仿生纳米复合材料新领航——记湖南大学材料科学与工程学院教授王建锋

文/肖延胜

由于单一组分材料，如高分子材料、无机非金属材料、金属材料都有各自的优点和缺点，难以满足当代高技术领域对材料综合性能的高要求，因而现代材料科学正朝着材料复合化方向快速发展。复合材料是将不同组分材料各自的优异性能按需整合在一起，实现材料多个性能的集成，以满足特定高技术需求。而实现不同组分材料有机整合的关键是合理设计和精准调控复合材料的微观结构。生物复合材料具有复杂有序的微观复合结构，赋予其优异的综合性能。随着人类对生物复合材料微观结构的研究与认知，决定生物复合材料优异综合性能的微观结构本质逐渐被人们揭示和掌握。仿照生物复合材料的微观结构及其原理，创造综合性能优异的新型纳米复合材料，将推动当代科技发展和产业进步。湖南大学材料科学与工程学院王建锋教授正是从事仿生纳米复合材料的科研工作者之一。

作为湖南大学的年轻教授，王建锋教授近十年来一直从事仿生纳米叠层复合材料的结构设计、组装及多功能特性方面的研究。本着求真的精神，经过日复一日持之以恒的研究，王建锋教授在仿生纳米叠层复合材料方向取得诸多成果。

浇灌科研之花

王建锋教授

王建锋本科就读于湖南大学，以优异的成绩保送湖南大学继续攻读硕士学位，硕士期间从事碳纳米管的分散、表面修饰方面及其聚合物复合材料方面的研究，硕士学位论文被评为校优秀硕士学位论文。毕业后，王建锋来到了北京一家公司，与国家“千人计划”专家李琦博士一起，历时两年，经过近千次试验，开发出了大规模液相分散纳米管的产业化新技术，制备出高浓度高分散高稳定碳纳米管浆料，代替传统炭黑导电剂，应用于锂离子电池中。

本着对知识的渴求和对科研的热爱，在公司工作两年之后王建锋重返校园，进入北京航空航天大学攻读博士学位，师从国际顶尖纳米材料科学家江雷院士。博士期间，通过不懈的努力以及对科研的热爱，王建锋的研究论文多次获得校优秀研究生学术论文奖、博士学位论文被评为校优秀博士学位论文、获得教育部博士研究生学术新人奖。博士毕业后，王建锋在北京航空航天大学任教，继续从事他的科研事业。王教授说，他之所以选择继续留在校园里，是因为学校这样纯粹的地方可以让他专心进行科学研究。王建锋和合作者一道开发出高分散高稳定高浓度石墨烯浆料的剥离制备技术。王建锋教授说，该石墨烯分散液的浓度可达5%，剥离产率可达90%以上，石墨烯层数少于6层，而且石墨烯平面内没有缺陷，可批量制备。功夫不负有心人，正是对科研的热爱与坚持，王建锋顺利申请到国家自然科学基金会项目。这不仅是对他科研的肯定，也更加坚定了他致力于科研事业的决心。不忘初心，方得始终。

贝壳中的小世界

近年来，仿生材料科学的兴起将复合材料带向了新的发展高度。王建锋近年来主要从事仿生纳米叠层复合材料的结构设计、组装及力学和功能特性方面的研究，目前已在Chemical Society Reviews、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Chemistry of Materials等国际著名期刊发表高水平论文23篇，同时担任ACS Nano、Nanoscale、ACS Applied Materials &Interfaces、Carbon、RSC Advances等期刊的独立审稿人。

仿照天然贝壳的微观结构设计制备复合材料，进而研究微观结构与宏观性能之间的关系，对于推动新材料的开发和应用具有重要意义。天然贝壳具有复杂有序的有机—无机叠层复合结构，赋予其优异的模量、强度、韧性、耐疲劳性和水下超疏油性能，这为设计轻质高强纳米复合材料和超浸润界面材料提供了灵感。鉴于此，王建锋仿生设计并构筑了一系列新颖叠层结构，揭示了这些叠层结构与力学、水下油滴浸润性之间的内在联系，大幅提升了轻质高强纳米复合材料的强度、韧性、耐疲劳性以及超浸润界面材料水下超疏油低黏附性能的稳定性。王建锋将贝壳叠层结构的设计理念进一步拓展到纳米复合水凝胶和石墨烯薄膜体系，借鉴设计并构筑了一系列新颖叠层结构，揭示了这些叠层结构与力学、智能驱动、导电、导热性能之间的内在联系，实现了纳米复合水凝胶模量、强度、韧性和驱动性能以及石墨烯薄膜导电和导热性能的突破。这些叠层结构设计理念和所揭示的构效关系为推动轻质高强结构材料、水下自清洁材料、组织工程用凝胶材料和电子产品散热材料的发展提供了丰富的理论基础。

王建锋说，纳米叠层复合材料正朝着结构设计精细化、可控制备连续化、多功能集成化方向深入发展。针对具体的应用需求，基于多种不同组分材料，创造新型纳米叠层结构并实现连续可控组装，最大程度整合不同组分材料各自的优异特性，实现宏观复合材料力学性能和功能性的高度集成，这是仿生纳米叠层复合材料今后的发展趋势。

小小的贝壳给仿生纳米复合材料领域带来了诸多的惊喜，这与王建锋多年来坚持科研的努力是分不开的。自王建锋担任湖南大学材料科学与工程学院的教授，没有课的时候他就在实验室里进行科学研究。他并不认为每天从早到晚的实验室生活是枯燥的；相反，他觉得只有在实验室的时候，他的心里才会最踏实。“每当我在实验室的时候，我可以专注于实验，也是我最为心静的时刻。”王建锋教授在说这句话时，他的脸上洋溢着幸福的笑容。一谈起实验来，王教授总有说不完的话，可见他对于科研的热爱。正是对于科研的这种态度，在他付出巨大努力后，也在纳米材料领域获得了诸多成就。重回母校，他希望通过自己的努力，能够使更多的学生像他一样走进实验室，爱上材料科学，在仿生纳米复合材料领域取得新成果。