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探索碳纳米管 引领材料革命

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发表于 2018-4-11 19:54:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
探索碳纳米管  引领材料革命
——记西安交通大学电信学院易文辉教授

从一名年轻的大学生,到碳纳米管研究及应用的权威专家,再到引领行业领域不断进步的领头人,西安交通大学电信学院的易文辉将自己的个人发展与中国新型材料的发展紧密融合在一起,用力量和汗水筑就了中国材料科学的崛起之路。这位年轻有富有激情的学者,十余年以来,一直从事有机非线性光学材料、碳纳米管筛选分离研究及其应用、化学改性及其光物理性质等领域的科研工作,并在此方面做出了卓越的贡献。
正值当年,引领材料创新
1985 年,类似“足球”结构的C60一经发现即吸引了全世界的目光,三位科学家Kroto H. W.、Smalley R.E.、和Curl R.F.也因共同发现C60 并确认和证实其结构而获得1996 年诺贝尔化学奖。在富勒烯研究推动下,1991 年一种更加奇特的碳结构——碳纳米管,被日本电子公司(NEC)的饭岛博士发现。
碳纳米管作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能,随着碳纳米管及纳米材料研究的深入,其广阔的应用前景不断地展现出来,最重要的一个方向是在于制造“又强又韧又轻又便宜”的材料。天然材料中,蛛丝是最强的,而碳纳米管纤维韧性甚至能超过蛛丝。这样的材料在航空航天领域极其重要。碳纳米管刚被发现的时候,就因为它的机械强度和弹性模量超高,而质量超轻,于是受到广泛的关注。从单位质量上算的话,它的强度是钢铁的三百多倍。而且碳是一种很便宜的元素(当然,现在碳纳米管并不便宜,但是降低价格是有希望的)。因此,世界上有很多团队都参与研究,希望能用碳纳米管做出“又强又韧又轻又便宜”的超级纤维。
在中国作为古丝绸之路起点的西安这座城市中,西安交通大学的副教授、博士生导师易文辉正是这一领域研究的佼佼者。生于1973年的他,已经在从事科研十余年了,他的研究领域包括基于碳纳米管、石墨烯的靶向载体构建及其在杀灭肿瘤干细胞中的应用研究;金属特性碳纳米管的筛选分离及其光物理特性研究;有机高分子材料的三阶非线性光学特性与光限幅特性研究,并且取得了多项重要的研究成果。他在国际上较早地采用共轭聚合物筛分法对m-SWNTs和s-SWNTs进行筛分。易文辉从分子模拟和实验研究中发现,PmPV对m-SWNT(12,6)具有较强的选择性。通过PmPV溶液多次超声—离心萃取工艺,m-SWNTs的含量从33%提高到60%。相关研究结果发表在J.Phy.Chem.B上。2016年度诺贝尔化学奖得主J.F.Stoddart教授以及斯坦福大学Z.N.Bao教授等引用并积极评价了这项成果。期间,英国皇家化学学会综述论文RSC Adv.还在2014年用130余字的篇幅对此单独进行积极评价。
易文辉的另一大重要发现就是,cis-PmPV比trans-PmPV能更加有效地分散SWNTs,由于cis-PmPV与SWNTs之间存在很强的π-π电子相互作用,因此SWNTs能够诱导cis-PmPV的构象发生改变。同时,易文辉还揭露了SWNTs在cis-PmPV溶液中的溶解和分散行为受到SWNTs光热效应的影响,相关研究结果发表在Polymer上。该研究被国际同行评价为相关领域内“pioneering study”之一以及“有限的几个例子”之一。2011年,该文被著名国际期刊Nanoscale的综述论文用一个完整段落,110余字的篇幅单独进行积极评价。
