与师同行 | 这位一边当“月嫂” 一边坚守“求是”做科研的硬核奶爸！

教师节特辑 Teachers' Day

三尺讲台，三千桃李

学而不厌，诲人不倦

值此教师节之际

邀您一起走进ZJUI青年教师

石烨背后的故事

围观这位“硬核奶爸”从学、从研、从教的故事

石烨老师是浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院（ZJUI）研究员、助理教授，也是本科和硕士均毕业于浙江大学的“学长”。他博士毕业于德克萨斯大学奥斯汀分校材料科学与工程专业，也曾在加州理工学院和加州大学洛杉矶分校任职博士后研究员。其研究兴趣集中于新型介电弹性体和功能水凝胶材料的开发以及它们在软体致动器、软体机器人、能源转化储存和可穿戴设备中的应用。他已经在国际主流期刊上发表了超过30篇论文，得到了超过6000次引用。他也致力于求将科研成果进行转化应用。

今年7月，石烨博士以第一作者身份在国际著名期刊《科学》（Science）在线发表了题为《A Processable, High-performance Dielectric Elastomer and Multilayering Process（一种可加工的高性能介电弹性体和多层工艺）》的研究论文。该文介绍了新型高性能介电弹性体材料的合成以及叠层器件制备新工艺（图1），为人工肌肉研究带来新突破。文章通讯作者为加州大学洛杉矶分校（UCLA）裴启兵教授。

▲ 图1. 介电弹性体人工肌肉材料示意图

争分夺秒，雨露均沾

创新孕于“月嫂”生涯

2020年初，还在UCLA做博后研究介电弹性体的石烨，遇上了史无前例的新冠疫情。4月他的儿子出生时，疫情正在美国肆虐，国际旅行受阻，原本计划来美帮忙的家人都未能成行。面对科研压力和家庭责任，他勇挑重担，在完成科研任务之余，化身为“月嫂”和“奶爸”，包办了家里的几乎一切家务。

“这段日子虽然很艰苦，但现在回想起来也是挺有趣的经历。” 既要坚持项目研究，依据规划保证不拉下科研进度，又要照顾妻子、承担嗷嗷待哺的儿子换尿不湿、喂奶等照顾任务，石烨说，“有时候半夜起来给儿子喂奶时，我也不想浪费须臾。在他津津有味的吮吸时，我也会趁夜深人静，再通盘思考下实验的做法和数据的分析。”

▲ 图2. 当“月嫂”的石烨

勤于思考，见微知著

解决办法就在生活中

介电弹性体（dielectric elastomer，DE）拥有形变大、能量密度高、响应速度快等优势，从而作为人工肌肉材料被广泛研究和应用。介电弹性体致动器（dielectric elastomer actuator，DEA）由介电弹性体薄膜和上下两层可拉伸电极构成。在施加电压后，电极间由于静电作用产生Maxwell应力，从而挤压弹性体薄膜产生驱动应变。

石烨博士等人合成了一种新型高性能介电弹性体（PHDE）针对目前常见的两类介电弹性体材料缺陷，通过采用链长显著不同的两种交联剂，合成了具有双峰分布的弹性体网络（图3）这种材料就像 “如意金箍棒”一样在电刺激下能屈能伸。此外，石烨博士等人在弹性体网络中额外引入少量的氢键，降低了材料的粘弹损耗，使其响应地更快。

▲ 图3. PHDE具有双峰网络分布，在在无需预拉伸的情况下达到了190%的最大面积应变，而且在2Hz频率下仍能保持110%的应变

▲ 图4. 通过新型干叠法工艺制备得到的叠层DEA

石烨在研究介电弹性体时曾遇到一个不小的困难：如何将弹性足、厚度薄、表面粘的薄膜一层一层完美地叠起来，没有气泡或者褶皱。你一定想不到，最后解决方案的灵感，就来源于手机贴膜。“当时我从网上找了许多手机贴膜的视频，观察他们贴膜的手法，想看看他们是如何避免气泡和褶皱的。同时我也思考了手机屏幕以及保护膜两者力学性质上的不同。”石烨通过仔细观察手机贴膜的过程，开发并改进了项目组的叠层方法，解决困扰介电弹性体研究领域的一个长期难题。

受到手机贴膜过程启发，石烨在实验中利用了两种具有不同力学性质的材料作为基底，在上面制备了弹性体膜，并通过与贴膜相似的手法成功得到了叠层介电弹性体器件。他们进一步开发了一种干叠法工艺，制备叠层DEA（图4）。相比传统的湿叠法，该方法具有效率高、可大面积生产、良率高、性能损失小等优势。通过干叠法制备得到的10层DEA在2Hz驱动频率下能达到110%的面积应变，在20Hz下仍能保持60%的应变。基于高性能叠层DEA，石烨博士等人成功制造了蜘蛛型致动器和多功能管状致动器（图5），展现了PHDE及其叠层器件在柔性机器人、生物医疗器件、可穿戴器件等众多领域的广泛应用前景。

▲ 图5. 基于PHDE叠层DEA的蜘蛛型致动器和多功能管状致动器。

“我认为科研中很重要的一点就是要勤于思考、善于思考、学会规划。”作为一名材料化学方向的老师，石烨的研究工作离不开实验，他说，“我不一定会花最多时间在实验上的，但我一定会花许多时间在思考上。每晚睡前躺在床上时，我都会把当天的实验结果思考分析一遍，同时规划好第二天的实验，包括许多细节问题，先像放电影一样在脑海里过一遍。”博士和博后期间，通常下午五六点就下班回家了，但他会在照顾孩子、洗澡等各个生活环节中思考科研工作。通过思考，石烨做实验的效率大大提高了。

