稀土发光材料值得毕生相守、耕耘

孙丽宁

上海大学三级教授、博士生导师，德国洪堡学者

孙丽宁是我心存采访念想多年的星友之一：稀土是重要的战略资源，得知孙丽宁在上海大学从事稀土发光材料的研究和教学时就想采访她；2022年新冠奥密克戎毒株突袭下的特殊时期，许多高校老师在封控期间在学校做志愿者，看到孙老师身穿防护服在校园推车送饭的一幕时更添了这种念想。近期，关注到孙丽宁课题组在稀土发光材料结合深度学习人工智能方面取得突破性进展的新闻，终说服孙老师接受启明星专访。那天见面采访更像老朋友聊天，孙老师谈了她的经历、与稀土的缘分，以及由德国洪堡学者牵起的国际朋友圈……

孙丽宁的稀土情

如果说孙老师身上有几张标签的话，那主要的一张应该就是稀土了。说起稀土发光材料，孙老师举了2001年“9 · 11”恐怖袭擊事件的例子：在断电、浓烟弥漫的情况下，世贸中心双子塔楼里，利用稀土长余辉发光材料制作的安全疏散指示牌，成功地从两栋110层的摩天大楼里安全疏散了很多人。这种长余辉发光材料能吸收太阳光或人工光源来储光，在停止照射的夜晚或黑暗处持续发光，是一种储能、节能的发光材料。

当然，这种白昼蓄光、夜间发光的长期循环蓄光、发光的长余辉材料只是稀土发光材料的一类。其实，作为不可再生资源的稀土早已在急救防灾、航空航天等关键领域发挥着无可替代的作用，被视为攸关国家安全的战略资源。稀土因其独特的物理化学性质，广泛用于新能源、新材料、节能环保、新一代信息技术与高端医疗器械等领域，也被誉为“新材料之母”，是不可或缺的重要基础材料。

我国已成为名副其实的稀土大国，无论是稀土产量、出口量还是消费量均居世界首位。但在稀土功能材料的研发及产业化应用方面，与西方发达国家相比仍存在一定的差距，在很长一段时间，我们的稀土资源利用率不高。为了让年轻人更加了解稀土，助力将稀土大国变为稀土强国，孙老师为研究生专门开了关于稀土发光材料的研讨课，其中一个课件的题目就是“从稀土大国走向稀土强国”。除了向新入学本科生、研究生做稀土发光材料相关的科普和科研报告，她还把“稀土是宝藏、是重要战略资源”的理念传播给不同的受众。2021年她应学校妇委、工会举办的女教授创新论坛之邀为师生做讲座分享时，也科普了稀土的重要性和战略资源地位的不可替代性。

说起稀土，孙老师如数家珍：稀土包括镧系的15种及钪、钇共17种金属元素，稀土离子受益于独特的电子结构，具有丰富的能级，使其具有优异的发光特性，其发光范围涵盖了紫外-可见-近红外光的光谱区域，从而使稀土离子在发光及其他领域具有重要的应用前景和研究价值。在稀土材料的研究中，稀土发光材料是研究最为广泛、最为重要的内容之一。如前面提到的稀土长余辉发光材料，只要太阳光或日光灯照射5～30分钟，就能在黑暗处持续发光50小时以上，因此在应急标牌、通道标识、电源开关等方面有广泛的适用性。

稀土情追溯到化学缘

孙丽宁说起稀土时眼睛里是放光的，这种稀土情可追溯到她的成长经历中与化学的缘分。威海乳山市出生的孙丽宁或是遗传了数学优秀的爸爸的数学因子，小学时就显示出数学上的优势，直到高中阶段只要班级里数学有满分，通常就有她。五年级时她就拿到过全国奥林匹克数学竞赛三等奖，初中时获得过省化学一等奖。她对化学感兴趣始于初中阶段，高中上化学课时老师对她的影响也非常大，尤其化学实验时出现的奇特现象深深吸引了她。其实数学也是她“中意”的专业，但相比“搞脑子”的数学，孙丽宁觉得理论和实验相结合、“看得见摸得着”的化学更适合自己。不过，丽宁坦承当时自己对大学选数学还是化学专业的认知其实也是懵懂的，但自己对化学的兴趣是由衷的，一旦情定化学后，她也从来不曾怀疑过自己的选择，而且还将这种专业兴趣、热情传递给更多的年轻学子。

