ï»?html> 一路名校、数‹Æ¡è{专业åQŒåŽäººæ•™æŽˆå‘变色龙取¾lå‘表惊艌™®ºæ–?清华校友æ€ÖM¼š

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一路名校、数‹Æ¡è{专业åQŒåŽäººæ•™æŽˆå‘变色龙取¾lå‘表惊艌™®ºæ–?/h2>
2024-03-25 | 刘佳ä½?李晨é˜?/span> | 来源 ¿U‘å­¦¾|?2024-03-24 |

刁莹åQˆæ¸…华大学化工系2002¾U§æ ¡å‹ï¼‰å‡ºç”Ÿåœ¨å¤§å…´å®‰å²­æž—‹¹äh·±å¤„的加格辑֥‡åŒºâ€”—一片外人很ž®‘听说的“飞地”ã€?/span>

如果时光倒流åQŒæ²¡äºÞZ¼šæƒ›_ˆ°åQŒè¿™ä¸ªæ¥è‡ªå˜qœå±±åŒºçš„奛_­©åQŒä¼šä¸€è·¯èµ°˜q‡æ¸…华大学、美国麻省理工学院、斯坦福大学åQŒç›´åˆ°æˆä¸ºç¾Žå›½ä¼Šåˆ©è¯ºä¼Šå¤§å­¦è´å…‹æ›¼ç ”究所的一名教授,在化工专业、制药专业、柔性电(sh¨´)子研½I¶ã€é«˜åˆ†å­è‡ªç»„装研½I¶ç­‰ä¸åŒä¸“业间丝滑è{场,把自å·Þqš„名字写在国际™å¶å°–学术期刊上ã€?/span>

˜q‘æ—¥åQŒåˆèŽ¹åœ¨ã€Šç¾Žå›½å›½å®¶ç§‘å­¦é™¢é™¢åˆŠã€‹ï¼ˆPNASåQ‰ä¸Šå‘表了最新研½I¶æˆæžœï¼šä¸€¿Uå«å?span lang="EN-US">â€?/span>单一墨水3D打印多种色彩â€?/span>的新技术ã€?/span>

国外媒体报道˜q™é¡¹æˆæžœæ—¶çš„配图令äh印象深刻åQšä¸€åªå¯çˆÞqš„ž®å˜è‰²é¾™åQŒä»Žå¤´åˆ°ž®¾ï¼Œè‰²å½©ä»Žè§å…‰é»„逐渐转变为青草绿åQŒç„¶åŽè¿‡æ¸¡åˆ°å¤œç©ºèˆ¬ç’€ç’¨çš„òq½è“è‰ŒÓ€‚就像刁莹自å·Þqš„äººç”Ÿè½¨è¿¹ä¸€æ øP¼Œæ—¢å˜åŒ–多彩,又自然而然ã€?/span>

刁莹团队打印出的变色龙。图源:刁莹团队论文�span lang="EN-US">Direct-Ink-Write Crosslinkable Bottlebrush Block Polymers for On-the-fly Control of Structural color�/span>

¾l“构色点亮儿时梦æƒ?/span>

刁莹òq´å°‘求学期间常去自然历史博物馆,观察¾lšä¸½çš„蝴蝶翅膀及其在显微镜下的微观¾l“构。她发现åQŒä¸Žæœè£…、图甅R€èŠ±è‰ç­‰çš„é¢œè‰²ä¸åŒï¼Œè´è¶¾˜…膀的美感格外灵动,在不同光¾U¿å’Œä¸åŒè§’度下,会表现出不同的色彩和光泽。所谓流光溢彩,大概ž®±æ˜¯å½¢å®¹˜q™æ ·çš„美丽ã€?/span>

长大一些后åQŒåˆè޹学åˆîCº†ä¸€ä¸ªæœ¯è¯­ï¼š¾l“构艌Ӏ‚我们眼中看到的颜色åQŒå¯ä»¥åˆ†ä¸ºåŒ–学色素色和物理结构色两大¾c…R€‚孔雀¾Ÿ½æ¯›ã€è´è¶ç¿…膀、变色龙的皮肤表面呈现出的色彩,都是¾l“构色的典型代表。与静态化学色素色åQˆåŸºäºŽåˆ†å­å¯¹å…‰çš„选择性吸æ”Óž¼‰ä¸åŒåQŒç»“构色是由微纳¾c³ç‰©ç†ç»“构与自然光之间的散射、干涉和衍射½{‰äº’ç›æ€½œç”¨äñ”生的。多数可以“变艜y€çš„事物åQŒéƒ½æ‹¥æœ‰¾l“构艌Ӏ?/span>

