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从冷热刀到液态金属 17年他玩转跨界创新

2018年01月22日09:02    来源:科技日报

人物档案

刘静,生于1969年,系中科院理化技术所双聘研究员兼清华大学医学院生物医学工程系教授。他先后入选中科院及清华大学“百人计划”,长期从事液态金属、生物医学工程与工程热物理等领域的研究工作。

元旦刚过,刘静团队又一篇关于液态金属的论文刊登在国际学术期刊《材料视野》上。他们创造出一种基于液态金属的新型柔性多功能材料,这种材料具有良好的导电性和磁性,内部会产生气体并生成多孔结构。在极端情况下其体积可快速膨胀至原来的7倍以上,膨胀后的多孔金属甚至可携带重物漂浮在水面上。

刘静团队又一次创造了奇迹。

跨界研究液态金属

元旦前,刘静在微信朋友圈中写道:“康博刀(又名冷热刀)肿瘤微创治疗设备产品正式下线,今晚将被发往全国各地,服务于临床一线!”

2006年7月,记者在中科院理化所见到刘静时,他向我展示了正在研制的冷热刀,并详细地解释它的原理和作用。

这把刀很神奇。它的探针顶部温度可达零下190摄氏度,可用其对肿瘤病灶实施深度冻结和消融,使病人减少痛苦。同时,冷热刀也可迅速升温到80摄氏度,以处理更大范围病灶,实现高效止血。

就这一把刀,他和团队钻研了17年。如今冷热刀通过了卫生部门的审核,并进入临床使用阶段。“用十年磨一剑来形容冷热刀的研制过程都不够啊。”刘静感慨道。

除了冷热刀,这17年间,刘静还跨界到了液态金属研究领域。

2013年夏,刘静和团队在世界上首次发现了电场控制下液态金属与水的复合体可在各种形态及运动模式之间发生转换的基本现象。紧接着,又在世界上首先发现液态金属在吞食少量铝后能自主高速运动且能变形的奇异行为。这一最新发现轰动了世界。

乐趣只在科研

液态金属是一类新兴功能材料(如镓基合金),在常温下呈液态。老本行做传热研究的刘静为何研究起了液态金属?

在刘静看来,这一切纯属偶然。

2001年前后,刘静在努力寻找一种能让计算机芯片快速散热的材料。在多次的尝试后,刘静意识到液态金属具有超高的导热性,作为冷却液可将集成电路里的热量快速导出。就此,他开始了在液态金属领域的研究。

为寻找新的技术路径,刘静研究起液态金属,这最初还属于工程科技的范畴。但之后,他便开始向基础科学领域探索。他带学生在世界上率先发现了液态金属的众多科学现象和基础效应,如自驱动性和自主变形等。

跨界高手刘静,跨的不仅是学科,还有身份。除了是科学家,他还是工程师。冷热刀之外,他带领团队先后研制出数十种硬件装备和器件,申请了200多项发明专利,其中约130余项已获授权。

刘静沉迷于科研,似乎他的乐趣只在科研。当然,他对科学的痴迷也使他颇有收获。2014年,刘静荣获威廉·伯格奖。这是中国科学家首次获得国际传热界最高奖项。威廉·伯格奖每4年颁发一次,每次仅有1名获奖者。

理工兼备 医学添彩

刘静能实现跨界研究,还要归功于他在工程学和物理学领域的积累。

刘静本科就读于清华大学,学的是燃气轮机。上大学时,他还选修了第二专业应用物理。作为直博生,他选择的研究方向是与工程热物理及生物医学有关的方向——生物传热学。

在此期间,他还旁听了很多生物专业的课,自学了生物医学基础理论知识。这之后,1996年2月初刘静在获得清华大学工程热物理专业工学博士学位后留校任教。

1999年,刘静即将从美国普渡大学博士后工作站出站,他面临人生中的又一次重大选择——回国还是留下?

一边,美国著名高校向他抛来了橄榄枝;另一边,身处异乡的漂泊感不时向他袭来,这些让一个29岁的青年难以抉择。

1998年,中国科学院正式批准刘静入选“百人计划”,此时他知道要做出怎样的选择。1999年,他作为“百人计划”人才被引进到中科院理化所,主要从事低温生物医学的研究,并且组建了低温生物与医学实验室。

偶然之举成就世界首创

“天生我材必有用。”这句话是刘静的口头禅。他有一颗强大的内心,相信努力和勤奋的力量。

对于自己在液态金属领域取得的成果,刘静将其归功于“大自然的垂青”。或许,幸运之神真的特别眷顾他。

一次实验中,刘静不小心把液态金属溅到了电脑屏幕上,他用纸和抹布怎么都擦不掉。这事让刘静颇为苦恼。直到2004年的某天,刘静突然想到,既然不能清除电脑屏幕上的液态金属,正好可利用它“擦不掉”的特性,以此来绘制电子电路。然而,实验却不成功。因为液态金属表面张力太大,不易黏附到纸张等材料表面。

虽然出师不利,但刘静一直想着,总有一天他要拿液态金属再做做文章。数年后,偶然一次实验中他与学生把液态金属涂在一些基底上,两头接上电子元件和电池——世界上首个液态金属手绘电子电路就这样诞生了。

他没有就此止步。刚开始时,他用毛笔写液态金属,后来试着用硬笔。此外,他还在书写材料上花心思。刘静带领团队尝试在纸上、衣服上、玻璃上甚至树叶、墙壁上等绘制电子电路。等这些都实现后,他的“胃口”又开始膨胀,把液态金属电路画到人的皮肤上。

手写电路成功后,刘静又琢磨起打印液态金属电路。那时,多数人还不知道3D打印这个概念,刘静却已用它来做实验了。刘静说,他已经记不得“玩坏”了多少台打印设备。

记者手记

认识刘静很多年了,也早就有写他的想法。我曾采访过上百位科研人员,但感觉刘静是其中比较“另类”的一位。

现在绝大多数科学家都在跑项目,但刘静在液态金属领域取得的成果不少是在偶然间发现的。他做科研的初心很纯粹,他常说“科学是玩出来的”。他不愿把太多的时间花在项目申请上。当然,在研究经费短缺时,他也曾找过一些企业家支援一下。

之所以感觉刘静另类,还在于他痴迷于科研。有些科研人员说自己喜欢科研,但实际上,科研不过是他们的“饭碗”。

一代材料,一代装备。中科院院士刘维民曾说:“我不敢说液态金属开辟了一个新的时代,但它作为一种新材料,给我们开辟了一个新世界。”

(责编:沈王一、闫妍)

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