中科院理化所刘静研究员：探索像发现桃花源般美妙

刘晶(左三)正在指导团队成员做实验。

中国科学院物理化学研究所提供的图纸

“中国的哪些原始科技成果可以出口到世界？我希望液态金属成为其中之一。”清华大学教授刘晶是中国科学院物理与化学研究所的一名兼职研究员，他告诉记者。

在中国科学院物理与化学研究所，刘晶团队的“主战场”，低温生物与医学实验室，占地不到30平方米。狭窄的空间里装满了瓶子和罐子，以及大量自行开发的仪器和设备，使得很难找到一个舒适的腿部伸展的地方。在这里，由9名核心成员组成的团队在液态金属基础和相关应用研究方面取得了大部分前沿成果。

"目前，我们在液态金属研究的许多领域处于领先地位."一向谦逊的刘晶对这里充满信心。

他的自信来自哪里？

随着液态金属的发展和应用，未来人们甚至可以直接打印出手机，并在电影中创造出类似的终结者。

一名研究人员进入实验室，正在制造一种装置来改善液态金属的性能。刘晶说，该团队最近一直在加班加点，以完成液态金属的原始成就。

刘晶提到的液态金属是指在常温常压下像水一样呈液态的金属。金属的熔点很高。除了汞，正常环境中的大多数金属都是固体。让金属在相对较低的温度下呈现液态并展示其神奇能力被认为是一厢情愿的想法。

刘晶团队的工作是找到金属呈现液态的方法，并发现它们独特的性质。从2000年开始，经过十多年的积累，该团队发现了液态金属在传热、传导、流动、生物医学和柔性机械方面的独特机理，并探索了可能的应用方向。

2013年6月，当液态金属被制成印刷“墨水”时，刘晶团队首次开发了在纸上直接生成电子电路的技术。一年后，该团队开发了世界上第一台室温液态金属打印机。借助这种装置，只需在计算机上设置一个程序，一个个性化的电路系统就可以“打字”。这种工作使得以非常低的成本快速而任意地制造电子电路成为现实，并且有望改变电子电路的制造规则。将来，人们甚至可以直接打印出一部手机，电子制造可能在办公室或家里完成。

看过电影《终结者》的人一定对电影中的机器人印象深刻，这些机器人可以随意改变自己的外表，并迅速恢复原来的样子。2015年3月，由中国科学院物理化学研究所和清华大学医学院的刘晶领导的联合研究团队首次开发了一种自移动可变形液态金属机，为“终结者”的发展提供了一条道路。在世界先进机器人研发竞争激烈的背景下，刘晶认为液态金属开拓了机器人的想象力，有望成为机器人改革的重要引擎。

在生物医学领域，液态金属也有广阔的应用前景。例如，2014年6月，刘晶团队成功地用液态金属“桥接”断裂的神经，建立了一条信号通路，为快速重建人类神经功能提供了可能性。

以前，科学界对液态金属的理解大多局限于汞。刘晶团队的许多研究出乎意料地诞生了，并被认为是“黑色技术”。目前，国内外的研究团队已经在这片处女地投入了他们的努力。2014年，美国宇航局还将液态金属冷却列为未来的前沿技术之一。

刘晶团队的工作被科学界誉为人类利用金属的第二次革命。刘晶经常听到类似的问题:你如何看待这一系列国外没有做过的工作？“我们不追求国际热点，而是根据科学发展的逻辑和工业需求进行有价值的原创研究。”刘晶说。

"我们必须自信，坚持原创，而不是肤浅地跟随研究的趋势."这是刘晶过去在实验室对团队说的话。他要求团队成员在进行研究时多问问自己:这是这个领域最重要的事情吗？有什么开创性的成果吗？

液态金属的研究既有“高大上”的基本发现，也有“地气”的应用。刘晶把这种具有科学技术之美的研究称为“完美的科学”，把对液态金属的研究称为“科学技术的齐飞”。

科学突破往往在一定程度上经过深思熟虑，受到实验发现或灵感的启发，最终实现质的飞跃。

刘晶对液态金属的深入研究源于对芯片冷却方法的探索。在实验中，液态金属会溅到电脑上，弄脏屏幕。然而，原本糟糕的情况正在酝酿大技术——你能直接打印出电路吗？实验经历促使刘晶思考并导致液态金属研究的扩展。

回顾团队的研究过程，许多结果都类似于最初的转折，似乎是由意外造成的。例如，当团队成员试图用液态金属镓合金连接和修复受损的神经时，他们无意中发现分散在牛蛙坐骨神经周围的微小液态金属液滴在电触发下表现出惊人的自旋转现象。受此启发，刘晶团队探索了通过电场控制实现液态金属变形和变形的可能性，从而观察到液态金属所包含的物理图像，并开始研究液态金属的自主运动机器。

又如，在优化液态金属电子线路印刷溶液的固化问题时，研究人员尝试了各种常规方法，如燃烧法和有机溶剂溶解法，结果并不理想。在一次闲聊中，有人建议低温冷冻。出人意料的是，这种方法产生了非同寻常的效果，因此该团队解决了电子器件高度共形制造的难题。