刁莹被结构色的神奇特性迷住了åQŒâ€œç ”½I¶ç»“构色是我从儿时就有的梦想”ã€?/span>

˜q™æ¬¡å‘表åœ?span lang="EN-US">PNAS上的论文åQŒæ­£æ˜¯å—åˆîCº†å˜è‰²é¾™çš„启发ã€?/span>

“我们设计的墨水材料åQŒå°±å’Œå˜è‰²é¾™æ˜¯ä¸€æ ïL(f¨¥ng)š„。”刁莹向《中国科学报》解释,该材料是一¿Uå¯å…‰äº¤è”的瓶刷嵌段å…Þpšæº¶æ¶²åQ?span lang="EN-US">c-BBCPåQ‰ï¼Œè¡¨é¢ž®±åƒæ¯›åˆ·ä¸€æ øP¼Œèƒ½åŞ成层状的¾l“æž„ã€?/span>

把这¿Uææ–™ä½œä¸ºæÑa墨从3D打印头中挤出后,油墨中的¾l“构会受蒸发驱动˜q›è¡Œè‡ªç»„装,¾l“构层会不断变厚。而不同厚度的¾l“构在白光照ž®„下åQŒä¼šå‘ˆçްå‡ÞZ¸åŒçš„¾l“构艌Ӏ?/span>

如果不进行额外的òq²é¢„åQŒæÑa墨从溶液蒸发到固态,颜色会呈çŽîC»Žè“åˆ°¾U¢çš„变化。如果在˜q™ä¸ª˜q‡ç¨‹ä¸­å¼•å…¥ç‚÷外线˜q›è¡Œè¾ç…§åQŒé¢œè‰²å°±ä¼šå®šæ ¹{€‚刁莹的学生˜q˜åœ¨å¶ç„¶ä¸­å‘玎ͼŒå®šæ ¼çš„颜色取决于紫外¾U¿å…‰ç…§å¼ºåº¦ã€?/span>

在多‹Æ¡è¯•验后åQŒåˆèŽ¹å›¢é˜Ÿä¾æ®è¿™ä¸€åŽŸç†åQŒæ”¹˜q›ã€è®¾è®¡å‡ºäº†å…·æœ‰ç‚÷外线辐照能力的直接墨水写入式3D打印讑֤‡ã€‚è¿™æ øP¼Œé€šè¿‡åœ?span lang="EN-US">3D印刷˜q‡ç¨‹ä¸­åŠ¨æ€è°ƒèŠ‚ç‚÷外光辐照度,ž®±å¯ä»¥å°†å•一颜色变成彩色光谱。我们看到的变色龙,ž®±æ˜¯˜q™æ ·æ‰“印出来的ã€?/span>

在微观层面有效控制三¾l´æ‰“华ͼŒä¸€ç›´æ˜¯ä¸ªæŠ€æœ¯éš¾é¢˜ã€‚而刁莹团队研发的新技术,不仅实现了纳¾c›_°ºåº¦ä¸‹çš„结构自¾l„装控制åQŒè¿˜èƒ½å®žçŽ°å¤šå½©ç»“æž„è‰²æ‰“å°åQŒåœ¨3D打印领域是一™å¹å¼€åˆ›æ€§çš„æŠ€æœ¯ã€?/span>

更让刁莹‹Æ£æ…°çš„æ˜¯åQŒè¿™˜q˜æ˜¯ä¸€¿UçŽ¯å¢ƒå‹å¥½çš„â€œå¯æŒç®‹â€æŠ€æœ¯ã€‚å¥¹å¯¹ç«¥òq´çš„回忆里,æ€Õd°‘不了冬季烧煤时的滚滚黑烟和呛人气呻I¼Œå› æ­¤å¥¹ä¸€ç›´å¸Œæœ›èƒ½é€šè¿‡è‡ªå·±çš„ç ”½IÓž¼Œä¸ºçŽ¯å¢ƒä¿æŠ¤äº‹ä¸šå°½ä¸€ä»½åŠ›é‡ã€?/span>

传统化学染料中的聚苯环结构,会造成严重的水污染。而结构色相对于染料色来说åQŒä¸ä¾èµ–聚苯环结构,有助于实现相兛_·¥ä¸šçš„可持¾l­å‘展,降低环境保护的成本ã€?/span>

目前的技术,变色只发生在打印˜q‡ç¨‹ä¸­ï¼Œä¸€æ—¦æ‰“印完成后åQŒå°±ä¸èƒ½å†å˜è‰²äº†ã€‚刁èŽÒŽ(gu¨©)œŸå¾…着åQŒç‘ô¾l­å¼€å‘出更先˜q›çš„¾l“构色技术,比如刉™€ å‡ºçœŸæ­£çš„变色材料ã€?/span>

