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朱藝涵:微光聚星河,電子顯微鏡下逐夢科研

來源:浙江工業(yè)大學(xué)發(fā)布時(shí)間:2021-09-02
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近日,我校化學(xué)工程學(xué)院朱藝涵教授獲國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金資助。朱藝涵教授是位海歸“80后”教授、博導(dǎo),主要從事催化材料微尺度構(gòu)效關(guān)系和電子顯微方法學(xué)等領(lǐng)域的研究工作。他2010年博士畢業(yè)于浙江大學(xué),2010年開始在阿卜杜拉國王科技大學(xué)擔(dān)任博士后及研究科學(xué)家,2017年加入我校化學(xué)工程學(xué)院,現(xiàn)擔(dān)任學(xué)校電鏡中心負(fù)責(zé)人。

他說: “你別小瞧這束微弱的光, 它能讓我們精準(zhǔn)地看清這些脆弱材料本身的模樣和探索無窮的科學(xué)世界。”


在朝暉校區(qū)東配樓的電子顯微鏡中心,平臺以精準(zhǔn)、原位和低劑量成像作為技術(shù)特色,實(shí)現(xiàn)材料多尺度、多維度的顯微成像。在這里來來回回忙碌著一群自稱“原子攝影師”的青年學(xué)者們,他們懷抱科技報(bào)國的夢想、手握顯微成像的絕技,活躍在多學(xué)科領(lǐng)域科研一線,通過夜以繼日地奮斗,為學(xué)校各大學(xué)院提供關(guān)鍵科研支撐,并助力多個(gè)科研項(xiàng)目攻堅(jiān)克難。

我們很好奇,這里的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、架構(gòu)師——朱藝涵教授,到底有著怎樣有趣的求學(xué)科研經(jīng)歷,又和電子顯微鏡有著怎樣的不解之緣呢?



求學(xué)之路現(xiàn)微光——
困局挑戰(zhàn)遇良師,交叉學(xué)科蓄能量

“說起來好笑,求學(xué)路上第一次抉擇,多少還有些“被迫”的意味?!敝焖嚭χf

本科入學(xué)后不久,求學(xué)路上的第一道微光徐徐降臨到了朱藝涵的面前:一份進(jìn)入浙江大學(xué)竺可楨學(xué)院的機(jī)會擺在了他面前。

“當(dāng)時(shí)我們系就只有一個(gè)名額,很幸運(yùn)地是被我拿到了。但是我很猶豫,猶豫要不要進(jìn)入這個(gè)體系?!币?yàn)樵谡憬髮W(xué),進(jìn)入竺可楨學(xué)院意味著可以享受最頂尖的交叉學(xué)科師資力量,但同時(shí)也將面臨非常殘酷的淘汰制度。

“我非常幸運(yùn),在人生的關(guān)鍵階段都有良師的指引和鼓勵(lì)。在一個(gè)頗具戲劇性的場面中,正是班主任一把將我推上了開往竺可楨學(xué)院所在校區(qū)的“希望大巴”,讓我“被迫”奔赴了一場一往無前的追光之旅?!?br />

在學(xué)院的學(xué)習(xí),磨練出了朱藝涵敢于吃苦,勇于探索的科研精神。在與各位優(yōu)秀交叉學(xué)科同學(xué)們的學(xué)習(xí)過程中,積累了多學(xué)科交叉的知識,為他日后投身于電子顯微鏡學(xué),建設(shè)浙江工業(yè)大學(xué)電子顯微鏡中心積蓄了能量。


歸國之路尋微光——
求真務(wù)實(shí)需落地,國家需求擺心中

“在我們這個(gè)年代,生命中真正的抉擇不多,是生活中許多小小的希望慢慢點(diǎn)燃了內(nèi)心的火焰,并化為了最后的堅(jiān)定?!?br />

博士后工作結(jié)束后,朱藝涵在沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)任研究科學(xué)家一職,工作近七年,盡管能夠在科研的海洋中盡情徜徉,胸中的困惑和迷茫卻日漸翻騰。如何將自己的研究變得更有用,去影響更多的人?“我在浙大畢業(yè)論文答辯時(shí)的委員會主席李小年教授建議我要做有用的科研,他的話猶如醍醐灌頂,驅(qū)散了我心頭的迷霧?!?br />

朱藝涵感激地回憶道:“李教授的教誨讓我真正明白求真務(wù)實(shí)的涵義,在國王科技大學(xué)是‘求真’的縮影,也就是做最純粹的科研,學(xué)習(xí)到了前沿的技術(shù)與方法,接下來就是‘務(wù)實(shí)’。科研如果不能落地,它就是懸在空中的。只有為國家培養(yǎng)更多的人才,把科技論文寫在祖國的大地上,在國家重大需求領(lǐng)域發(fā)揮特長,才能實(shí)現(xiàn)科技報(bào)國和個(gè)人成長的同頻共振?!?br />

