江雷

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江雷,男,1965年3月生吉林长春,江苏省镇江市人,1994年毕业于吉林大学,获博士学位。著名纳米材料专家,中国科学院化学研究所研究员、博士生导师,曾先后担任国家纳米科学中心首席科学家、国家科技部863计划纳米科技专项总体专家组组长、日本神奈川科学院研究员。2009年当选中国科学院院士,2012年9月当选为发展中国家科学院(TWAS)院士,2016年2月当选为美国国家工程院外籍院士。现任北京航空航天大学化学与环境学院院长,民盟中央委员。

人物经历

1987年,毕业于吉林大学物理系固体物理专业。

1990年,在吉林大学化学系物理化学专业获硕士学位;

1992年-1994年,作为中日联合培养的博士生在日本东京大学留学,

1994年,回国后获吉林大学博士学位。

1994年-1996年,在日本东京大学做博士后;

1996年-1999年在日本神奈川科学院任研究员。

1998年,入选中国科学院“百人计划”。

1999年4月回国工作。现任中国科学院化学研究所研究员,博士生导师,吉林大学客座教授。

2004年—2006年兼任国家纳米科学中心首席科学家。

2009年12月,当选中国科学院院士。

2012年,当选发展中国家科学院(TWAS)院士。

2014年4月至今,被聘为华中科技大学兼职教授。

2015年9月获获第三届“ChinaNano Award”奖,这是中国学者首次获得这一殊荣。

2016年2月8日(美国当地时间),因在超疏水性和亲水性涂层方面的贡献当选为美国国家工程院外籍院士。

2017年05月,获得全国创新争先奖。

任免信息

2017年12月,当选中国民主同盟第十二届中央委员会委员。

研究领域

江雷教授长期在交叉科学领域从事仿生界面材料的合成与制备方面的研究,主要有以下几个方面的研究:

(1)通过向自然学习,研究多种生物体表面特殊浸润性,揭示了生物体表面超疏水性的形成机理,为相关仿生界面及智能材料的设计制备提供依据;

(2)仿生制备超疏水界面材料,并实现多功能化组合的超疏水表面,又同时将不同种类的特殊浸润性如:超疏油/超疏水(超双疏)、超亲油/超亲水(超双亲)、超疏油/超亲水、超疏水/超亲油组合,建立仿生超疏水界面材料体系;

(3)通过系统研究界面材料结构和特性规律,提出了“纳米界面材料的二元协同效应”,创造性地将仿生微纳米复合结构与外场响应性分子设计相结合,实现了在单一或多重外场控制下材料表面浸润性的可逆变化;

(4)通过将单一物性(浸润)的二元(亲/疏)设计理念推广到其它物性体系,提出了仿生智能多尺度界面材料的设计方案,为仿生界面材料体系的发展提供了新方法。

人物事迹

兵贵神速,捷足先登

在普通人眼里,江雷的人生之路似乎“走”得特别顺。江雷说:“我哪里是在u2018走u2019啊?我一直都在u2018跑u2019,而且是一路狂奔,丝毫不敢有所松懈怠慢。”

江雷还在大学时代,就为我国棋坛名将陈祖德自传中描述的“红绿灯现象”所触动。在每个人的生命旅途中,不时会遭遇红绿灯。望着眼前还在闪烁的红灯,有的人会加快速度抢道路;有的人却放缓脚步慢馒悠悠地等绿灯。江雷自诩性格是属于赶绿灯、抢道路一类的,“这个绿灯不失时机地赶过来了,下个路口可能还会赶上绿灯;如果漫不经心地等着红灯变成绿灯,可能下个路口还是红灯,那就一错再错、一慢再慢,永远是落在人家后头。”。

江雷1987年本科毕业就读硕士,“科学研究离不开第一手的实验数据,我读了半年硕士课程就提前一年进了实验室。这样,当我的后来一些同学拖拉着进实验室时,我已经有了自己的实验数据,准备着手写论文了。”3 年硕士读下来,江雷共发表了10余篇论文。这些论文总的水平不低,其中一篇还与博士研究生的论文比肩,获得了吉林大学“青春杯”科技论文大奖赛特别奖。

“这或许就是我在人生道路上抢得的第一个u2018绿灯u2019吧,紧接着,国家教委下达了吉林大学与东京大学联合培养博士生的名额,自然非我莫属,留学东瀛的门户为我敞开了。”

硕士刚毕业的江雷转眼间成了东京大学藤岛昭先生的博士生,走进了藤岛实验室,“我还是丝毫不敢懈怠,还得接着抢前方路口的绿灯。”江雷说,“那年我们公派去日本的留学生100多名,分散在东京的各个大学,有的想着打工贴补生活,有的想先提高语言能力,我还是坚信u2018天道酬勤u2019,必须u2018闻鸡起舞u2019。”。

江雷第二天就一头扎进了实验室。有人对江雷说:“那么玩命干啥?不就是给u2018日本鬼子u2019打工吗?”