“机会是必要的。我们已经沉浸在液态金属领域很长时间了。各种各样的信息每天都在我们脑海中浮现。我们无法预测下一个突破将在哪里，但我们将尽一切努力，并坚信在某个节点将实现突破。”刘晶说。

“人类第一次制备了石墨烯。它看起来好像是用玻璃纸连续粘着的。事实上，这背后有一个深刻的原则。”刘晶说，科学突破通常意味着全心全意地在一定程度上思考某个问题，最终在实验发现或灵感的启发下实现质的飞跃。我们必须具备随时准备好并敢于探索的素质，这样我们就不会把一些有价值的信息视为一种普遍现象，也不会轻易放过任何线索。“机遇青睐有准备的人。他们不仅应该积累，还应该保持探索精神。”这是刘晶在团队中经常提到的第二句话。

团队成员、清华大学医学院博士后盛蕾表示，刘晶老师不仅教授知识，还注重培养团队的科学素养，鼓励我们敢于思考和实验。“团队成员来自不同的职业。许多人从未接触过液态金属，但他们进来后不久就能取得好成绩。这与团队重视探索和鼓励创造的氛围有关。”

刘晶告诉记者，在业余时间，他会通过阅读一些科幻作品来激发灵感，并酝酿一些看似荒谬的技术想法:如果他的眼睛是瞎的，液态金属能在视网膜中充当神经来帮助病人恢复光线吗？听力损失，液态金属能作为听觉神经来传递声音吗？大脑停止了运动。液态金属制成的神经回路能控制身体吗？

仅仅积累和敢于探索是不够的。如何判断研究方向？刘晶讲述了他的经历:主要前沿科学技术领域的顶尖科学家需要有前瞻性的思维和远见。尽管一些好的研究可以用小智慧、小技能和偶尔的运气来完成，但是很难保持领先地位，但是它不能领导团队继续产生结果。"与聪明相比，更高的层次是聪明的头脑."他认为，该团队不断涌现出杰出的成就，是研究人员在基础研究中长期“愚蠢”努力和敏锐把握前沿的自然结果。

“即使它像纸杯一样简单，你也应该尊重它，调动科学思维去观察它，只有盯着它看上千次，你才能发现新的东西。”刘晶说。

为了在黎明前送报纸，刘晶甚至在除夕团圆饭的餐桌上修改了它。

进入研究院后，何志光一直在刘晶从事研究工作，目前是中国科学院物理与化学研究所的年轻副研究员。由于他对液态金属研究的专注，近年来他甚至很少走出实验室。

何志光说，他在科研中的安心是实验室团队艰苦研究的结果。“最后离开实验室的人总是刘先生。他随身带着一支笔，随时随地帮助我们修改论文。”

2013年除夕夜，为了在黎明前送报纸，刘晶在团圆饭的餐桌上修改了这篇文章。结果，春节假期刚过，刘晶就被告知这篇文章已经被接受了。

在获得学术关注之前，刘晶带领团队默默工作了10多年，这鲜为人知。刘晶坦率地承认，在漫长的研究过程中，孤独偶尔会萌发，但探索液态金属世界就像发现桃花源一样美妙，他感到非常开心。

“前沿研究是一项孤独的探索。我们应该学会从中获得快乐，培养我们对科学的兴趣。”这是刘晶在团队中经常说的第三句话。

刘晶说，现在实验室提供了一个很高的研究平台，努力学习的学生可以发表好论文，但能力的培养是一个长期的过程。“科学探索是一项长期任务，就像冒险一样。一路上，我们会遇到各种各样的难题和实际问题。研究人员应该不断提高，最好是保持理想主义的精神，这样即使有许多荆棘，心中仍会充满希望和永恒的幸福。”

2014年，刘晶获得“终身成就奖”——传热领域的威廉姆·伯格奖。其他人称刘晶为“中国液态金属教父”。

面对这些掌声，刘晶告诉团队，被外界认可是令人兴奋的，但不要太陶醉。“真正重要的是我们是否有许多重要的想法和科学研究成果，以及当我们几年后回顾过去时，这项研究是否为人类解决了一些关键问题。”

“我们可能是偶然创造了历史。未来的研究被广泛使用。即使没有人知道这是谁的成就，我们的工作仍然是有价值的。它给你带来科学探索的审美享受。”刘晶说。

刘晶经常和团队成员分享他阅读科技史的想法。“科学技术的真正飞速发展已经是近两三百年前的事了，而且未来还有无尽的空间。我们每个人都必须努力成为主角，抓住时代的机遇。”

近年来，刘晶团队还联合推广了液态金属的工业应用。“我们很幸运在液态金属研究方面领先世界，但我们不能在工业方面落后。我们必须抓住历史机遇，帮助我们的国家建设一个世界级的液态金属谷。”刘晶说。(原标题:探索如发现桃花源)

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