看到“纳米材料”就觉得是大忽悠？真·纳米材料博士有话说
周末好！
这个周日，我们来聊聊关于材料学的博士生活吧！
曾经有一段时间，“纳米材料”非常火爆，谁家新出的产品不带上“纳米”两个字，都不好意思出门跟人家打招呼。那么，纳米材料到底是什么呢？材料学的博士们每天都在忙些什么呢？一起来看看吧！
（多图预警，大部分是作者自己画的，让编辑一度以为材料学博士的日常是画灵魂手绘……）
下期预告：一入此门深似海，为了心中的理想，我一路读到了临床医学博士。
**专栏中所涉及的内容为嘉宾自身的经历，仅供参考，不同院校／专业／研究方向的博士在研究和生活方面都会有不同的体验哟**
一、我的专业“纳米科技”是什么？
纳米（nm）是长度单位，一纳米等于十亿分之一米，头发的直径是6万nm，DNA的宽度是2.3nm。任何学科或技术，当其研究或作用的尺度降到100nm之下时，便可称之为纳米科技。
纳米科技的灵感来自于物理学家费曼（Richard Feynman）。1959年他发表了著名的演讲《底部还有很大空间》（There’s Plenty of Room at the Bottom），他的观点概括来说是：“我们可以组装单个原子以获得产品”。这个方法论后来被称为“自下而上法（bottom-up）”。顺带一句，这也是3D打印概念的原点。
我的研究方向是纳米材料的电化学储能应用，目标是造更好的电池。
我们这行的博士，门槛不高。以我自己为例，入门条件主要有两个：
有一点点本领域的基础（没有也行，但入门过程要久一点）；
有一点点英语读写基础（没有也行，但做科研的效率会很低）。
因为是交叉学科，干起活来会不断和纳米、材料、电化学这三个领域打交道。
绘图：圆的方块
二、我们“纳米人”的研究日常
做纳米的博士，大体是以一个课题作为周期，每个周期内的工作流程近似。
绘图：圆的方块
研究纳米材料的一个很大难处是需要在众多备选方案中不断摸索，反复尝试。
而且，每个环节都会碰到各种各样的问题，会得到各种奇怪的结果。
更惨的是，绝大多数时候，你完全不知道发生了什么，而且你的同学，师兄甚至是导师，也都不知道。
绘图：圆的方块
那么恭喜你，这是好事，因为有问题才值得研究。
做纳米的好处是，你有很大的机会成为发现某个现象的第一人。如同在大航海时代，你随便到达个岛屿，就是第一个踏上这块土地的人。
举一个自己的课题，来简单介绍下日常科研是在干啥。它也是我第一个独立研究的项目，还蛮有意思的。
这个课题用一句话描述就是“用盐来制备多孔纳米碳材料”。
日常中，我们总会观察到盐类的结晶现象，比如海水晒盐。我的研究发现，可以控制盐结出不同纳米尺寸的晶体。在一定条件下，生活中常见的食盐（氯化钠），其晶粒尺寸可以控制为1000nm，苏打（碳酸钠）为100nm，硅酸钠（俗称，泡花碱）为10nm。
进一步，在盐水中溶入葡萄糖，在析出过程中，葡萄糖就会自发包在盐的表面。通过煅烧，将葡萄糖碳化，之后再用水溶解掉盐，就能得到复制了盐晶体外形的碳纳米结构。
供图：圆的方块
于是，通过控制盐的结晶过程，我可以得到具有不同纳米孔径的碳材料。
更有意思的是，多种盐类同时混合，彼此结晶过程并不影响。因此，我们可以像拼积木一样，来拼凑不同尺寸的盐晶粒，进而得到不同组合的孔结构。
供图：圆的方块
再进一步，我们都知道海水中含有多种盐类，因此，可以直接拿海盐作为模板，低成本制备纳米多孔碳材料。
供图：圆的方块
随后，把这材料用在超级电容器中，发现它比商用材料的储能性能高两倍。当然啦，这只是实验室中的“性能好”，真想到实用的程度，还有很长的路要走。
