江雷：师法自然

　　“Game changers”—— 不久前，Nature增刊Nature Index遴选2015—2020年自然指数五强国家（美国、中国、德国、英国、日本）的五位杰出科学家代表，对他们的工作以“Game changers”为题进行专题评述报道，中国科学院院士、中国科学院理化研究所研究员江雷作为中国代表入选。Nature根据国际上最具影响力的82种自然科学类期刊指出，江雷研究员是2015—2020年期间在仿生、纳米材料领域世界最具影响力的作者。

　　近年来，江雷带领团队从事的仿生超浸润领域研究引发了国际范围内的研究热潮。截至目前，世界上共有94个国家、超过1400个研究单位从事超浸润领域的研究。在能源、健康、资源、环境、材料、化工等领域，人们都能够看到来自江雷团队的超浸润界面材料体系方案。他和他的团队，无疑成为这一领域研究的推动者与改变者。

　　有所发现，有所发明，有所创造

　　亚里士多德曾经说：大自然的每一个领域都是绝妙无伦的。人类自古以来都向大自然学习：研究鸟类，发明了飞机；研究人体，开发了生物材料；学习大自然，发现大自然的奥秘，并能运用大自然为人类提供新认知和新工具。

　　“大自然已经发明了一切，我们只需要不断发现。”对于江雷来说，科学研究最高的境界莫过于“有所发现、有所发明、有所创造”，达到“从无到有”“无中生有”的至善境地，才能为国家、对社会乃至世界作出杰出贡献。这始终是他从事原创性科研的宗旨。

　　出淤泥而不染，因为这一特质，荷叶自古以来就被赋予高尚的象征。然而荷叶的这种自清洁性能，长久以来却并不被人认识。

　　通过对荷叶表面结构的分析，江雷发现荷叶表面的微纳结构是赋予荷叶特殊超疏水性的原因。荷叶上存在的许许多多纳米孔，在水滴、油滴，乃至所有液体滴在这个界面的时候，都会形成一层气膜，使水或油都不能侵入这个表面，因此产生疏水、疏油的效果。同样，经过凹凸纳米结构处理过的织物，也能表现出疏水、疏油的特性。

　　正是从这一发现出发，江雷揭示了自然界中具有特殊浸润性表面的结构与性能的关系，提出了“二元协同纳米界面材料”设计体系；在超双亲/超双疏功能材料的制备、表征和性质研究等方面，发明了多种超疏水性界面材料的制备方法，制备出多种具有特殊功能的仿生超疏水界面材料。

　　“选题是科学研究的关键，创新是科学问题的本质，选择研究方向需要守正出奇。”江雷始终强调，科学研究的关键在于如何提出真正原创的科学问题，做出具有独特性和社会性的标志性工作。“因为相信，所以看见。”谈到创新科学研究，江雷说，要追求已有规律指导下的不可预见性，往往需要在行动中抓住偶然的机会。

　　江雷科学研究生涯中的这个机会，出现在1992年。那一年，毕业于吉林大学的江雷作为中日联合培养的博士生进入日本东京大学藤岛实验室深造，师从日本著名光化学家、被誉为“光催化之父”的藤岛昭。

　　刚进入日本藤岛实验室时，恰逢国际上纳米界面材料研究刚刚兴起。他凭敏锐的直觉认为：纳米界面材料研究将是世界科学研究的前沿阵地、国家战略需求的关键堡垒，在未来国际科技和经济发展中越来越重要。

　　但实验室的生活是枯燥的。在日本留学的几年里他夜以继日地工作，几乎每天都是在电子显微镜和脉冲激光前度过。终于，他和同事通过实验发现，在紫外光照射下，水滴在二氧化钛表面会自然展开，二氧化钛表现出反常的“亲水”效果。这个发现让他联想到我国古代“阴阳合一”的哲学原理。根据这一哲学思想，他大胆设想这个表面存在着亲水和疏水的纳米结构，从而促使表面出现亲水性，如果这种界面存在的话，它在宏观上必定还会亲油。实验结果证实，该表面确实具有“双亲性”。在1998年春季的日本化学学会上，江雷首次提出“二元协同纳米界面结构”理论。

　　“难得糊涂”

　　在日本留学期间，每到过年，包括江雷在内的留学生都会被藤岛昭邀请去自己家喝酒。有一次, 藤岛昭指着墙上的“难得糊涂”问江雷：“江，你知道这是什么意思吗？”江雷毫不犹豫地说：“当然知道，意思是遇事不要太聪明了，糊涂点儿好。”藤岛昭听了却摇摇头说：“不是，我的理解是，一个人一生只要把一件事彻彻底底弄明白就可以了，其他的事情都可以糊涂。”

　　人一辈子认真做好一件事即可，对其他事不要过于分心——老师的言行始终影响着江雷，并成为他科研路上的座右铭。

　　1999年，江雷拒绝国外机构的挽留邀请，毅然回国效力。他的回国得到了中国科学院化学所领导的热情响应。为鼓励他干一番大事，中国科学院化学所领导在他回国后两天内就解决了他的住房、职称以及配套经费等问题，免去了他一切后顾之忧，还让不到40岁的江雷入选了“中科院百人计划”。