“我其实是给自己u2018打工u2019。我要走自己的路。一开始路就走得慢了,今后想赶也赶不过来。”江雷对记者说:我们换个现象比喻“红绿灯现象”,比如两个同样的物体,重力加速度一样,但其中有个物体提前落下来一秒,结果自然也就大不一样;用兵家的说法,则是“兵贵神速”。

就这样,江雷一路紧追不舍地又抢了一个“绿灯”:在藤岛实验室的研究工作令人刮目,博士毕业后,江雷被导师藤岛先生推荐到日本科技厅神奈川科学技术研究院,先是担任高年薪的专任研究员,后来则是主管“光电界面相变控制”的课题组组长,一干就是5年。

国之大事,不可不察

当江雷进入日本藤岛实验室时,国际上的纳米界面材料研究几乎刚刚起步。

各国科学家相信,不同结构的物质可以形成各种各样的东西,借助异质材料的接触与融合所产生的纳米级界面的奇异功能特性,可以创造出无数功能特殊、性状奇异的新型材料,并使之实现产业化。但是,在物质的二维表面上形成特殊的纳米界面结构的二元协同的表面相,以及它所显示出来的超常的客观物性,对其中的微观机制研究毕竟是一个世界性的全新课题,它涉及到界面物理、界面化学、甚至包括界面生物学等领域,研究的难度可想而知。

“兵者,国之大事,不可不察。”高中时就曾熟读兵书的江雷这样认为。由于命运的原因,他最终没有选择军旅作为自己的职业,但已经留学东瀛的他非常敏感地意识到:纳米界面材料是世界科学研究的前沿阵地,国家战略需求的关键堡垒,今后将在国际科技和经济发展中扮演着举足轻重的角色。

江雷认为;与“有所为,有所不为”的兵家之言一脉相承,以自己有限的青春年华和时间精力,未来科研方向的把握,也应该如兵家所言,“途有所不由,军有所不击,城有所不攻,地有所不争,君命有所不受。”自己学有所成肯定要回国,拿什么东西报效祖国?“纳米界面材料”的新研究成果就是更好的奉献!

江雷义无反顾地一头扑进了实验室。在整整6年多的时间里夜以继日,江雷几乎都是在电子显微镜和激光脉冲仪前度过的。他进行一次又一次的实验,睁大一双清澈明亮的眼眸,寻找并发现光电界面新材料新结构的蛛丝马迹。难以抗拒的渴望科学新发现的冲动,在他年青的胸膛里激情澎湃,提供着他彻夜不眠工作的旺盛精力。

“我是以科研第一线的具体实践,在给自己写可以挑战生理极限、超越自我的u2018说明书u2019。”江雷说;“只有这样,通常人们认为枯燥乏味的那些基础研究工作,也会因此而变得愉快而有趣起来。”在日本留学的6 年多时间里,江雷仅研究论文就发表了60多篇,其中作为第一作者的有30多篇。

早在20世纪初年,科学家就已经利用物质的二元协同原子材料,将铁与铬这两类在空气中极易氧化的合金相合成为不锈钢,同时,也将铁和铬这二类普通硬度的合金相结合为超硬钢。到了20世纪30年代,又在物质的分子水平上开发出了二元分子协同材料,如电子受体与电子结构相结合成为有机超导体以及有机强磁体。到20世纪80年代后,比原子、分子级的开发更加深入了一个层次,那就是物质的纳米级的研究开发。

以纳米为单位度量的物质,在一定条件作用下,具有常规粗晶粒材料所不具备的奇异特性和反常特性,因而应用前景备受各国科学家瞩目。读兵书其实也是在读哲学。自然界的各种物质材料千变万变,九九归一,总可以寻找到其中内在的统一规律。根据纳米材料的结构特性,把看似对立的一些矛盾进行调和,就会产生种种新的效应,这实际上是辩证法中对立的统一。

1998年3 月的一天,江雷正在准备日本化学学会年会的发言材料,突然,创新的思维如电光石火般在江雷的脑海里闪过:既然现代科学已经证实物质都是由各种协同互补的二元性基本粒子所组成,而且人类亦已经开始有意识利用二元协同性研制新材料,那么为什么不能把这种二元协同性推广到纳米尺度界面呢?

根据江雷过去已有的研究成果,当对某物质采取某种特殊的表面加工后,在介观尺度能形成交错混杂的两种不同性质的二维表面相区,这种具有不同、甚至完全相反理化性质的纳米相区,在某种条件下具有协同的相互作用,以致在宏观表面上形成超常规的界面物质的材料。在这一刹那间,江雷对“二元协同纳米界面材料”的研究,有了种醍醐灌顶、茅塞顿开的感觉。

万物负阴抱阳

科学实验数据表明,两种性质相反的材料作到纳米时,在特定的条件下具有协同的相互作用,在宏观上会表现出奇特的性能;二元协同纳米界面材料就是在材料的宏观表面建立一个这样的结构。

江雷和他的同事在实验中观察到,在紫外光的照射下,二氧化钛表面表现出亲水的效果,即水滴在这个表面上很自然的铺展开,不会产生雾滴。这实在是个奇妙无比的现象。江雷不由地联想到:中国古代哲学中就有“阴阳合一”等朴素的真理;早在2000多年前,深谙哲理的中华民族祖先就以其聪睿的智慧,指出了“万物负阴抱阳,冲气以为和”,也就是说,物质可以分为阴阳两个方面,阴阳变化交合,就能产生出万物。

由此,江雷提出大胆的设想:是否在这个表面上存在着亲水和疏水的纳米结构,促使了这个表面具有亲水的效果呢?如果这种界面存在,它还会有一个宏观的现象,它必定还会亲油。

10分钟后试验结果出来了:这个界面又亲水又亲油。随后,江雷和他的同事很快复制出了亲水和疏水相间的纳米结构;对玻璃的表面进行处理,也再次证实玻璃的表面具有亲水和亲油的特性。

既然能做出了亲水、亲油的材料,举一反三,必然也能做出疏水与疏油的材料。

在大自然中我们不难发现,荷叶“出淤泥而不染”,具有极强的疏水、疏油的性能。是否荷叶的表面具有特殊的结构呢?