这种具有纳米级三维结构的“碳”材料，还有更多的用武之地。比如，它的表面积大，可以用来做吸附，以去除海水中的油；电化学性质优良，可以提高电池的续航能力；力学性能好，加在金属中，可以提高材料整体的强度和韧性。我实验室中的小伙伴们都在这些方面不断探索着。
以上就是我读博期间接触的一个课题，它基本满足了我对纳米研究的所有期望： “有趣，有料，有用” 。当然，随后接触的人越来越多，发现与真正的世界顶尖相比，自己这些也就是“过家家”级别。
但是，“过家家”也很有意思呀！
三、课题组与导师的选择
从做科研开始，我在中国、美国、欧洲的学校都待过，接触过各种课题组和导师，所以这方面有些心得，在这里想跟大家分享一下。
当你打算选择某个课题组的某位导师开展科研时，有三个标准需要考量：
（1）经费充足
做纳米真的很烧钱，经济基础决定上层建筑。现在的大趋势是，国内的课题组不断崛起，可谓社会主义物质极大丰富。纳米领域的厉害科学家中，华人也占了很大比例。
目前世界上的纳米领域形势有点像体育界的乒乓球——中国有几乎最好的设备，人才和资金。很多欧美教授都跑到中国来蹭科研经费。
比如我在国内参与的课题组，虽然在国际上名声没那么响，但是硬件条件真的不含糊，有像这样一屋子各种功能的“炉子”，用来进行样品的高温处理。
供图：圆的方块
国内高校的投资力度也很大，我们院新买了一台球差校正透射电子显微镜（TEM），可以直接“看”到单个原子。设备也不贵，也就一千多万吧。（微笑）
一千多万的显微镜。图片来源：JEOL官网
纳米研究中的耗材也都挺贵的，然而世间好物不坚牢，就比如我上个月打碎的石英管，哎，还是不说了。所以，纳米科技的研究真的很烧钱，课题组经费是否充足就显得非常重要。
（2）导师人好
我比较幸运，目前接触过的导师们性格都很好，而且都乐意为学生着想。我觉得一个好的导师，最重要的是能够提供条件让学生“看远一点”，无论物质层面还是精神层面。
（3）大组vs小组
课题组的规模会很大程度影响你的研究风格。
我在国内的组“大而全”，同时研究着多种材料，而且横跨制备，表征，性能测试等一系列科研环节，最近在发展产业化。大课题组的好处是你会对所在领域的各个环节都有所涉及，而且科研产出效率相当高。
天津大学纳米和复合材料课题组（Nano&Comp）。供图：圆的方块
我在法国参加的组“小而美”，专精于电化学，在本领域首屈一指，国际上很多组会专门把样品寄给我们进行测试，之后有了成果大家分，一起发财。课题组中的老师都是术业有专攻的，这位熟悉晶体学，那位掌握测试技术等等，是“点突破”的模式。
法国图卢兹CIRIMAT实验室（部分人员） 。绘图：圆的方块
选择大组或小组，各有千秋，只要占了“人好钱多”这两样，基本就八九不离十了。
四、就业
因为是三个领域的交叉，所以将来就业要看自己的技能点。这是我目前接触到的，本领域博士们的就业情况：
供图：圆的方块
严格来说，目前纳米方向专业对口的岗位只有高校。但我个人是相信纳米的：There’s Plenty of Room at Nano。毕竟20年后的职业种类，绝大部分现在还没有呢。
五、读博体验
首先，读博或者科研只是众多工作选择中的一种，并不特殊。
关于好工作的定义，众说纷纭。我自己有一个考量的角度：这项工作的增长类型。
增长的方式有三种：线型，复利型和奇点型。
供图：圆的方块
线型增长最好理解，积少成多，一天存一块，一年就有三百多，不会有太大波动。线型增长的工作中，你的能力就是线的斜率。
复利型增长是收益叠加的，第一天的成果会给随后的每一天的都带来好处。最典型复利型增长的例子就是高利贷或者巴菲特的股票投资。
