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            蔣更平:從納米孔道出發的跨尺度研究

            發布者:新聞中心發布時間:2020-04-13瀏覽次數:14

            見習記者 李濤 通訊員 聶熙穎 

                走進蔣更平博士的辦公室,第一眼看見的是辦公桌上一沓厚厚的科學雜志和研究資料。他的日常工作是運用一系列數據模擬手段,將雜亂無章的數據進行統計、模擬和分析,進而發現隱藏在其中的規律。

                蔣更平是我校理學院的青年教師,主要從事對納米多孔材料中的儲能與物質輸運的研究。近日,他以通訊作者的身份在Nature子刊《Nature Materials》上發表了一篇高水平論文。

            從納米孔道出發的跨尺度研究

                在納米孔道(即孔道尺寸小于100 納米)中的能量儲存和物質輸運,在儲能、催化、傳感器、膜分離、生物醫藥等實際應用中是一個具有決定性影響的研究領域。尤其當孔道尺寸與溶液分子大小相當時,孔道內溶液則表現為與宏觀物質截然不同的性質。這一特點帶來了這一領域的許多重大突破。而厘清每一次的突破背后的機理,對包括蔣更平在內的所有科研人員來說,都具有很大的挑戰。

                “科學的魅力,就是不斷地否定、不斷地超越?!笔Y更平認為。他創造性地使用了包含分子動力學模擬在內的一系列手段,研究納米多孔材料中的儲能與物質輸運。但同時,在納米尺度內的研究結果并不能直接反映宏觀實驗現象。對此,研究人員需要結合包括第一原理模擬和有限元仿真等手段,實現從納米到分米的跨尺度研究,從而實現對宏觀實驗的解釋和指導。

                “由于技術的限制,不能實際進行實驗,但通過構建模型,就可以進行模擬,發現其中的規律?!笔Y更平介紹。數據的模擬,并不是想象的那么簡單,繁多的數據、復雜的曲線,需要耗費大量的時間。更重要的是,要在分析數據中,找到新的規律。

                2018年,蔣更平通過對實驗數據的總結,預測對離子和同離子濃度可能均隨石墨烯表面電勢的增加而升高,但這一結果與經典的平均場理論和工業應用中的膜理論截然相反。

                為了解決心中的困惑,蔣更平查閱了大量的科研文獻,反復模擬、反復求證。最終,利用麻省理工學院Bazant教授所提出的離子關聯模型,揭示了在二維石墨烯納米孔道中可能存在很強的離子關聯作用,導致了陰陽離子濃度隨電壓而同時增加。這一研究結果發表在了《Nature Nanotechnology》上。

            興趣是科研的第一動力

                “做科研要有興趣,興趣是第一驅動力?!鞭k公桌上的兩臺電腦,是蔣更平重要的工作伙伴。他每天都在電腦上進行大量數據的計算與模型構建,深耕于自己感興趣的數據模擬與理論計算領域。

                他坦言,是興趣支持著他,走進了納米多孔材料儲能與物質輸運的世界。納米多孔材料內的物質性能和傳輸,可廣泛應用于電池、催化等領域。比如應用于超級電容器上,其電流密度大、充放電速度快、充放電次數多,適用于大功率的大機械上。蔣更平雖然做的是理論研究,但他相信,理論成果轉化為生產力,將推動社會進步,為國家做出自己的貢獻。

                對模擬條件進行精妙的設置,權衡模擬的精確程度和可實現的計算資源之間的矛盾,對模擬結果無盡的等待,結果不盡如人意只能重新再做……長時間與枯燥的數據為伴,蔣更平卻樂在其中。

                科研工作不僅只有取得成果的快樂,更多的是成功之前漫長的等待與煎熬。模型的構建,需要長時間的反復進行,尋找合適的模型,反復地嘗試,其中的過程,最是考驗科研工作者的耐心和毅力。

                “堅持自己的興趣,過程中的等待與煎熬,不管是失敗還是成功,也都變成了一種追求真理的樂趣?!笔Y更平笑著說。

            熱愛科研也熱愛生活

                “擁有100%自由度的科研工作,往往也意味著100%的自律與責任?!睂τ谑Y更平來說,生活和工作早已經不是單獨分開的兩部分,它們之間相互作用、相互滲透。

                “在家的大部分時間也都是在工作,因為電腦方便攜帶,有時候靈感一來就隨手開始做了?!笔Y更平無需整天在實驗室內才能完成工作,但這也使得他的工作高自由度,工作與生活聯系得更加緊密。

                在繁忙的科研工作之余,蔣更平喜歡用散步的方式來緩解壓力,放松身心。青山的江灘,是他最常去的地方,每當結束一天的工作或者在科研上遇到瓶頸,他就會去江灘上走一走,感受長江的廣闊,讓自己的心情放松下來。

                一味地疲于工作,往往會適得其反,降低工作效率和思考能力,只有讓自己靜下心來去觀察分析,才有機會發現數據中蘊藏的規律。他常說:“在科研中生活,也就意味著,要像熱愛科研一樣去熱愛生活,這是我對待生活的態度?!?/p>

                他始終沒有忘記自己教書育人的神圣使命,承擔了學校理工科專業部分本科生的《大學物理》和《大學物理實驗》講授任務,及時把自己以及同行最新的研究成果融入到日常教學中,授給學生。因為教學效果好,深受學生的喜愛。

                面對充滿艱辛的科研道路,蔣更平表示不會止步,在納米多孔材料的儲能與物質輸運上,他將會一直研究下去?!霸诳蒲兄飞衔疫€有很多的事情要做,對于我所研究領域的興趣與熱愛將激勵著我更加堅定地走下去?!笔Y更平說。

                飽滿的工作熱情、認真的工作態度,使得蔣更平入職不到4年,就在核心期刊上發表論文6篇,其項目“石墨烯納米孔道內一種離子反常輸運的理論研究”獲得國家自然科學基金。

                系主任汪汝武評價說:“蔣更平老師具有廣博堅實的理論功底和系統厚重的專業知識,科研能力突出,連續兩次在Nature子刊發表文章,是優秀中青年教師中的杰出代表。

             


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