2011年8月至2014年12月期间,易文辉在美国麻省理工学院访问教授,与Jing Kong教授、Mildred S.Dresselhaus教授合作,系统地开展了偶氮类光敏聚合物跟碳纳米管的相互作用及其微观形貌与光物理特性研究,后来,相关研究结果发表在2016年的Carbon.上。这段珍贵的经历,对于他拓展科研视野、提升科研水平起到了巨大的促进作用。
现如今,易文辉已经发表学术论文100余篇,其中SCI收录40篇,EI收录20余篇。获得天津市自然科学二等奖一项,另外,他还获得国家发明专利2项。一位合格的科研工作者,不仅需要专业知识的积累,更要勇于探索和创新,易文辉这一系列研究成果,不仅为新型材料研究提供重要的理论支持,更为其在行业中的应用打下了坚实的基础。
时代召唤,男儿志在千里
对于易文辉来说,2017年又是一个全新的开始,他仍在碳纳米管研究之路上前行着,同时也愈发注重材料的实际应用,他近年来开展的碳纳米管/石墨烯杀灭肿瘤干细胞的研究取得了重大进展。
众所周知,癌症(肿瘤)已经成为威胁人类生命健康的世界性问题,而药物化学治疗是目前临床治疗肿瘤的主要方法之一。但传统化学药物不可避免的存在着专一性差、全身毒副作用大灯弊端,所以寻找具有靶向性的高效新型药物递送系统,成为肿瘤治疗领域的热点课题。二甲双胍作为传统的治疗糖尿病药物,近年来被证实具有抗肿瘤功效。但是,二甲双胍只有在人体血液中的含量达到10~30mmol/L时,才具有抗肿瘤功效,而如此高的浓度,将对人体产生致命的副作用。
据易文辉介绍,碳纳米管和氧化石墨烯作为药物载体应用于生物学领域,具有良好的应用潜能,在药物、基因、蛋白载体方面都已经获得了广泛的研究。 根据易文辉和团队的研究,他们证实了在碳纳米管的局域光热效应作用下,二甲双胍的抗肿瘤药效会大幅度提高,以至于在血液浓度为35μmol/L时(降低了3个数量级),即可表现出良好的抗肿瘤疗效。易文辉说,这个浓度对病人是非常安全的。这项成果也被Nature的期刊Scientific Reports发表。
作为一名博士生导师,易文辉还担负教书育人的重任,目前,他主讲研究生英文课程Introducton to Biophotonics、Organic Electronics以及一门本科生课程。其中Organic Electronics入选了“全国工程硕士专业学位研究生教育在线课程重点自建项目”,并获得了西安交通大学研究生教改项目的支持。他的名气也在业内远播,2017年,一位来自东伦敦大学的学生申请读他的研究生,对此,他深深感慨,从自己曾经赴美留学到现在接收留学生,十年了,真切感受到了中国正在慢慢崛起,他对此感到了一丝自豪。
2018年元旦前夕,国家主席习近平发表了新年贺词,在简短的贺词里,习近平主席提到了西安交大西迁老教授的来信,表示西迁老教授们胸怀大局、无私奉献、弘扬传统、艰苦创业的精神给全国人民树立了榜样。易文辉对此表示,“西迁精神属于爱国奉献,无怨无悔,也是为祖国人民幸福而奋斗的一个组成部分。我们要传承和弘扬新时代的西迁精神,用爱国奉献、无怨无悔、拼搏奋斗和争创一流回报习近平主席的期待和国家的嘱托,不负这个伟大的时代。”
谈及这些年的科研生涯,易文辉坦言,自己只是顺其自然,一切就水到渠成。“其实我觉得我心里是明白自己要怎样去走这条路,只是一直没有用言语表达出来罢了。算是人们常说的‘功到自然成’吧!”但是在人生道路的选择上,易文辉却是坚定而执着的,这一直都是他的兴趣所在,他无比热爱科研工作。
展望未来,易文辉更加脚踏实地,“现在研究的面比较广,希望下一步能够将科研工作内容更聚焦一些。”仍旧是淡然而又坚定的微笑,而在未来碳纳米管研究推进国家发展的道路上,必定有易文辉勇往直前的身影。

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