，實際上它成為了“自下而上”納米材料的理論基石。 如今當(dāng)你將基礎(chǔ)性材料研究的成果投向頂尖級雜志時，你通常會被編輯或者審稿人告知：雖然你的研究成果可能具備較高的科學(xué)價值，但是它并沒有展現(xiàn)出實際應(yīng)用價值，所以你的工作成果將無法被接收，你應(yīng)該投向那些更具體的期刊。有多少從事納米材料基礎(chǔ)研究的科學(xué)家正在面臨這樣的窘境？ 或許我過去四十年的經(jīng)驗可以給予一些關(guān)于這個研究從思維驅(qū)動到應(yīng)用驅(qū)動轉(zhuǎn)變的提示。 當(dāng)我在多倫多大學(xué)化學(xué)系的材料化學(xué)專業(yè)從事研究與教學(xué)工作時，曾面臨過一個似乎難以逾越的困難。那時所有的材料研究工作均集中在材料科學(xué)與工程學(xué)院，這在當(dāng)時是一個很傳統(tǒng)的模式。我較快認(rèn)識到勸說材料科學(xué)與工程同事進(jìn)行合作是行不通的，而勸說化學(xué)系的同事與材料系開展合作也是不明智的。 我的主要觀點是：化學(xué)家善于設(shè)計合成路線來獲得新組分的物質(zhì)，因此他們不會改進(jìn)現(xiàn)有材料，而是研發(fā)新型的材料。 經(jīng)過很久的討論，我的觀點最終被材料科學(xué)與工程學(xué)院的同事們接受。我隨后在化學(xué)系設(shè)立了一個材料化學(xué)研究項目，并且在70年代早期首次開始教學(xué)工作。 這就是我材料化學(xué)和納米化學(xué)之路的開始，這是好奇心導(dǎo)向型研究的鼎盛時期，從事無機(jī)合成、 有機(jī)金屬和高分子的化學(xué)家開始將他們的重心轉(zhuǎn)移至這個研究領(lǐng)域。隨之而來的是在世界范圍內(nèi)，研究經(jīng)費大量地流向基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。作為一種成果豐碩的新材料，利用化學(xué)合成來制備納米材料已變得明朗，很多重要改變使人們開始思考：這些新（納米）材料到底有何好處？ 首先，基金委員會受到政策和工業(yè)界巨頭的壓力，要求只能資助那些具有實際應(yīng)用的材料及納米材料研究項目。那么由好奇心驅(qū)使的科研人員不得不思考更多問題，如何超越合成、結(jié)構(gòu)和性能的限制而更多展現(xiàn)出應(yīng)用，但這恰恰不是他們的強(qiáng)項。 第二，納米材料化學(xué)的研究導(dǎo)向由思維型轉(zhuǎn)向應(yīng)用型，這迫使化學(xué)家尋求與物理及材料工程同事進(jìn)行合作。然而此時，卻很少有人愿意冒風(fēng)險跨出自己所擅長的領(lǐng)域與化學(xué)家展開合作，來幫助化學(xué)家們將這些新型納米材料推向應(yīng)用，幫助他們獲取基金委的資助。 這在我看來正是如今納米材料化學(xué)研究領(lǐng)域?qū)W科交叉的開始。這也是我們應(yīng)該感激的研究轉(zhuǎn)變——凸顯潛在的應(yīng)用價值。雖然那些應(yīng)用往往沒有所聲稱的那么有前景，但是我們必須突破實驗室的局限從而擴(kuò)大我們的交際和合作的范圍。 最初，極少數(shù)材料物理學(xué)家和工程師會愿意與化學(xué)家展開合作，但是隨著眾多納米材料呈現(xiàn)出多種新穎而重要的特性，特別是大量潛在的工程領(lǐng)域上相關(guān)的突破，使得這個領(lǐng)域的特征從此發(fā)生改變——好奇心激發(fā)的基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)變?yōu)橐约夹g(shù)應(yīng)用為導(dǎo)向的研究。 我想我們應(yīng)該不會為這個轉(zhuǎn)變而感到驚奇，由于材料物理和工程領(lǐng)域最終發(fā)覺到由化學(xué)家開發(fā)的納米材料的新一輪潛力。雖然傳統(tǒng)的工程材料已經(jīng)支撐了他們將近一個世紀(jì)的研究，甚至這些工程材料已經(jīng)成為滿足人類需求的基石，但是那些勇于合作的人士堅信納米材料化學(xué)帶來的革新并促使他們重新關(guān)注這些非傳統(tǒng)的納米材料。 我們不可能在回到以前純粹的納米材料研究，現(xiàn)今你必須使自己研究的納米材料展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價值。這從一些頂級的（納米）材料期刊所發(fā)表的內(nèi)容就可以看出，納米化學(xué)類基礎(chǔ)研究正逐漸被實際應(yīng)用驅(qū)動的納米工程類研究所代替。這種思路也被政府和工業(yè)界所資助的基金委廣泛傳播，從而愈發(fā)限制了利用化學(xué)手段來探索納米材料的空間。 我不是想重復(fù)我近期發(fā)表的一些文章中的觀點“納米化學(xué)—下一個將是什么？”（Ozin and Cademartiri, Small 2009, 5, 1240-1244）和“從想法到創(chuàng)新——納米化學(xué)的案例分析” （Ozin and Cademartiri, Small 2011, 7, 49-54），但我必須說：如果在未來好奇心驅(qū)使的納米材料研究中如果沒有足夠的耐心、不屈不饒的毅力和足夠的投入，那么從研究突破到新產(chǎn)品問世這個自然而然的發(fā)展將會受到巨大的威脅。操控基礎(chǔ)研究中不可預(yù)期的成果對任何人都沒有益處。 在我看來，重要的不是你研究的納米材料可以應(yīng)用于鋰離子電池，儲氫，燃料敏化太陽能電池，水分解或者是循環(huán)二氧化碳的光催化劑，全色顯示，白色發(fā)光二極管，光感應(yīng)器，藥物緩釋劑或者生物醫(yī)學(xué)圖像顯示等等以滿足政府和工業(yè)的需求，重要的是它是否比其他事物更具意義。這是否教會了我們一些全新的始料未及的事物？如果你想獲得可以改變世界的研究成果，那么你必須要以應(yīng)用為導(dǎo)向，但這看起來與本文的觀點背道而馳。 |
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