在荷叶的扫描电镜的照片上,江雷看到其表面的结构清晰可见,那些凹凸不平的纳米结构,正是他所要寻找的正确答案。

江雷为自己的发现而激动万分。他不由赞叹东方古国传统文化的灿烂与伟大。怀着对老子阴阳学说的崇敬心情,江雷把这种具有阴阳二元的物质在纳米界面上呈现出的超常规的界面物质材料,命名为二元协同纳米界面材料。

江雷在吉林大学的博士导师是李铁津教授。江雷立即打国际长途电话告诉他自己的新发现,在我国化学界享有盛名的李铁津教授回答的第一句话是:“这下可真有的干了,根据这个理论我们国家可以干很多事!”

将研究的材料置于一个纳米级的界面上,从中发现新规律、寻找新材料,藤岛实验室作为世界纳米界面材料研究领域的先驱者,多年来在该领域进行了资金的巨大投入,可谓“众里寻她千百度”,由一位来自中国的博士后的“蓦然回首”,却发现一位艳丽的“美人”已经站在“灯火阑珊处”了。

集多项研究成果之大成,江雷提出的“二元协同纳米界面结构”理论,发表于1998年春季的日本化学学会。

1998年5月,江雷以他纳米材料研究的骄人成就,荣获了日本文部省颁发的青年特别奖励基金。

壮士断腕,破釜沉舟

1994年中国科学院实施“百人计划”。根据这一计划,中国科学院拟向海内外招聘100 人左右的学科带头人,为中国科技造就一支堪当领军重任的“将帅之才”。对从事科研的优秀人才来说,能够入选“百人计划”不仅对他是种科研和生活上的基本保障,更重要的是种学术水平的充分肯定。仿佛冥冥之中要圆江雷一个高中时就向往带兵打仗的美梦,1998年江雷入选中国科学院“百人计划”,成为一名科技战线的将领,也可以“沙场秋点兵”了。

故事还得从1998年2月说起。那时,江雷知道中国科学院化学研究所所长、中国化学界颇富盛誉的朱道本院士要到日本,他直接和朱道本院士取得联系后,不久就在朱道本下榻的宾馆里见了面,两人一见如故,交流得十分投机,竟很快成了忘年交。

江雷和朱道本院士谈起了他的科研思路不为自己在日本的助教授所理解、缺乏被充分重视的一些苦恼和困惑。朱道本院士在对江雷“心有灵犀一点通”的同时,谈起中国科学院的“百人计划” 诱人之处。回国后不到一星期之后,朱道本所长就给江雷发来了关于申请“百人计划”的电子邮件。

是年5月,江雷自费回到祖国北京,参加了一个海外青年科学家研讨会,同时也顺便“侦察”了一下国内人才需求的“火力”。这期间,江雷见到了时任国家科技部基础研究司的邵立勤副司长,只简单介绍了20分钟,学物理出身的邵立勤就对江雷的研究工作表示了理解和极大兴趣,提出他如果准备回国,可以考虑就课题的进一步研究申请国家“973”计划项目。江雷前进的前方道路,再次闪现出一盏催他提速急行绿灯。

中国科学院副院长白春礼到江雷下榻的招待所看望,这位在中国科学院负责“百人计划”实施的科技少帅,和江雷同样有海外留学的经历,同样对纳米科学研究有着深刻理解的科学家,和江雷敞开心扉谈到:从纳米界面结构课题入手,要一方面搞应用基础研究,一方面搞企业化运作,实现纳米技术的产业化辐射。

作为一位科研人员,令他痛苦的是,莫过于原始创新的思路无人理解,更加兴奋的,则在于标新立异有知音。破釜沉舟,是需要江雷壮士断腕的时候了。

江雷在学术上无疑是成功的。无论在东京大学藤岛实验室,也无论是在神奈川科技研究院,他在有关光电界面材料的制备与理化性质研究取得的诸多成果,使得日本及美国的许多大学和跨国大公司向他敞开了大门。凭他的丰厚的科研资历和能力,导师早就答应给他一份酬薪丰厚的教职;他还可以去跨国大公司任职,那些从事纳米材料开发的日本一流企业,开给他的年薪都在千万日元之上。退而言之,这一年的夏天,母校吉林大学的兼职教授的聘书和申请“长江学者”的邀请函也已送到江雷手上。

1998年8月,江雷再度来到北京,出席了世界青年纳米科学研讨会,中国科学院及化学研究所专门邀请他前往化学研究所参观讲学。江雷的讲学引起了轰动不说,研究所仅用一个星期时间,就通过了江雷的研究员职称评审,特批了三室一厅的住房,并为江雷申请了科研经费。同年12月,化学研究所通过了江雷的“百人计划”答辩,并很快为他配置了专门的助手,负责二元纳米界面材料实验室的筹备事宜。

江雷选择了中国科学院,是看好了“百人计划”的舞台,并为化学研究所的情真意切所深深打动:研究所的6位领导曾全部出动和他座谈,在短短的一个半小时里,就把他来研究所工作的具体事宜敲定谈妥,其工作效率让在号称“奔走一族”的日本已习以为常的江雷也惊讶不已。