“想想看åQŒä½ æ‹½ä¸€ä¸‹è¡£æœï¼Œæˆ–者弯下了腎ͼŒæ”¹å˜äº†åˆ†å­ç»„装的¾l“æž„åQŒè¡£æœçš„颜色ž®×ƒ¼šæ”¹å˜ã€‚这会不会媄响时ž®šä¸Žå®¡ç¾ŽåQŸâ€å¥¹½W‘着è¯ß_¼Œâ€œåˆæˆ–è€…ï¼ŒæŠŠå˜è‰²ææ–™ä¸Žäººå·¥æ™ø™ƒ½æŠ€æœ¯ç»“合è“væ¥ï¼Œä¹Ÿè®¸æˆ‘ä»¬ä¹Ÿèƒ½æ‹¥æœ‰åƒå˜è‰²é¾™ä¸€æ øP¼Œéšç€çŽ¯å¢ƒæ”¹å˜è‰²å½©çš„æœè£…ã€‚â€?/span>

头脑风暴出灵�/span>

˜q™é¡¹å·¥ä½œçš„çµæ„Ÿï¼Œæ˜¯åˆèŽ¹å’Œå‡ ä½åŒäº‹èšåœ¨ä¸€èµøP¼Œä¸ºç”³è¯ïL(f¨¥ng)¾Žå›½è‡ªç„¶ç§‘学基金而头脑风暴时出来的ã€?/span>

åœ¨ä¼Šåˆ©è¯ºä¼Šå¤§å­¦ï¼Œâ€œé‡è§†å›¢é˜Ÿåˆä½œâ€çš„ç†å¿µæ·±å…¥éª¨é«“ã€‚â€œå­¦æ ¡ç‰¹åˆ«é¼“åŠ±å¤§å®¶èšåœ¨ä¸€èµøP¼Œåå‡ ä¸ªã€äºŒåå‡ ä¸ªä¸åŒä¸“业的老师一起合作,åŽÕd®žçް那¿Uå¾ˆç–¯ç‹‚的想法,那种high risk high rewardåQˆé«˜é£Žé™©ã€é«˜å›žæŠ¥åQ‰çš„æƒÏx³•。因为很多时候,˜q™ç§æƒÏx³•只有äºÞZ»¬èšåœ¨ä¸€èµäh‰èƒ½å®žçŽŽÍ¼Œä»ÖM½•人单打独斗都实现不了ã€?span lang="EN-US">â€?/span>刁莹兴奋地说ã€?/span>

本次研究ž®±æ˜¯4位研½I¶äh员一起合作完成的ã€?span lang="EN-US">Damien Guironnet设计材料åQ›åˆèŽ¹è¿›è¡?span lang="EN-US">3D打印技术的设计改装åQ?span lang="EN-US">Simon Rogers用实验测量分子组装速度åQ?span lang="EN-US">Charles Sing则通过计算模拟分子自组装过½E‹ï¼Œè§£é‡Šè‡ªç»„装机制ã€?/span>

“就像八仙过‹¹øP¼Œå„显¼œžé€šâ€”—我们四个在一起合作,不仅发明了新技术,也创造了新材料,提出了新机制åQŒå‘展了新理å¿üc€‚”刁莹自豪地说ã€?/span>

刁莹指导博士生。受访者供�/span>

在被问到有什么科研经验可以分享时åQŒåˆèŽ¹è„±å£è€Œå‡ºåQšâ€?span lang="EN-US">PlayfulnessåQˆå¥½çŽ©ï¼‰åQ?span lang="EN-US">â€?/span>

“就是像一个小朋友在外面玩耍一栗÷€‚要有这栯‚‡ªç”±æŽ¢ç´¢çš„¾_„¡¥žå’Œå¥½å¥‡å¿ƒæ‰èƒ½å‘现新的现象åQŒäñ”生新的突破。”她说ã€?/span>

“自由探索”“感兴趣”,在短短的访谈中,多次出现在刁莹的讲述中——既描述了她的科研经历,也侧写了她的人生态度�/span>

多彩多变的神奇åï–åŽ?/span>

刁莹的学术生涯ä×o人印象深刅R€?/span>

她的家乡是大兴安岭林‹¹äh·±å¤„的加格辑֥‡åŒºã€‚它位于内蒙古自æ²ÕdŒºå‘égëu贝尔市鄂伦春自治旗境内,却又隶属于黑龙江省大兴安岭地区,äºÞZ»¬¾l™è¿™¿Uç‰¹ŒDŠçš„人文地理现象取了一个特别的名字åQšâ€œé£žåœ°â€ã€?/span>