　　回国后，江雷主持了国家“973”“863”以及“十五”攻关等多个项目，相继将“二元协同纳米界面材料”这种“功能纳米界面材料”技术应用于纺织、建材等领域，成功地开发了一系列纺织产品和建材产品。同时，他又在功能性界面材料研究领域进一步提出了“超亲水和超疏水的开关材料”，这个重要研究成果在 DNA芯片、蛋白片、可控药物载体输送和纺织、建筑材料等方面具有广泛的应用前景。

　　国际纳米学界和产业界的专家们认为，这种随着温度变化可以控制水滴自由滚动（超疏水）或是水滴完全铺展开（超亲水）的“超级开关”材料的研制成功，标志着江雷领导的研究小组在特殊浸润性功能纳米界面材料的研究上又迈上一个新台阶。

　　因为在纳米材料领域成绩卓著，2009年，年仅44岁的江雷当选为中国科学院院士；2016年成为美国国家工程院外籍院士。

　　2018年他获得“纳米研究奖”。“纳米研究奖”评委会评价其是世界范围内最杰出的科学家之一，做出了很多创新性和前瞻性工作，将仿生超浸润界面材料体系推向物理化学的前沿。

　　在应用方面，其开发的十余项超浸润界面材料体系方案被应用于能源领域（浓差发电、高效传热）、健康领域（癌症检测、医用导管）、资源领域（淡水采集、石油增采）、环境领域（油水／乳液／染料分离、农药增效）、材料领域（微加工技术及制备技术）、化工领域（高效高选择性催化体系）。目前其已有授权专利70余项，其中一些专利已经实现了技术转化。2021年，超浸润性技术还入选IUPAC化学领域十大新兴技术。

　　自2020年以来，江雷的研究领域则集中在动态超润湿性。他试图回答生命科学中一个非常重要的问题，即生命体系是如何实现超低能耗的高效能量转换、信息传输和物质合成的？而这一研究，又将推动神经科学和脑科学的发展，发展量子离子学技术，开发具有高通量、高选择性和低能耗的未来化学化工反应器，并将产生一系列颠覆性技术。

　　“科学家的另一个含义必须是教育家“

　　2017年9月10日晚7点，中国科学院大学雁栖湖校区国际会议中心报告厅盛况空前，容纳500人的报告厅涌进了近千名学生。讲台上、讲坛前、过道里全部坐满和站满了慕名而来的学生，他们翘首等待的正是江雷——中国科学院大学未来技术学院“未来大讲坛”的第一讲主讲人。

　　“江雷的雷，是‘如雷贯耳’的雷。”学生们都说，江雷鼎鼎大名，不仅是因为他在仿生智能界面材料和超浸润领域所做的诸多原创性工作，也在于他在外人眼中的许多“标新立异”和“特立独行”。

　　那一晚，他为在场的学子们带来一场启迪心灵的科研报告《向自然学习的创新科研与科学生活》。

　　“科学家的另一个含义必须是教育家。”在一次院士咨询会上，江雷指出“人才要自己来培养”，学生有自由空间，导师做方向指导，不给学生过多负担。“评价教书育人的科学家，一方面是看科学贡献，另一方面是看人才培养，科学发展的未来归根结底是人才的培养。”江雷表示。

　　在人才培养上，江雷将自己的科研思想分享给学生。中国科学院大学2003级硕博连读生夏帆回忆：“江老师说要以‘正奇相生、奇正转换’的思想开展创新研究，将‘道法自然’、‘实事求是’等与科研路径相结合，强调在科研过程中向自然学习的重要性。”基于此，他参与了表/界面浸润性研究和纳米孔道的研究工作，发展了系列具有响应性浸润性的功能材料，构筑了系列固态的响应性纳米孔道。

　　常言道严师出高徒，江雷认为，“严格的前提，是能够像对待自己孩子一样对待学生。导师就是慈母和严父的统一。”

　　江雷的用心良苦，被学生们看在眼里，记在心里。夏帆说：“‘为师满眼皆贤才’是江老师常说的一句话。江老师要求严格，但我们明白，这都是爱我们、为我们好的体现。”如今，夏帆在中国地质大学（武汉）材料与化学学院任院长，并用实际行动践行着老师江雷的育人理念。

　　董智超是江雷的2011级硕博连读生，提起老师江雷，他说自己“是一个非常幸运的人”。2010年夏天，本科大三的他正在考虑去哪里读研。在听完江雷一个小时的“沉浸式”仿生界面科学报告和“水黾在水上飞”故事后，他坚定了从事科研的决心。

　　硕博期间，董智超在江雷指导下，利用超疏水涂料喷涂有效抑制了水的绕流，即使在泥泞道路上“健步如飞”，也不会迸溅泥水到裤腿上。“在科研生活中，江老师既是我的导师，又似特别亲的长辈，有时又像没差几岁的兄长。讨论工作时，江老师很严肃，总有非常多的想法，但讨论结束快离开办公室时，江老师又经常夸奖我最近的研究进展。”

　　2016年博士毕业后，董智超先后任中科院理化技术研究所研究员、中国科学院大学博士生导师，继续围绕仿生液体绕流调控材料开展更为深入的研究工作。“距离第一次遇见江老师，已经过去11年。在我的记忆里，‘水黾水上飞’的故事还是那么精彩。”董智超回忆道。

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