中国科学院选择江雷,不仅在于他是一些重要纳米材料研究的亲身参与者,更重要的是意识到他潜在的创新能力将进一步厚积薄发,他所提出的“二元协同纳米界面结构”这一全新概念,也将给我国带来广阔的产业化前景。

“因粮与敌”与“草船借箭”

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,也表现疏水、疏油的特性。把氧化剂和还原剂作成纳米结构,形成二元协同纳米界面材料,可高效地分解有毒气体和有机物,还具有杀菌的作用,同时可用于净化空气,提高人们的生活质量。

物质世界的二元性无穷无尽,二元协同纳米界面材料的排列组合也将是无穷无尽,回到祖国的江雷坚信;随着科技的不断发展,我们迎接的将是一个丰富多彩的功能材料新世界。“一种材料在不同的环境作用下,将表现出其迥然不同的特性,同样,一个人在不同的创新文化氛围里,发挥的作用也不尽相同。”江雷对记者说。

江雷和他领导的课题组成员一起,很快研究出一类纳米新型功能的材料,用它对织物处理之后,织物会不沾水,不沾油;用它对瓷砖、玻璃处理之后,具有自清洁的功能。

根据中国科学院和化学研究所的产业化思路,积极进行纳米技术的转移和传递,迅速在相关企业开展广泛的合作,形成了战略伙伴关系。“兵家说u2018因粮与敌u2019,我们这里讲的u2018敌u2019,不是u2018敌对u2019,而是要充分u2018借力u2019,像诸葛亮那样懂得“草船借箭”,发展高科技,实现产业化,就要整和并优化社会各方的资源,争取资源的更好的配置。哪怕是竞争对手,也可以谈判与合作。”

江雷说:我合作的目标就是要让合作的对方“赢”,哪怕对方 “赢”了90%,我们只“赢”10%;但如果我们合作10个项目的话,最终的结果就是100%。纳米界面材料实验室的基础应用研究,很多都与化学研究所其他课题组,以及吉林大学、北京理工大学等科研单位开展交叉学科的合作,取得了“双赢”。产业化方面的合作也是这样。

化学研究所和中国商品交易中心共同组建了北京中商世纪纳米技术有限公司,奇异的“纳米自洁领带”、“纳米自洁丝巾”应运而生:它和普通领带、丝巾没什么两样,但经过纳米技术处理,产生了特殊功能。污水像落在荷叶之上,一点粘不上,用手搓搓,净水一冲,污迹和油垢就没有了,根本不用洗涤用品。

1999年底,由江雷担任首席科学家的中商世纪公司举行新闻发布会,首次隆重推出超双亲性二元协同界面材料技术(既亲水又亲油)和超双疏性界面材料(既疏水又疏油),向社会各界展示了漂亮的“纳米自洁领带”。如魔术便幻一般,经过纳米技术处理过的各类纺织材料不仅可以防水、防油,还具有了杀菌、防辐射、防霉等特殊效果,原有织物的各种性能保持不变,包括纤维强度、染料亲和性、耐洗涤性、免烫性等。

人们清楚地记得那一幕:2000年春天,国家纳米科技指导协调委员会首席科学家白春礼院士在中南海为国务院领导讲纳米科技,朱镕基总理对他现场演示的防污领带表示极大兴趣的情景。如今,由化学研究所提供双疏纳米技术,中商世纪公司和宁波艾力特公司合作推出的纳米领带,不仅已批量投入市场,标有“中国科学院”字样的领带还成为赠送国外贵宾的礼品,成为了“领带大使”。

浙江嵊州是著名的“领带之乡”,当地企业慕名与化学研究所合作,推出的“纳米自洁领带”亦远销海内外。

作为外墙用的玻璃、陶瓷等建筑材料也能像荷花一样“出淤泥而不染”:在玻璃、瓷砖等建筑材料表面采用超双亲界面材料技术后,水滴或油滴与表面的接触角接近零度,实现自清洁及防雾效果。江雷预言,这种超双亲界面材料技术今后必将在城市幕墙玻璃、浴室的镜子、各种眼镜、汽车玻璃等得到广泛应用。

江雷研究员带领的研究小组还成功的研制出了超双疏阵列碳纳米管膜,2001年5月出版的德国《应用化学》对这一研究成果进行了详细报道。紧接着,他们再接再厉,在该杂志上连中三元,分别利用普通疏水高分子、甚至双亲高分子实现了超疏水特性。正是这些系列性的成果,赢得了国际材料领域权威杂志《先进材料》主编的青睐,邀请他们为杂志撰写了系统的综述文章。

“文武之道,一张一弛”

一位研究生走进江雷的办公室,向他要正在抽的香烟烟灰,让正在采访的记者大惑不解。江雷解释说:学生要用烟灰做纺织品防静电的测试,因为经过燃烧的烟灰比较纯正,没有杂质。采访的话题也就由此转入他如何带“兵”。

“对学生我是u2018无为而治u2019。”江雷说,“我在面试和招收研究生时线条很粗,因为我一向认为,只有无能的导师,没有差劲的学生,也可以说是u2018强将手下无弱兵u2019。实际上,我现在带的几位研究生写出了比较好的论文,他们过去也不是从名牌高校毕业的,那些没考成u2018托福u2019出国留学的学生中,潜在科技创新能力的也大有人在。”

