WILEY人物访谈——清华大学张莹莹教授

本周末Wiley人物访谈我们对话的是爱写诗、爱生活、更爱科研的清华大学张莹莹教授。张老师为我们介绍了蚕丝和纳米碳材料结合的柔性可穿戴应用,该体系并有可能带来出乎意料的新功能,也希望通过自己和各界专家学者的努力,开辟桑蚕丝材料在未来柔性电子时代的新丝绸之路。谈到科研,张老师表示科研像爱丽丝梦游仙境般充满奇幻,但也是理性的,能够为世界和人类带来前所未有的知识或技术,给人以成就感。

人物简介:张莹莹,2011年起就职于清华大学,并于2019年获得终身教职。2002年本科毕业于山东大学,2007年获得北京大学博士学位,随后在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室从事博士后研究。目前,担任中国材料研究学会纤维材料改性与复合技术分会常务理事,学术期刊Matter、Cell Reports Physical Science、Advanced Materials Technology编委以及物理化学学报、中国化学快报青年编委等。曾先后获得优秀青年基金、青年长江学者等项目支持。主要研究兴趣是纳米碳材料及其与蚕丝复合材料的结构设计和可控制备,目标是发展面向柔性可穿戴智能应用的新材料与新器件。在相关领域发表论文120余篇,包括以通讯作者发表的Nat Nanotechnol、Nat Commun、Sci Adv、Matter、PNAS、Adv Mater、JACS、ACS Nano等,引用5500余次 (Web of Science)。获授权专利16项,转让2项。研究成果曾被Nature、Nature Nanotechnology、C&E News、人民日报、科技日报、参考消息等报道。

MVC: 能否请您先简单介绍一下您课题组的科研工作?  

ZYY我的课题组致力于将轻质、导电的纳米碳材料与柔软、强韧、人体友好的桑蚕丝材料相结合,发展新的柔性可穿戴材料及其制备技术,在此基础上研制智能穿戴系统,以期服务于健康、医疗、人机交互等领域。

MVC: 最初是什么把您吸引到科学领域的呢?作为一名科研工作者和导师,您最大的乐趣和成就感是什么? 

ZYY我从小热爱自然,至今对周围的自然事物满怀兴趣。但是,小时候我的理想天马行空,最初是想当作家和数学家,到了中学的时候想当医学家,梦想着攻克癌症难题,所以高考之后的志愿填的全是医科大学。但是阴差阳错,录取的时候意外被调剂到了山东大学化学专业,再之后到北大读研究生,才算是真正走上了科研道路。尽管现在所从事的专业和最初的志向有差别,但是越做越喜欢,常常觉得当下所从事的工作才是最适合自己的,也是最喜欢的。

我觉得科研的最大乐趣在于寻根究底和探索未知的过程。科学研究充满了未知,科研工作者可以根据自己的兴趣天马行空、自由探索,我觉得可以把科研过程比喻为 “爱丽丝梦游仙境”,是一场奇幻之旅。同时,科学研究又是理性的,通过科研,有可能为世界和人类带来前所未有的知识或技术,给人以成就感。而作为导师,看着学生从科研小白,经历几年的锤炼,逐渐成长成才,成为某一小领域的专家,甚至可以超越导师,无疑会很自豪和骄傲。

MVC对于您发表的著作,哪些是令您最骄傲的?您最喜欢的是您哪部分的研究工作?

ZYY我课题组发表的论文中,最令我骄傲的工作之一是2016年发表在Advanced Materials上的基于碳化丝织物制备超可拉伸、高灵敏、可穿戴式应变传感器的工作(10.1002/ADMA.201601572)。该工作受到了国内外同行的大量关注,自发表至今一直是高被引论文。该工作中我们首次提出了以天然纤维织物(丝绸)通过高温裂解和碳化制备高可拉伸柔性可穿戴器件的策略,以绿色、廉价的天然材料为基础,结合传统纺织工艺和高温碳化工艺,实现了柔性可穿戴应变传感器件的性能突破。在该工作的基础上,我们继续开展研究,陆续制备了系列碳织物,研究结构-性能关联,并在此基础上发展了局域碳化和原位生长纳米碳材料的方法,进而展示了多类织物基柔性可穿戴器件,例如全织物基汗液分析贴片(Science Advances 2019, 5, 11, eaax0649 (DOI: 10.1126/sciadv.aax0649)和类蜘蛛听毛高灵敏气流传感器(Advanced Materials 2020, 32, 1908214)等。

同时,在分析上述工作优势和局限性的基础上,我们开始开拓将蚕丝材料与纳米碳材料结合的研究方向。这正是现阶段我最喜欢的研究工作。我们在该方面已经取得了一些进展,例如,为了制备蚕丝-纳米碳智能纤维,我们首次将3D打印技术与同轴喷丝头相结合,发展了同轴3D打印技术,实现了纳米碳-蚕丝芯鞘纤维在织物上直接打印,并展示了其用于能源管理织物的可能(Matter 2019, 1, 168. 10.1016/J.MATT.2019.02.003);为了实现蚕丝-纳米碳智能器件的便捷制备,研究了丝蛋白和碳纳米管的相互作用,研制了具有良好生物相容性、无其他化学添加剂的丝胶蛋白-碳纳米管电子墨水,实现了蚕丝基柔性电子器件和织物的方便制备(Advanced Materials 2020, 32, 2000165),当前,还有其他更有潜力的工作在进展之中。我相信蚕丝和纳米碳材料的结合将会为柔性可穿戴应用带来全新的材料体系,并有可能带来出乎意料的新功能。希望通过努力,能开辟桑蚕丝材料在未来柔性电子时代的新丝绸之路。

MVC您觉得做科研给您带来最大的改变是什么? 