长于一个偏˜qœçš„ž®å±±åŒºï¼Œž®æ—¶å€™çš„刁莹对外面的世界òq¶ä¸ç†Ÿæ?zh¨¨n)‰ã€‚ç›´åˆîC¸Šä¸­å­¦æ—Óž¼Œå¤§åº†é“äh中学非常有名的曲安均老师看到她的成ç‡WåQŒä¾¿æŠŠå¥¹æ‹›åŽ»å‚åŠ ç‰©ç†ç«žèµ›ã€‚é«˜è€ƒæ—¶åQŒå¥¹ä»¥ä¼˜å¼‚的成ç‡W从铁äºÞZ¸­å­¦è€ƒå…¥æ¸…华大学化工¾p…R€?/span>

从这一刻è“våQŒå¥¹çš„äh生轨˜q¹å®Œå…¨è{向了ã€?/span>

刁莹天生ž®±å¯¹æ•°ç†åŒ–很感兴­‘£ï¼Œ˜q™ç§‹¹“厚的兴­‘£æŒ‡å¼•着她在学术道èµ\上不断探索ã€?/span>

清华大学毕业后,她进入麻省理工学院,òq¶åœ¨˜q™é‡Œæ‹¿åˆ°äº†åšå£«å­¦ä½ã€‚当时她学习的是制药专业åQŒä½†ž®±åœ¨è¯ÕdšæœŸé—´åQŒè‘—名华裔女¿U‘学家、斯坦福大学教授鲍哲南来到麻省理工学院做讲åñ”åQŒé²å“²å—所描述的电(sh¨´)子柔性材料领域,让刁莹äñ”生了深深的向往。讲座后不久åQŒåˆèŽ¹ä¾¿è”ç³»äº†é²å“²å—æ•™æŽˆåQŒåƈ¾lè¿‡é¢è¯•æˆäØ“å¥¹å®žéªŒå®¤çš„ä¸€ååšå£«åŽã€?/span>

â€œé²è€å¸ˆæ”¶äº†è·¨é¢†åŸŸæ±‚å­¦çš„æˆ‘ã€‚å¥¹è®¤äØ“æˆ‘ä¸åŒçš„è§†è§’å¯ä»¥¾l™æŸ”性电(sh¨´)子课题带来新的想法。”刁莹回忆道ã€?/span>

从化工专业到制药专业åQŒå†åˆ°ç”µ(sh¨´)子柔性材料专业,刁莹的百变äh生还在ç‘ô¾l­ã€‚进入伊利诺伊大学贝克曼研究所后,她又投èín于高分子自组装和打印的研½I¶ã€‚频¾Jåœ°è½¬æ¢ç ”究领域òq¶æ²¡æœ‰æˆä¸ºå¥¹ç ”究路上的阻¼„ï¼Œ2021òqß_¼Œå¥¹å‡ä»ÖM¼Šåˆ©è¯ºä¼Šå¤§å­¦å‰¯æ•™æŽˆåQ?span lang="EN-US">2023òq´è¿˜èŽ·å¾—äº†ä¼Šåˆ©è¯ºä¼Šå¤§å­?span lang="EN-US">“University ScholaråQˆå¤§å­¦æ°å‡ºå­¦è€…)â€?/span>的荣誉称受÷€?/span>

刁莹获得伊利è¯ÞZ¼Šå¤§å­¦â€?span lang="EN-US">University ScholaråQˆå¤§å­¦æ°å‡ºå­¦è€…)â€?/span>荣誉¿U°å·åQŒå›¢é˜ŸäØ“å¥¹åº†è´ºåÆˆåˆåª„ç•™å¿µã€‚å—è®¿è€…ä¾›å›?/span>

˜q™æ ·çš„åï–历,ž®±åƒé‚£äº›‹¹ç•…地变换着色彩çš?span lang="EN-US">3D打印作品åQŒä¸æ»‘è{场、螺旋上升,˜q½é€ç€è‡ªå·±çš„爱好与梦想åQŒè°±å†™å‡º¾lšä¸½æ˜Žåªšçš„äh生ã€?/span>

她笑着è¯ß_¼šâ€œå¦‚果你惛_šåQŒäº‹æƒ…就会做成;如果你想学,你就能学会。â€?/span>

刁莹团队3D打印出的星空图。受访者供�/span>


参考文献:

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2313617121



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