“什么叫u2018文武之道,一张一弛u2019?弓上弦叫张,卸下弦叫弛,打仗用兵是如此,带领和指导学生也是如此。我安排的研究生的学习和工作,就是要让他们感到有紧也有松,能够真正体验到科研的乐趣。”江雷说:“当然,还有句兵书上的话叫u2018士不亲不罚u2019,对那些自己已经比较熟悉的学生才u2018罚u2019,对他们有时可能会比较严厉,对刚招收进来、实验室情况还不太了解的那些学生,则更多的是表现一种温情。”

2000年12月1日,日本东京大学教授藤岛昭先生,专程来中国看望他的得意门生。得知江雷在较短的时间里已取得了令人瞩目的成绩,他在惊讶不已的同时发出了由衷的赞叹。就是江雷的这位恩师,他和东京大学的桥本教授一起,当年在江雷回国筹建新实验室时提供并赠送了价值上千万日元的仪器,“藤岛昭先生当年对我的培养也是u2018文武之道,一张一弛u2019,如今,我正是像他那样培养自己的学生。”

结缘纳米技术的聪明人“难得糊涂”

1992年,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,师从国际著名光化学科学家、有着“光触媒之父”之称的藤岛昭教授。

临行,江雷的姑夫、北京大学东方学系教授陈玉龙铺纸研墨,挥毫泼墨,遒劲秀逸的“天道酬勤”4字跃然纸上。随后,陈玉龙赠送给江雷,拍着江雷的肩膀说:“一分耕耘,一分收获,这是古今中外所称道的多劳多得。上天会实现勤劳的人的志愿,有耕耘就会有收获,我希望你在异国他乡不懈努力,大限度地完善充实自己,成就自己的梦想。”

于是,书法条幅“天道酬勤”随江雷远渡东瀛。“那年公派去日本的留学生100多名,分散在东京各个大学,有的想打工贴补生活,有的想提高语言能力,我还是坚信u2018天道酬勤u2019,必须u2018闻鸡起舞u2019。”江雷回忆说:“姑父送给我的这幅书法,伴随我度过了7年的海外求学生涯,后来我又把它带回了国内,鞭策我在科研道路上奋发前行。”

博士毕业后,江雷被藤岛昭教授推荐到日本科技厅神奈川科学技术研究院,先担任高年薪的专任研究员,后出任为“光电控制界面结构相变”课题组组长。

每每回忆起恩师藤岛昭教授,江雷言语之中充满了敬重,也充满了对自己那段经历的留恋。一次,藤岛昭到中国访问,看到清代书画家、文学家郑板桥题过的匾额“难得糊涂”,很欣赏其处世哲学,认为这与自己的教育思想或学术追求相吻合,于是制作成拓片装裱好,安置在居室醒目的地方。一天,江雷拜访藤岛昭,藤岛昭指着墙上的拓片说:“一个人一生只能做一件事,就像你们中国文人郑板桥所说的——u2018难得糊涂u2019。搞科学研究,要学学这种人生哲学,一辈子认认真真做好一件事就够了,对其他的事该糊涂的要糊涂。”

江雷进入日本藤岛实验室时,国际上的纳米界面材料研究刚刚兴起。当时,江雷就敏感地意识到:这是世界科学研究的前沿阵地、国家战略需求的关键堡垒,将在国际科技和经济发展中扮演举足轻重的角色。随后,他在几年里夜以继日,每天几乎都在电子显微镜和脉冲激光前度过。

1998年3月,江雷正在准备日本化学学会年会发言材料,脑海里突然灵感萌动:既然现代科学已证实物质都由各种协同互补的二元性基本粒子组成,而且人类亦已开始有意识地利用二元协同性研制新材料,那么为什么不能把这种二元协同性推广到纳米尺度界面?根据江雷自己的研究成果,当对某物质采取某种特殊的表面加工后,在介观尺度能形成交错混杂的二维表面相区,这种理化性质不同甚至完全相反的纳米相区,在某种条件下具有协同相互作用,以致在宏观表面上形成超常规的界面物质的材料。刹那间,江雷对“二元协同纳米界面材料”的研究,有种醍醐灌顶的感觉。

实验是枯燥的,数据是枯燥的,过程是枯燥的,科学研究是个苦差事。“所以百折不挠的精神、坚韧不拔的意志不可或缺。”江雷说,“如果实验中遇到挫折就放弃,那么科研肯定一事无成。”熟悉他的人告诉记者,江雷有一段时间爱读毛泽东的名篇《论持久战》。从他的言行中,我们找到了答案,“纳米科技的研究就是一个持久战,不能急于求成”。

江雷和同事实验发现,在紫外光照射下,水滴在二氧化钛表面自然展开,二氧化钛表现出反常的“亲水”效果。他联想到我国古代哲学中的“阴阳合一”等朴素真理,大胆设想这个表面存在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首次提出“二元协同纳米界面结构”理论,2000年正式发表在《纯粹与应用化学》上。

“创新工程”的实施和一位“海归”的脱颖

1998年5月,江雷凭借自己的科研实力获得日本文部省颁发的青年特别奖励基金。然而,就在这时,他渐渐觉得自己的研究理念在外国并不能很自由地得到发挥,个人才能会受到实验室和实验室老板的限制。这种限制首先体现在文化底蕴的不同上。江雷介绍,自己提出的“二元”概念实际体现的是《周易》的思想,这个理论在日本很难被同行理解。由此,江雷真切地体会到研究环境的重要性:“这正像土豆、花生适合在含沙量较大的疏松土壤里成长,如果种到稻田里就一定长不好。”

