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wine0431榮譽版主 (知名作家)
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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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在當今納米科學研究領(lǐng)域，多倫多大學的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)認識而非立即將研究成果進行轉(zhuǎn)化的研究——到底怎么了？ 縱觀科學發(fā)展史，大多對人類發(fā)展極具影響力的發(fā)現(xiàn)無外乎出于科學家追尋自身的好奇心。電、X射線、激光和半導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)濟效益，那么只能是倡導非獨創(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發(fā)現(xiàn)。 如今在材料研究領(lǐng)域，科學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)境危機并挽救你所在國家的經(jīng)濟衰退？但無論怎樣，你至少會獲得豐厚的研究經(jīng)費。 當我1969年開始在多倫多大學擔任助理教授時，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)于無配體金屬團簇的形核和生長，以及這些金屬團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行化學吸附的局部結(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。 當我在多倫多大學化學系的材料化學專業(yè)從事研究與教學工作時，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與工程學院，這在當時是一個很傳統(tǒng)的模式。我較快認識到勸說材料科學與工程同事進行合作是行不通的，而勸說化學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與工程學院的同事們接受。我隨后在化學系設(shè)立了一個材料化學研究項目，并且在70年代早期首次開始教學工作。 這就是我材料化學和納米化學之路的開始，這是好奇心導向型研究的鼎盛時期，從事無機合成、 有機金屬和高分子的化學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項。 第二，納米材料化學的研究導向由思維型轉(zhuǎn)向應(yīng)用型，這迫使化學家尋求與物理及材料工程同事進行合作。然而此時，卻很少有人愿意冒風險跨出自己所擅長的領(lǐng)域與化學家展開合作，來幫助化學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大我們的交際和合作的范圍。 最初，極少數(shù)材料物理學家和工程師會愿意與化學家展開合作，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—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)用為導向，但這看起來與本文的觀點背道而馳。 |
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