此外，知识领域也存在这种复利效应。以去年很火的石墨烯为例，相关论文的数量就逐年呈现复利型递增模式。
绘图：圆的方块，数据来源：Web of Science
所以，被学界认可的科研成果会持续扩散其影响。正如牛顿所说，科研是“站在巨人的肩膀上”。
科研的增长是复利型。因此，今天做的一点一滴，都会对后面的整个职业生涯产生积极的影响。每念及此，瞬间觉得自己手头的工作很有意义。
所以，如果选择了科研，那么读博期间所要做的就是在慢速增长的阶段尽可能多走几步。
还有第三种，“奇点型”的增长。在到达某个点之前，几乎没有增长，过了这个门槛，则会出现爆炸性的增长，比如创业或者某些网红。这种增长的风险太高，绝大多数会死在奇点到来之前。
六、课余生活
小时候，如果考试考得好，爸妈就不管你了，甚至你的一切“熊孩子”行径都会被认为是可爱或调皮。
读博也是一样，只要完成了科研任务，就有很多时间自由支配，你的一切乱七八糟，都会被解读为“全面发展”。以至于读博这几年，基本上成了我的圆梦之旅。
（1）旅行
我们学校有很多交流项目，我本科时去过美国做毕业设计，去过东南亚当义工。读博之后，这种外出交流的机会更多了，比如去以色列参观学习和到法国联合培养。
特别是到法国之后，这里的人民太爱放假了。他们有一种“搭桥”的制度：如果周四是假日，他们就会把周五也放掉，和周末连成四天的小长假。假期里实验室还封楼，真是想勤奋都不行。
我有一只网红蛙，已经跟着我去了十几个国家。供图：圆的方块
（2）不浪的时候，就默默地写公众号
写科普，也写段子。供图：圆的方块
（3）学跳舞，来到法国后，居然在当地华人春晚露了一手，圆了舞台梦。
后来在当地饭馆吃饭，还被老板娘认了出来，特意给我多加了份菜。瞬间，我也能“靠脸吃饭”了。 供图：圆的方块
（4）抽空去参加了英语演讲比赛
供图：圆的方块
可能是有史以来年龄最大的参赛选手，以至于，一进赛场好多人就站起来说“老师好”。
（5）开始健身，变壮实了
七、小结
读博是一份主观感受差别极大的体验，每个人都会有自己的故事。
说了这么多好处，读博当然也是有缺点的，比如：
绘图：圆的方块
作者名片
编辑：婉珺
排版：晓岚
题图来源：123RF
读（过）博的你，是不是也对自己的专业有话要说？
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科学人周末专栏：我的专业是个啥？
科学人段子手们以“过来人”的亲身经历，向你讲述读博意味着什么，不同专业的博士生们每天的日常是什么，读博前和读博后内心发生了哪些变化，没有对象的时候该如何度过漫长的单身生活，进口洗发水和国产洗发水在缓解脱发方面的不同表现……
建筑学、生态学、语言学、心理学、考古学、生物学、数学……他们曾经或正在那些你想了解细节的专业刻苦研究。
还没读博士的你，是不是好奇过：
PhD们是一群什么样的人？
他们每天都在干什么？
他们毕业之后好找工作吗？
他们都找得到对象吗？
他们真的都在遭受脱发困扰吗？
在考虑读博士的你，是不是在犹豫：
我该不该读博？
我该选哪个专业来读博？
毕业之后找不到工作怎么办？
到底该先找对象还是先读博？
读博之后如何保持头发的飘逸浓密？
关于博士，你最想知道的是什么？你最希望了解的专业是什么？留言给我们，你的问题大概可能也许基本上都将得到解答！
前期精彩回顾：
第4期：你这个化工博士……很危险啊！
第5期：心理学博士是做什么的？冤死我算了，我真的不是算命的……
第7期：什么？设计学的博士还可以这样读？一个清华美院博士的自述
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