孙丽宁本科就读于山东师范大学，这所学校离孙丽宁对自己设定的目标有一定距离，她没有多去找“失利”原因，而是把考研作为自己进大学后的奋斗目标，为此她大一、大二就有自己的规划，从老师、师姐那里也学到很多，大三起就把考研作为重点。凭着自己的努力，她如愿考入中国科学院长春应用化学研究所，进入张洪杰院士团队攻读硕士。张老师是我国稀土发光领域的知名学者，丽宁说这是她的幸运。当时张老师的研究课题之一是关于稀土镁合金材料的，该材料成功应用于我国第二次载人航天飞行任务“神舟六号”飞船。由于使用了这种稀土镁合金材料，神舟六号载人飞船减重13公斤，可少携带火箭推进剂近1吨。这一身边的稀土应用造福人类的实例自然也深深影响了孙丽宁，她选择了硕博连读，硕士后继续师从张洪杰院士攻读博士学位。

孙丽宁博士阶段的第一篇论文基于实验数据和贾德-奥菲尔特（Judd-Ofelt）理论，分析了其所设计、制备的掺杂稀土铒化合物杂化材料在光放大器方面的潜在应用前景，这篇论文2005年发表在国际知名杂志《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上，这也是当时孙丽宁所在课题组第一篇影响因子超过5.0的论文（2024年该杂志影响因子为19.0）。博二时她获得了中国科学院院长优秀奖，这个奖得之不易，学生获得率低于1%。毕业前，丽宁申请了德国洪堡基金，该基金的评选有着极为严格的遴选程序，由约100名不同专业的著名科学家组成遴选委员会，选拔的唯一标准是学术水平，不分国别，面向所有专业。博士毕业后，孙丽宁如愿作为洪堡学者去往德国雷根斯堡大学进行博士后研究。

洪堡学者引发的“国际科技合作之缘”

这段德国洪堡学者的经历于孙丽宁的影响是巨大的。“在德国做洪堡学者那段时间我收获颇多，对德国也有了更多了解。德国人一向以严谨认真、逻辑性强而著称，我的德国导师沃尔夫贝斯（Wolfbeis）教授除了科研水平极高、社交能力很强外，他的事业与生活的平衡观念我也非常钦佩，注重平衡与严谨的观念体现在对工作与生活的平衡追求上。我也一直朝着这个方向努力，努力工作、健康生活。”我也是通过这次访问，理解洪堡学者这一段经历对孙丽宁的意义，如果把洪堡学者视为有助于了解她的另一张标签的话，应该是恰当的。

回想起来，孙丽宁说在德国的那段时间是她最无忧无虑的时期。欧洲人，特别是她的德国导师对工作和生活的理解深深影响了她。他们工作时全身心投入，追求效率，加班较少，工作时间以外就是充分享受生活。当然，洪堡学者这段经历于孙丽宁最大的收获是有机会慢慢融入研究领域的国际交流圈。以导师为纽带，她认识了组内在研或毕业的其他学者及其他国家学者，通过这些国际好朋友，逐渐形成了国际科研合作圈，亦由此牵出了一段中国-奥地利科技合作佳话。

时间闪回到2014年9月23日，在上海大学举行的第二届中国-奥地利纳米科学与技术圆桌会议上，奥地利交通创新及技术部代表亚历山大 · 波加尼（Alexander Pogany）与上海大学施利毅教授联合组织了“上海大学-奥地利研究促进中心交流研讨会”。会上，从德国洪堡访学归来入职上海大学5年的孙丽宁做了题为“多功能稀土上转换发光纳米材料用于生物成像的研究”的报告，引起了奥地利企业总裁安德里亚斯（Andreas）的莫大兴趣，会后他与孙丽宁频频互动讨论未来合作事宜。这位总裁回奥地利后，找到他的好朋友及合作者、格拉茨技术大学的迈尔（Mayr）教授谈起在中国参会，并想与孙丽宁课题组合作事宜。迈尔教授一看会议手册中孙丽宁的简历，喜不自禁！孙博士与他来自德国同一个课题组，且有着共同的导师，但孙丽宁和他在组内并无交集。迈尔2002年从沃尔夫贝斯教授课题组博士毕业然后离开德国，而孙丽宁是2008—2009年加入沃尔夫贝斯课题组。但由洪堡学者背景牵起的这段缘分促成中奥两位学者取得联系，并很快达成合作意向，开展合作研究。