“我的人生观和价值观是在中国形成的,出国后又接受了一些国外的思想方法和价值观,但根却还是在中国。”正当江雷开始考虑“断乳自立”的时候,中国科学院向中央提交了《迎接知识经济时代,建设国家创新体系》的研究报告,提出了建设面向21世纪国家创新体系的思路和新时期中科院的战略选择,建议国家组织实施“知识创新工程”。时任中科院化学所所长朱道本院士、国家科委基础司副司长邵立勤和中科院副院长白春礼院士等十分理解和支持年轻的科学家江雷回国干一番事业,融入即将启动的“知识创新工程”。

江雷于1999年3月毅然回到祖国,选择了中国科学院。他记得,在进行完20分钟的面谈,当天中科院化学所领导就拍板要人。第二天,房子、职称和配套经费就统统解决了。“除了工作,我几乎不用操别的心,这是乘了u2018知识创新工程u2019的东风。”

“知识创新工程”的实施使中科院顺利完成了科研队伍的代际转移,使江雷等大量优秀人才脱颖而出,成为建设国家创新体系的“排头兵”,科技产出数量质量大幅提升。

回国后,他主持了多个国家“973”、“863”及“十五”攻关项目,在国内外著名学术刊物上发表论文240余篇。他相继将“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具有超双疏、超双亲特性的自清洁领带、丝巾、羊绒衫、西服等纺织产品和自清洁玻璃、瓷砖、涂料等建材产品。并在这个研究和产业化成果的基础上,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、蛋白质芯片、可控药物载体输送和纺织、建筑材料等方面有广泛的应用前景。科学界和产业界认为: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上升到了一个新的台阶。江雷谨慎而谦虚地评价研究小组在特殊浸润性纳米界面材料研究领域的地位:“进入了三甲之列。”

爱“抢绿灯”的他渐成“纳米帅才”

江雷祖籍江苏镇江,出生在吉林长春,排行老二,父亲是吉林大学化学系的教授,母亲是化学专业杂志的主编。他说,除了书本这个无声的老师,父母是离自己最近的老师。江雷本科念的是固体物理专业,而硕士研究生读的是物理化学专业,很明显这两个专业的差异性较大。“读研究生时,是父母帮我选择专业的,他们的思想很超前,从物理学跳到学化学,学科交叉互补的思维了不起。我始终认为,物理学科打下的牢固底子使我今天的科研受益匪浅,思维方式和纯粹读化学的人也大不一样,能够在纳米界面材料研究领域里如鱼得水,学过的一些物理知识真是帮了我的大忙。”

让人惊诧的是,江雷从小的理想并不是成为物理学家或化学家,而是梦想投身军旅当一名军人,虽然最终没能从事这一职业,报效祖国之心却从未有一时或忘,在科技战线为国家的发展鞠尽心智。

《孙子兵法》是世界三大兵书之一,是中国古典军事文化遗产中的璀璨瑰宝。爱好军事文化的江雷自小手不释卷的就是这部“兵学圣典”,“至今我不改初衷,一有闲暇就翻开这本书看看”。在江雷眼里,《孙子兵法》不仅仅是一部兵书,更是一部智慧之书,其中蕴含着丰富的科学规律的道理,应用范围深远。

在普通人看来,江雷的人生之路“走”得特别顺畅。江雷说:“我哪是在u2018走u2019?我一直都在u2018跑u2019,而且是一路狂奔,丝毫不敢有所松懈怠慢。”他说,兵贵神速,捷足先登,这是他的用“兵”之“道”。难怪生活中的他,往往是行色匆匆。

1987年,江雷本科毕业于吉林大学物理系固体物理专业,就接着读该校化学系物理化学专业硕士学位。“我读了半年硕士课程就提前一年进了实验室。这样,当后来一些同学拖拉着进实验室时,我已经有了自己的实验数据,准备着手写论文了。”读完硕士,江雷共发表了10余篇论文,其中有论文获吉林大学“青春杯”科技论文大奖赛特别奖。

在江雷的心目中,人生就如红绿灯,旅程上有盏无形的红绿灯。成功的时候,不要忘记人生还有红灯;失败的时候,不要忘记前边可能就是绿灯。当年,硕士毕业不久的江雷转眼成了东京大学藤岛昭先生的博士生,“我还是丝毫不敢懈怠,接着抢前方路口的绿灯”。他在藤岛实验室的研究工作令人刮目,博士毕业后被导师藤岛先生推荐到日本科技厅神奈川科学技术研究院,先是担任高年薪的专任研究员,后来则是主管“光电控制界面结构相变”研究的课题组组长,一干就是5年。

人生就像川流不息公路上的一辆跑车,而掌握人生航向的人呢,就像掌握跑车方向的司机。江雷善于把握自己的人生之车,一路上紧追不舍地抢着了一个又一个“绿灯”。在自己的祖国实施“知识创新工程”和“百人计划”之时,他再次把握了一位科研工作者的历史性机缘,成就了自己顺风顺雨的人生旅程。自这一点看,对他44岁就当选为中科院院士就不用质疑他的年轻。当选院士后,江雷表现出一如既往的谦虚。他表示:“对我来说,当选院士不仅是一种荣誉,更多的是责任,我惟一要做的就是加倍的努力。”