ZYY科研使人更加理性。中学时代的我常常会有不切实际的幻想,表现之一是喜欢读琼瑶小说,有些多愁善感,而后来从事科研工作,变得更加理性,更加积极,脚踏实地,喜欢用事实说话。

MVC 科研生涯中有哪些对您产生重要影响的人和事?  

ZYY在我的科研生涯中,很幸运地遇到了多位国内外顶尖的前辈。对我影响最大的当属我读研期间的两位导师。我本科毕业时放弃了本校保研,懵懵懂懂地考入了大咖云集的北京大学化学院,并有幸拥有刘忠范教授和张锦教授两位导师,在五年的研究生过程中得到了他们的密切指导。两位导师各有风格,但都极为勤奋,仍然记得课题组组会常常开到深夜,各抒已见,既有对问题的深入探讨,又时不时有幽默的插科打诨。导师的科研理念和人生态度深深影响了我,以致于我独立建组时参考了很多当时的课题组管理制度,指导学生时也常常引用当年导师的名言警句。同时,在北大学习期间也潜移默化地受到了多位老师的启发和影响,例如北大化学院两位知名的女学者,李彦教授和来鲁华教授,她们的亲切、勤奋和敬业是包括我在内的很多女生心中的榜样。后来,我遇到了博士后合作导师Quanxi Jia教授,他谦和、包容、富有远见、善于合作,并给了我很大的科研自由,这也对我的科研生涯产生了深远的影响。另外,独立工作之后,曾经与郑泉水教授有较多的交流和合作,郑老师喜欢突破常规,鼓励奇思妙想,给了我很大启发。当然,还有同行、同校、同院系的很多位前辈和同事,都潜移默化的影响了我。很幸运遇到这么多优秀的前辈、同事和朋友。

MVC  作为一名成功的女性科研工作者,您是如何平衡家庭、生活以及工作的。 

ZYY其实,我也特别想知道平衡工作和生活的秘诀(哈哈)。坦诚地讲,于我个人而言,还谈不上平衡,只是取舍。科研工作需要大量的时间投入,但是每个人的一天都只有24小时,加之养育孩子的时间和精力需求,这使得时间永远不够用。所以,唯一的办法就是根据轻重缓急进行取舍,把时间花在必须要做的事情和自己认为最有价值的事情上面,暂时放弃一些自己喜欢但是非必要的事情上。

MVC作为一名女性科学家,在您的科研历程中,遇到最大的困难或阻碍是什么? 

 ZYY我自己遇到的最大困难是时间不够用。科研工作需要安静的独处空间和大量的时间投入,这与陪伴孩子成长的时间需求难以协调。当你关上家门去办公室加班,听到家中幼儿嗷嗷哭叫妈妈的声音,必然是要克服心理难关。在此阶段,有能够帮助自己妥帖照顾孩子的亲人是幸运的。对我而言,最困难的阶段已经过来了。对于稍大一些的孩子,如果能一边工作,一边陪伴(作业),是最理想的;如果无法同时兼顾,那么进行合理的时间切割是有效的方法。在这一点上,有很多优秀的女性前辈和朋友是我的榜样。

MVC了解到您在科研工作之余,喜欢赋诗作词,能否请您分享一首您的佳作(生活、求学、科研、励志方面均可)。 

 ZYY我的确喜欢诗词,但主要还限于欣赏诗词中的意境与情怀,迄今完全不懂诗词韵律,曾经只是写了自娱自乐。因为已经很久没有提笔写点东西,为了完成这个问题,我翻了翻电脑里的旧文件,斗胆贴两首,请科研圈里的诗词大咖们口下留情:

不过,尽管自己久未动笔,幸运的是现在打入了一个科研同行的诗词歌赋群,有幸能常常欣赏到科学家的诗词佳作,很佩服他们在繁忙的科研工作之余还能保持雅兴、才思泉涌。

MVC作为导师,您更注重于培养学生哪些方面的能力?您认为优秀的学生应该具备哪些素质? 

 ZYY我很幸运与一群优秀的学生共事,作为他们的导师,教学相长,亦师亦友,是一件人生乐事。谈到培养,我更愿意根据学生的优势进行个性化培养,帮助他们追求理想,最大可能的实现价值。但是,博士研究生必备的一些科研素养,例如严谨求实的态度、条理清晰的逻辑、乐于合作的态度和坚持不懈的精神,是培养每一位学生的都需要着力提高的。此外,优秀的学生还应具备强大的自驱动力(强烈的好奇心)、宽广的视野、勇于创新的精神和突出的独立思考能力,引导、发现、呵护、鼓励这些素质是导师的乐趣和责任。