有了合作基础后，丽宁与奥地利师兄迈尔希望能够通过申请国际合作项目进一步加强合作。2016年，孙丽宁教授应迈尔教授和沃尔夫贝斯教授的邀请，赴奥地利格拉茨参加2016年3月举办的第13届国际光化学和光生物传感器会议，并做学术报告。此次奥地利之行，孙丽宁与迈尔商定了合作项目申请内容与细节，并签署项目申请所需的合作协议。也因为有这些合作基础与铺垫，且双方互相信任，最终促成了国家重点研发计划——科技部政府间国际科技创新合作重点专项——的成功获批，进一步加强了中-奥双方的科技合作。

说起这段国际合作故事，孙老师称其中的缘分妙不可言：真的，世界很大，世界也很小！得益于洪堡学者带来的机缘和平台，丽宁又与加拿大、葡萄牙、波兰等更多的国际同行建立了合作关系。“不管天南地北，只要一说起洪堡学者，彼此就有了信任感。洪堡学者这一国际朋友圈带我们开阔了视野，扩大了国际合作，有了交流纽带。”孙老师告诉我，即使在疫情的特殊时期，她与洪堡学者大家庭之间的联系也没有中断，每年都收到洪堡协会寄来的日历记事本和书籍。2020年在德国疫情异常严峻的情况下，孙老师参与中国洪堡学者组织的捐款活动，善款用于采购医用防护服，并快递往德国洪堡基金会，在当时德国购置防护服非常困难的情况下发挥了重要作用，这就是饮水思源，洪堡基金会官网也报道了中国洪堡学者的该次捐赠事宜，并致以诚挚感谢。特别是在全球大环境风云变幻的当下，更能体会到这种根植于科学家之间的相互认同、相互携手，是何其有幸，弥足珍贵！

《大学化学》被选为示范性公开课

来到上海大学任教后，感觉自己很幸运并获得很多师长帮助的孙老师更能体会到现在学生成长的不易。孙老师很清楚，竞争日益激烈的社会和世界需要的是复合型人才，所以她非常注重对学生综合能力的培养。她多次邀请国内外知名学者来访上海大学，和研究生近距离交流、讨论，对一些优秀、英语好的研究生她会推荐并帮助他们短期出国交流。前几年，孙老师课题组也培养了一位埃塞俄比亚尔的博士留学生所罗门（Solomon） ，他英语很好，在组里的3年多时间，组内同学们的英语口语和听力提升很多。所罗门获得上海大学博士学位回国后继续在阿达玛科技大学任教，目前已晋升该大学的副校长，经常写信感谢孙老师对他的指导和培养。孙老师也善用了这样的英语语境，努力创造平台，培养具有国际化视野的青年人才。

在本科生教学中，孙老师注重理论与实践紧密相结合，联系日常生活及自己经历的实例，阐述其中蕴含的化学原理，深入浅出地帮助学生理解课堂知识，注重学生专注力的培养。日常与学生交流时，引导学生形成积极向上的价值观、人生观，培养内心丰富、身心健康的复合型人才。她讲授的本科生公共基础课《大学化学》曾被选为示范性公开课，上课效果获得师生一致好评。而对研究生的培养，除了平日的指导交流，每周日上午的组会更是雷打不动。4小时左右的组会内容涉及分享领域前沿、总结工作、讨论结果、提出问题、拟定计划，营造“温馨团结、乐观向上”的课题组文化，同时培养研究生的综合能力和团队精神。孙老师对我说，也像是她对自己和学生说：“自信是成功的基础，自律是成功的保障。科研需要堅持、脚踏实地、一步一个脚印，创新要有基础和积累，只有沉得下去、才能浮得上来。”