纳米技术的应用有一个认识过程以及产品的升级配套问题。江雷在在成果产业化上做了不少工作,对此自然有自己独到的体会。“你不能把一条生产线全改过来适应你的新技术,因为企业承受不起这个成本。”江雷表示,和日本公司体制下的产业化相比,我国科学家在推动产业化时,有时会出现“闭门造车”的现象,不能和企业提供的条件“合拍”。因此,科研人员需要和企业详细沟通,进行有的放矢的开发。江雷强调,我国是一个发展中国家,必须做符合自己国情的科技创新,而不能照搬人家的东西。说着,他话锋一转:“在国外你是打工仔,知识产权不是自己的,在研究方向上也说了不算。在这里我们是主人,国家如此信任你,给了大量支持,没有理由发展不好。”江雷说,人才战略必须有延续性,如果将前期的“百人计划”比作“风险投资”,那接下来就该进入有计划、规模化、突出重点的长远投资。只有这样,才能使风险投资中10%的成功率,发挥出十倍、百倍的效益,前后结合构成一个真正成功的投资组合。“只有这样,u2018知识创新工程u2019才是一个有连续性、可持续发展的创新工程。”他说,取得科学研究上的重大突破和“放卫星”的原理完全一样:“我们发射卫星的时候,需要用到多级火箭——第一级火箭燃料烧完了,就在大气层中抛开;第二级接着发力,最后把卫星推到天上。”江雷这里定义的“卫星”,是诺贝尔奖量级或能解决国家经济、国防重大需要的研究成果。他认为,三期“知识创新工程”要接着在“人才”战略上花功夫,把二期中选拔出来的人才,进一步培养为“带兵打仗”的帅才。

江雷是这样说的,也是这样做的。他一直力主实行新的人才激励机制,为优秀的科技工作者创造更好的研究条件,保证这些人释放出事业生涯中全部的光和热,努力发挥自主创新的能力。

充满哲学矛盾的“灵魂工程师”

“文武之道,一张一弛。”江雷深谙此道,也是他的教学之道。他说,所谓教学即教会学生学,教是为了不教。他的教学实践中,总是积极营造教书育人的良好生态环境,让学生快乐学习着。“对学生,我主张一张一弛。张,是在他们的求学精神和科研方向上抓紧,严把每一个学生科研中的大问题。弛,是在平时的科研中,尽量放手让他们自己做。如果抓得过细,只让学生按照导师的指导做实验,那么年轻人敢想敢做的劲头就无处发挥,等于一个机器人。”

在中学阶段,教化学的贾明老师对江雷日后的影响同样不小。课堂上,江雷爱举手提问,经常得以贾明老师的表扬。有一次,贾明老师提问,江雷把手举得高高的,于是老师点到了他。可是,江雷把这个问题理解错了,回答自然不正确,于是引来满堂大笑。这时,贾明严肃起来,责问“兴灾乐祸”者,随后亮出大拇指高声说:“刚才江雷同学尽管答错了,是他理解上的问题。不过,我还是要表扬他,他敢于在公众场合亮出自己的观点或理解,这样的同学将来肯定有出息,因为他会积极争取每一个机会。”贾明老师的预言最终成为现实,江雷日后成为了一位卓有成就的科学家。

江雷记得,有一位外国科学家早年读书时就爱坐在第一排,因为这位可以赢得许多的提问机会。“永远坐在前排”是一种积极的人生态度,可以激发一个人一往无前的勇气和争创一流的精神,可以激励一个人抢抓机遇。在这个世界上,想坐前排的人不少,但真正能坐到前排的却总是不多。许多人之所以不能坐到“前排”,就是因为他们把“坐在前排”仅仅当作一种人生理想,而没有采取具体行动。那些最终坐到“前排”的人,之所以成功,是因为他们不但有理想,更重要的是他们把理想变成了行动。采访期间,江雷有感而发,贾明老师尽管只是一位普通中学教师,但是他在我眼里就是一位教育家。每次回东北,江雷都要拜谢这位可敬的老师,不时地还开玩笑提起当年自己“举手提问”的轶事,老师连连表示“忘记了”了,然而于江雷却影响了一辈子。

主要成就

科学研究

1999年底,江雷和他所带领的课题组隆重推出超双亲性(既亲水又亲油)二元协同界面材料技术和超双疏性(既疏水又疏油)二元协同界面纳米材料,并使该技术走向实用化,从而有了经过纳米技术处理过的具有杀菌、防辐射、防霉、不沾水、不沾油等特殊效果的织物和众所周知的“纳米自洁领带”的诞生。

2001年,江雷和他的小组成功研制出超双疏阵列碳纳米管膜,德国《应用化学》杂志对这一研究成果作了详尽报道。接着,他们又分别利用普通疏水高分子、甚至双亲高分子实现了超疏水特性,被国际权威杂志《先进材料》主编特邀撰写了系统综述性文章。

2003年2月,德国《应用化学》在世界上首次报道了江雷小组用亲水性的聚乙烯醇分子,研制成功超疏水性的聚乙烯醇纳米纤维。

超疏水性是指水在固体表面的接触角大于150度,是固体表面的一个重要特征。世界上对超疏水性60年的研究结果表明,通过在疏水材料表面构建微观上粗糙的几何结构和对表面进行氟化处理,是目前获得超疏水表面普遍的方法和手段。

