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“卧薪”20年 兰大这个科研团队打破学科“魔咒
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摘要：“卧薪”20年 兰大这个科研团队打破学科“魔咒” 3.3纳米的刚玉颗粒炼成记 李建功指导学生进行实验 李建功指导学生进行实验 “我”是谁？“我”属于材料家族的一分子，比塑料硬朗
“卧薪”20年 兰大这个科研团队打破学科“魔咒”
3.3纳米的刚玉颗粒炼成记
李建功指导学生进行实验
李建功指导学生进行实验
“我”是谁？“我”属于材料家族的一分子，比塑料硬朗，比木头光滑，比金属耐腐蚀、抗氧化、耐高温；我就是现代社会生产生活最常用到的三大材料之一——陶瓷。
氧化铝陶瓷是我们家族中综合性能最好、价格最低、最常用的一种。阿尔法氧化铝，也叫刚玉，是大块氧化铝热力学上最稳定的一种。
正如人无完人，“我”也有自己的弱点，你们口中的“碰瓷儿”“瓷娃娃”，不都是在说我脆弱易碎、韧性不足吗？
不过你们也许吐槽不了太久了，“我”听说兰州大学物理科学与技术学院李建功教授团队用20年时间，已经研制出制备韧性氧化铝陶瓷的原料——刚玉纳米颗粒，该项成果近日在国际顶级学术期刊《科学》（Science）发表。
未来，无论是飞机发动机、机车床切削刀具，还是你的一颗牙齿、肿瘤治疗，都可能会用到我的新生代——刚玉纳米颗粒。
如果国际权威都否定了 还敢开始吗
这篇评论源自2019年10月，李建功在Science上看到一篇催化及材料研究领域知名科学家的论文。该论文报道，此团队研制成功比表面积140㎡/g、平均颗粒尺寸13纳米的刚玉纳米颗粒；并宣称至今尚无人制备出比表面积高于100㎡/g的刚玉纳米颗粒。而纳米陶瓷颗粒领域的共识是：比表面积越大、颗粒尺寸越小，催化性能越好，致密化得到的陶瓷性能也越好。
李建功有点纳闷，自己的团队已在2015至2018年先后研制出尺寸小于5纳米、比表面积161㎡/g至253㎡/g的刚玉纳米颗粒。要不要否定一位高比表面积催化材料领域权威“大神”的研究结论？经过3个多月的反复思考，他终于下定决心，抱着对科学负责的态度，用自己团队的成果否定了那位科学家团队的结论。
近日，李建功团队的评论文章在Science发表，报道该团队先后开发的三种高效制备方法，制备的刚玉纳米颗粒比表面积均高于100㎡/g，也高于对方团队报道的140㎡/g。该评论还指出，对方的材料其实是30至200纳米的硬团聚体，而非13纳米的纳米颗粒，并分析了其颗粒粗大但比表面积较高的原因。
这是李建功团队第二次对Science刊登的内容发起挑战，关于刚玉纳米颗粒研究，他的故事还要从23年前讲起。
1997年，刚因科研成果突出评上了教授的李建功无意间看到Science发表的普林斯顿大学Navrotsky团队的一篇论文，上面写道：阿尔法氧化铝（刚玉），当比表面积高于100㎡/g，或颗粒尺寸小于15纳米时，成为热力学非稳定相，这成为了刚玉纳米颗粒制备的瓶颈和“魔咒”，很多人尝试多年都无法突破。当时，他便产生了对刚玉纳米颗粒死磕到底的动力和决心。春去秋来，送走20届学生，李建功带领团队一走就走了7000多个日夜。
这条没人走的路 到底难在哪
要想得到15纳米以下的更小的刚玉纳米颗粒，有人可能会说，直接粉碎就好啊，这有什么难的？
但你不知道的是，当刚玉纳米颗粒尺寸小于15纳米时，每个颗粒因为表面能过高，就变成了一个个活跃的“熊孩子”，在一起“抱团儿”。它们“亲密无间”，怎么拽也拽不开，专业术语称之为烧结或硬团聚。科学家们怎么“拉扯”它们也“扯”不开，得不到分散的颗粒，也就不能用来制造性能优异的氧化铝陶瓷。
这20多年的“死胡同”研究之路，李建功总结为：
“面多了加水，水多了加面。1998年到2003年我们就在瞎试，把前人所有可能的方法都试一遍，发现一转变成阿尔法相就团聚成大颗粒。看来Science说的可能是真的。”李建功说，“2003至2008年，我们才渐渐有了思路，就是通过第二相包覆来降低刚玉表面能，或者提供充足能量让刚玉纳米颗粒在非平衡条件下形成。”
李建功口中的“第二相包覆降低表面能”指的是，让刚玉纳米颗粒形成时被另一相包围着，这样刚玉纳米颗粒的自由表面就变成了与另一相的界面，选择合适的第二相，就可使这个界面能低于刚玉的表面能。
“这就好像疫情期间的居家隔离。”如把表面能很高的15纳米以下的刚玉纳米颗粒比作“熊孩子”，疫情期间把这些爱扎堆的“熊孩子”隔离在家，那么它们不就抱不了团儿了吗？但是用什么来充当隔离相呢？这是第一个问题。
文章来源：《世界复合医学》 网址: http://www.sjfhyx.cn/zonghexinwen/2020/0713/359.html
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