在科研路上一直以來承蒙多位良師益友毫無保留的幫助與鼓勵(lì),為朱藝涵歸國發(fā)展指明了方向,激勵(lì)著他戰(zhàn)勝重重困難,探尋科技報(bào)國的希望之光。

“很感謝中心建設(shè)過程中學(xué)校的支持、多位校領(lǐng)導(dǎo)的信任以及各學(xué)院老師全方位的參與和幫助。電子顯微學(xué)比較特殊,不僅需要發(fā)展和運(yùn)用新技術(shù)新手段新方法,同時(shí)也為其他學(xué)科提供技術(shù)、方法支撐。因此要將顯微方法學(xué)融入到其他團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目中,并協(xié)同凝練科學(xué)思想和提出項(xiàng)目研究路徑、思路,這是非常有挑戰(zhàn)性和成就感的事。我很感激工大能夠用非常大的投入來建設(shè)電子顯微鏡中心,讓多學(xué)科交叉共融的研究新范式有了立足的平臺,也賦予我一個(gè)實(shí)現(xiàn)夢想的舞臺,我將為學(xué)校的發(fā)展拼盡全力?!?br />


天時(shí)、地利、人和,再加上工大的支持與信任,徹底點(diǎn)燃了朱藝涵內(nèi)心的火焰,選擇工大,毅然決然。“希望電子顯微鏡成為工大科研攻關(guān)和標(biāo)識性工作的關(guān)鍵推手”,學(xué)校的期許又時(shí)時(shí)刻刻鞭策著他在顯微新方法、新技術(shù)科研途中志道弘毅,砥礪前行。

歸國后身份的轉(zhuǎn)變不僅意味著技術(shù)創(chuàng)新、科研攻關(guān)的責(zé)任,也同樣意味著教書育人、人才培養(yǎng)的擔(dān)當(dāng)。后者決定了科技發(fā)展的延續(xù)和傳承,演繹著與時(shí)俱進(jìn)和薪火相傳的畫卷。人才培養(yǎng)的核心在于科學(xué)思想的傳承、科學(xué)技術(shù)的傳承和科學(xué)精神的傳承,而其根本目標(biāo)在于激發(fā)科研的三個(gè)“ 初心”, 即對一切未知的好奇心( 科研的源動力)、對探索未知的進(jìn)取心( 科研的持續(xù)力)和對解密未知的自信心(科研的爆發(fā)力)。在面向國家需求和前沿科技相關(guān)課題的攻堅(jiān)克難過程中,如何面對困難挑戰(zhàn)、挫折失敗是學(xué)生培養(yǎng)過程中必須面對的難題。朱藝涵非常重視培養(yǎng)學(xué)生的迎難而上、不懼挑戰(zhàn)、認(rèn)知自我、提升自我的科研精神, 并且強(qiáng)調(diào)“ 言教” 和“ 身教”并重。“即使我們面對黑暗,也不應(yīng)該忘記光的模樣,因?yàn)橥褪且稽c(diǎn)點(diǎn)微光,就能點(diǎn)燃全部的希望,照亮未知的遠(yuǎn)方,勾起燎原的夢想?!?,朱藝涵時(shí)常這樣鼓勵(lì)研究生。2020級研究生劉懿寬說:“ 每天晚上我們做完實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備回寢室時(shí), 都看到朱老師的辦公室燈還亮著。這種科研奮斗精神和意志力激勵(lì)著我們整個(gè)課題組形成自主學(xué)習(xí)的意識,也鍛煉了我們自主解決問題的能力,培養(yǎng)了良好的科研工作習(xí)慣。老師主張啟發(fā)式思考和討論,與他的每一次交流中都能使我受益匪淺?!?br />


科探之路點(diǎn)微光——
逐夢低劑量技術(shù),挑戰(zhàn)“卡脖子”難題

“回顧往昔,種種經(jīng)歷環(huán)環(huán)相扣,種種選擇碰撞在一起,匯聚成了為國家崛起、工大發(fā)展而奮斗的決心,而關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展和探索就成為了最根本的原始創(chuàng)新力?!?br />

電子顯微鏡能夠?qū)崿F(xiàn)單個(gè)原子的顯微成像,但為了實(shí)現(xiàn)這樣的超高空間分辨率,則需要高能電子束作為“光源”。在面對大量輻照敏感的物質(zhì)上,這樣的高能電子束將不可避免地帶來結(jié)構(gòu)的不可逆破壞。因而輻照敏感物質(zhì)的無損顯微研究往往被認(rèn)為是傳統(tǒng)電子顯微的技術(shù)瓶頸?!暗蛣┝俊?電子顯微技術(shù),也是浙江工業(yè)大學(xué)電子顯微鏡中心的特色技術(shù)之一,正是利用微弱的電子束作為“ 微光”,點(diǎn)燃了解決輻照敏感材料“ 見光死” 難題的希望。“低劑量電子顯微技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,不僅涉及一系列硬件和軟件技術(shù)的創(chuàng)新,還涉及了物理、化學(xué)、材料、信息等多個(gè)學(xué)科的交叉融合, 故任重而道遠(yuǎn)?!?朱教授說道。通過和多個(gè)海內(nèi)外電子光學(xué)、顯微方法學(xué),材料科學(xué)研究課題組的緊密合作交叉學(xué)科研究,全力爭取在這個(gè)全新的研究領(lǐng)域進(jìn)一步有所突破。