热爱生活引出的育儿道

我在孙丽宁的朋友圈里时而会看到她晒家里养的绿植和各种花卉，话题一涉及此，她给我看了很多蔬菜的种植和收获的照片，分类为“我家韭菜生长小记录”“种瓜得瓜种豆得豆”等，热爱生活是他们家的特点。“大自然是一个奇妙无比的世界。平时的学习和工作紧张，但也要慢下来留意这个世界。”疫情期间她和读小学的儿子记录韭菜、丝瓜、黄瓜、西红柿等的生长过程。“那段时间，我儿子每天早晨都去看下这些绿植，经常有重大发现，他知道了黄瓜有雄花和雌花，观察到卷丝的奇妙，也感叹植物生长的神奇……我家阳台还种过葱、土豆、尖椒等，在疫情居家的特殊时期我们种的韭菜、土豆等帮了大忙。之前，我儿子还以‘我家的辣椒为题完成了一篇作文，写得很有意思并得到了老师的表扬。他摘下红辣椒、晒干，留着给我做饭用，很有成就感。这些经历和过程，对培养孩子的观察力和对他的身心健康都有助益。”

疫情学校封控期间，孙老师也把自己从硕士开始的“研”路历程及自家种植的收获、体会做成幻灯片给研究生们线上分享，鼓励封闭在校的学生乐观，多留意身边神奇、顽强的大自然，保持对生活、学习的热爱。

稀土发光材料值得毕生相守、耕耘

孙丽宁完成德国洪堡学者后， 2009年9月破格成为副教授入职上海大学，2016年3月晋升正高职称、博士生导师。迄今，她已在国内外知名杂志发表SCI论文120余篇，被引用6900余次；申请发明专利53项，获得授权26项（其中1项授权专利已转让）。作为项目负责人，孙丽宁主持了国家重点研发计划、国家自然科学基金（4项）、上海市科委基础研究重点项目、上海市国际科技合作项目等12项国家/省部级项目。2014年和2019年她先后入选上海市“青年科技启明星”和“曙光学者”；2021年荣获2019—2020年度“上海市教育系统三八红旗手”；受邀在国际、国内大型学术会议做主题或邀请报告40余次。由于在稀土发光材料领域的国际影响力，2020—2021年孙老师应《化学前沿》（Frontiers in Chemistry）杂志之邀，与其他三个国家的女性科学家一起组织了该期刊的《稀土发光界女性科学家》特刊。

迄今已在稀土发光材料领域深耕20余年的孙丽宁说，她会一直坚守在稀土发光材料这个领域。前些年，钙钛矿（含稀土）因和太阳能电池有交叉，带起过一波关注和热度，孙老师没有去追这个热点，她说她能力有限，希望继续在稀土发光领域一步一个脚印深耕下去。孙丽宁的坚持其实不是“固守”，其团队的研究方向——稀土发光材料及其信息存储、检测和生物应用研究——本身就具有明显的学科交叉属性，她对各种新兴技术和稀土发光材料的结合一直非常关注。人工智能时代到来，她也希望能够在稀土发光材料和人工智能的交叉研究方面取得进展。她随即把一部分精力投向稀土发光材料在信息储存和信息解码的应用研究上，团队围绕深度学习稀土荧光成像，近三年来亦有几篇高水平文章发表在相关领域的国际顶级学术期刊上。孙丽宁介绍说，团队利用稀土纳米材料的独特发光特性，将其与深度学习相结合，建立了新型的深度学习荧光成像技术，成功将受组织干扰的低分辨可见光图像转换为清晰的图像，获得了具有窄发射带和高信噪比的荧光信号。该结果不仅为荧光成像提出了新的研究方案，也为智能光学材料与机器学习领域的交叉研究带来了崭新的思路。孙丽宁并不隐讳自己的雄心：拓展这方面的研究希望助力将我国丰富的稀土资源在高新技术领域的应用推向更高的层次，服务于稀土强国的目标。

那天，我和孙老师聊得尽兴而舒畅。其间她陪我去教授食堂用餐，饭后带我参观了上海大学博物馆和校园内的溯园，讲述了上海大学（1922—1927年）的红色故事。在经过校园内正在施工的一片建筑工地時，她说这里原来是一片草地和玉兰花树，她回忆起了2022年上半年特殊时期，她和研究生们一起坐在这片草地开组会的一幕幕……

我记起孙老师跟我说过，在读大学时她就树立目标将来做大学老师，在德国留学时希望将来回国到大学任教，和一批批风华正茂的学生一起成长。显然，孙老师做到的已经远不止于此，她在科研上的建树已经引领了稀土发光材料的某些新方向，她也在谋划如何再续洪堡学者朋友圈科研新篇章。而无论今后的发展轨迹如何，为本科生和研究生上好基础课、培养和指导出一批批优秀的研究生，是她永不放弃的使命。我相信！

江世亮采写于2024年2月5日