江雷小组曾先后首次报道过经氟化处理的碳纳米管膜具有超双疏性和以普通高分子聚丙烯腈为原料制备出了无氟超疏水性纳米纤维,证明纳米结构对超疏水性起到了重要作用。江雷小组最近的研究又首次证明,以双亲性高分子为原料构建具有纳米尺寸凸凹几何形状,也可得到超疏水性表面。据相关专家称,这一研究结果打破了几十年来“只有利用疏水材料才能获得超疏水性表面”论断的局限性,大大扩大了超疏水性材料的制备范围,必将开创一个超疏水性纳米材料制备的新天地。

江雷研究员一直从事仿生纳米功能界面材料方面的研究,提出了“纳米界面材料的二元协同效应”的新思想,揭示了生物体表面超疏水性的机理,指导相关仿生材料的可控制备,在超双亲/超双疏功能材料的制备和性质研究等方面取得了系统的创新成果。研究体系集中在无机微纳米结构制备及其表面功能性修饰,相关成果受到国际同行的关注,带动了该方向在世界范围内的发展。承担973项目(课题负责人)、基金委重点(负责)及院创新、国家“十五”科技攻关等项目。

2005年以“具有特殊浸润性(超疏水/超亲水)的二元协同纳米界面材料的构筑” 成果获国家自然科学二等奖(第一获奖人)。并撰写专著《仿生智能纳米界面材料》。他曾获中国化学会青年化学奖,国家自然科学基金委员会杰出青年基金资助,中科院百人计划及国家杰出青年基金终评优秀,中国青年科技奖,“中国青年科学家奖提名奖”。2003年至2006年连续4年获中科院优秀博士生导师奖。多次作为主席组织国际双边会议,受邀在国际和双边会议上作特邀报告20余次。现任《无机化学学报》和《Small》等杂志的编委。迄今培养博士后、博士、硕士共19名,其中4名博士生获中科学院院长奖学金特别奖,2名博士生获中国化学会青年化学奖,1名博士生获全国百篇优秀博士论文奖,1名博士后在德国获2006年德国洪堡基金会索菲亚奖励研究基金(100万欧元),两名毕业生已经晋升为副教授,两名副研究员晋升为研究员,其中一名获得国家自然科学基金杰出青年基金资助。

学术著作

研究成果系统地阐述了特殊浸润性材料的设计思想和制备方法,撰写两部专著 《仿生智能纳米界面材料》 和 《Bioinspired Intelligent Nanostructured Interfacial Materials》。

迄今共发表SCI论文400余篇,其中包括Nature 2篇,Nat. Nanotechnol. 1篇,Nat. Mater. 1篇,Nat. Comm. 2篇,Chem. Soc. Rev. 4篇,Acc. Chem. Res. 3篇,J. Am. Chem. Soc.21篇,Angew. Chem. 22篇,Adv. Mater. 55篇,被SCI引用20000余次,H因子为67,并28次作为Nature、Angew. Chem.、Adv. Mater.等国际知名杂志的封面。已授权专利40余项。

社会任职

现担任《Small》国际顾问编委会主席、《Solid State Sciences》亚洲区编辑、《Advanced Functional Materials》、《Langmiur》、《Soft Matter》、《Biomicrofluidics》、《Nano Reserch》、《高等学校化学学报》、《无机化学学报》、《高分子学报》等杂志的编委。

国家科技部863计划纳米科技专项总体专家组组长。

人物评价

在功能界面材料、有机/无机纳米杂化材料、光电转换材料、SPM技术等方面都取得过重要成就,发表论文100多篇。

在研究生眼中,江雷是个“牛人”。

江雷现在的“弟子”来自于全国各地不同的院校,他们有一个令人稍感吃惊的共同点:“出身”都不太好。 “我的学生中没有北大、清华的,大部分来自一些不太著名的院校,因此他们发表了国际期刊的论文后,有些人感到吃惊。”

江雷的“开山大弟子”冯琳就是一个出身不好,但是令人大吃一惊的例子。硕士期间,她就读于东北师范大学,一切按部就班,但在江雷门下读博3年间,发表论文超过10篇,影响因子总和超过30,申请专利4项,博士论文获得全国百篇优秀博士论文奖。“在江老师门下的学习,大大缩短了我的科研路程,别人需要6年、8年才能走完的路,我3年就走完了。”现年30岁,清华大学化学系副教授冯琳说。

在冯琳的记忆中,江雷老师“真行”。她印象最深刻的是,导师可能多日没有听过自己的报告,对实验的进展不了解,但在听完汇报后,常常一针见血地指出实验最关键的一点。 “有一种醍醐灌顶的感觉,困扰这么久的问题一下就解决了。”夏帆认为“老板”的大脑CPU主频一定是最快的之一。 对于这种“特异功能”,江雷归功于经常出席国际会议。“作为导师,必须经常出现在国际最前沿会议的现场,这样才能了解研究领域发展的动态和方向,才能对学生作出正确的指导。”他把这种学习后的状态比作站在泰山顶上,一览众山小,对正在爬山的学生自然而然能作出正确指导。

在创造科研环境方面,江雷的学生认为导师同样是个“牛人”。在他的实验室中,仪器设备的水平达到了国际标准。“实验室中,原子力显微镜之类的高级仪器往往不只一台,其他同学需要借所外仪器作的实验,我们是想做就做。”夏帆说。

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