技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵和基礎(chǔ)是先進(jìn)的研究平臺和設(shè)備,而建設(shè)電鏡中心如此規(guī)模的重大平臺項(xiàng)目, 并兼顧先進(jìn)性和全面性,能夠?qū)⑾冗M(jìn)電子顯微技術(shù)、方法和國家需求對接,對剛回國不久的朱藝涵而言著實(shí)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。面對學(xué)校委以的重任,他沒有退卻,傾盡全力投入到平臺的建設(shè)中去。電子顯微鏡作為極其精密的大型儀器,無論在配置選定、基礎(chǔ)建設(shè)、環(huán)境改造和設(shè)備安裝調(diào)試等過程中都有著極高的參數(shù)和指標(biāo)要求,需要對各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)領(lǐng)域有著全面的知識背景。此刻,多年來交叉學(xué)科知識背景和在海外積累的相關(guān)設(shè)備使用經(jīng)驗(yàn)派上了大用場。

“之前的海外經(jīng)歷讓我有幸對這些新儀器、新技術(shù)有很多接觸、學(xué)習(xí)的機(jī)會,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),如今親手建設(shè)平臺就不會發(fā)怵了?!?br />


當(dāng)今我國各領(lǐng)域的研究范式已經(jīng)逐步從宏觀隨機(jī)探索轉(zhuǎn)向了微觀底層設(shè)計(jì)。各個(gè)學(xué)科的研究, 已不可避免的要從微觀層面或者微觀的尺度上實(shí)現(xiàn)認(rèn)知的突破,而該突破與宏觀相比,它往往是決定性的。在國家科技創(chuàng)新發(fā)展“十四五”規(guī)劃中,著重強(qiáng)調(diào)了“芯片加工”、“鋰電池、燃料電池隔膜、電極等重要材料”以及“高強(qiáng)度合金材料”等“卡脖子”關(guān)鍵核心技術(shù)的突破,其難點(diǎn)在于相關(guān)“ 微觀認(rèn)知” 和“ 微觀改造” 能力、手段的缺失。電子顯微鏡中心正是在這個(gè)過程中能夠通過“ 逆向工程”、“ 微納加工” 和“ 顯微溯源” 等手段在材料、器件微結(jié)構(gòu)認(rèn)知、剖析和改造中起到關(guān)鍵作用,而低劑量技術(shù)是無損獲取這些信息的根本保障。電鏡中心不僅是一個(gè)分析測試的平臺,更是一個(gè)重要的科研平臺,融入校內(nèi)外多個(gè)高端科研項(xiàng)目并展開深度合作,努力攻克重大難題。正如朱教授所說:“我們并不是簡單地做測試,或者出譜圖,我們擔(dān)負(fù)著與科研團(tuán)隊(duì)之間從科學(xué)問題凝練、研究方案設(shè)計(jì)、研究結(jié)果探討到重大科技攻關(guān)等全鏈條的科研任務(wù),與學(xué)科團(tuán)隊(duì)深度融合在一起?!?br />

國家的需求,學(xué)校的支持,科學(xué)的設(shè)計(jì),三年的建設(shè),才催生、推動和構(gòu)筑了如今浙江工業(yè)大學(xué)精準(zhǔn)、原位和低劑量特色的電子顯微鏡研究平臺。而平臺自身也不斷完善, 服務(wù)于廣大師生,為學(xué)校的高端科研項(xiàng)目攻堅(jiān)克難,為解決國家“卡脖子”問題獨(dú)辟蹊徑。



隨著時(shí)間的流逝,電子顯微鏡中心的小院里陽光也慢慢轉(zhuǎn)移,影子仿佛投射出“原子攝影師們”孜孜不倦的求學(xué)科研之路,投射出電子顯微鏡中心從無到有、“一磚一瓦”的創(chuàng)建之路,投射出千千萬萬同樣熱血的海外青年學(xué)者投身科技事業(yè)的報(bào)國之路。

點(diǎn)點(diǎn)微光匯聚成星河,眼前這個(gè)由青年學(xué)者、研究生和本科生組成的年輕團(tuán)隊(duì),正逐夢電子顯微鏡帶來的科技創(chuàng)新探索之路,直面挑戰(zhàn)、迎難而上,瞄準(zhǔn)科技前沿,引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展,擔(dān)負(fù)國家重任。