▲ 图6. 在实验室工作的石烨

这个思考的习惯在疫情期间，更是为他带来了巨大的帮助。科研攻坚阶段，UCLA实验室虽然解封，但仍限制了每间实验室同时工作的人数。因此直到回国前，他每天只能在实验室工作半天。这对于依赖实验的材料化学研究工作其实是很大的挑战。石烨回忆说，“我需要在半天内完成材料的准备、器件的制备和相应的测试。如果不能一次性完成这些步骤，我则需要规划好大量样品的标记和保存。如没有多年来养成的思考和提前规划的习惯，我的科研工作可能无法如期推进。”

云程发轫，踵事增华

回母校庚续“求是”血脉

作为浙大人，他早已深受竺老校长求是精神的浸润与感召。石烨说，“竺老说过，求是的路径，中庸说得最好，就是‘博学之、审问之、慎思之、明辨之、笃行之’这句话一直成为我科研路上的灯塔，指引我不断前行”。他本科刚开始做科研时，比较迷信文献，总认为根据文献所说的方法或思路，一定能达到相应的结果。因此那时的他总是蒙头对着文献按部就班，不会去深究为什么要这么做，也不去反思实验结果与文献报道不同时的真正原因。后来，经过老师及师兄师姐们，尤其是导师陈红征老师的指导，他才明白在科研中“审问之、慎思之、明辨之”的重要性。如今，他也把自己多年来对求是精神的体悟传承给自己的学生，“对待文献必须拿出批判的精神，以求是的态度分析实验得到的结果。在遇到结果与文献不同时，必须仔细分析整个实验过程、实验条件，同时要‘博学之’，找更多的相关资料来佐助分析，最后得出相对科学的结论。”

硕士求学于浙大期间，他更是找到了团队协作的乐趣，也领悟了团队协作开展科研攻关的重要性。本科期间他的研究更多是跟随导师闷头苦干型，而硕士期间，他恰巧有机会与一位好朋友一起研究量子点杂化太阳能电池，试图提高其光电转化效率。根据各自兴趣和所长，石烨负责合成材料，而好友则负责制备太阳能电池器件。他们不遗余力，艰苦奋斗，投入了大量时间精力到调控量子点的大小、表面配体以及电池活性层的组分上。经过一段时间的尝试后，他们开始了非常“合拍”的同频共振——每天上午由石烨合成一批次的量子点，下午好友利用它们制备器件，然后晚上两人一起进行测试。日复一日，不厌其烦，数月之后，他们的合作也终于得到了满意的效率，成果也发表在国际著名的SCI期刊上。

如今，在ZJUI做PI的他，对浙大的科研环境有了比本科和研究生期间更深刻的感触。除了思考把握科研方向和科研规划，指导学生、上课、申请基金、引才组团队等每一项都是全新的挑战。“因为才入职不久，我为了组建团队，甚至还在与学生一起打篮球、踢足球的时候，不遗余力宣传自己的课题组。后来也真的有一位一起打篮球的学生联系我加入我的团队，这也令我比较欣慰。”石烨如是说。回到浙大，他依然打算深耕介电弹性体领域。一方面会继续调控弹性体的结构，提升其性能。另一方面是将前期研发的高性能介电弹性体应用到柔性机器人、可穿戴设备、医疗健康设备、清洁能源收集等诸多领域中，也将合成开发各种功能化水凝胶材料，并将它们应用于能源、生物、环境等领域中。石烨说，“我们会努力将成果转化，实现产品的商业化，让更多的人能实实在在用到我的研究成果。”

问及为什么会放弃海外丰富的机会选择回国，石烨云淡风轻地说，“其实我从出国之前就有回国的信念，并且立志回到浙大工作。这一方面是由于我身为杭州人对家乡的深厚感情，另一方面也是我对浙大的热爱。”浓浓求是情是多年来令他无法忘怀的珍贵记忆。出国后，石烨更加坚定了要回国的想法。他说，对比国外名校，浙大同样拥有一流的环境、顶级的科研设备、浓厚的学术氛围、充足的国际交流；此外，浙大还能提供国外高校无法提供的机会，比如直接参与祖国的建设、与中国企业的直接合作以及培养中国顶尖学生。“作为一个中国人，想回国建设的信念就像那一抹中国红，日日夜夜烙印在心头。不仅仅是我，我想也是多数海外学子魂牵梦萦的执着” 石烨说，“我曾和一位美籍合作者兼朋友介绍过我毕业于浙大，他听完就说他知道浙大，也知道杭州这个城市，杭州和浙大都太美了，他表达了希望能在这样的环境里做自己喜欢的事的强烈愿望。他也完全道出了我的心声，能在浙大做自己喜欢的科研和教育，何其乐哉。”

为师之乐，莫过于得天下英才而育之

ZJUI祝全体教师

节日快乐！
Happy Teachers' Day!

 文 | 张旖  图 | 受访者供稿

本期编辑 | 张旖  责任编辑 | 张旖

推荐阅读

请输入

求分享

求点赞

求在看