口述/王中林 整理/杨宇 王文乐 杨波 曹吉吉
我希望有一天能做出许多核心技术,对我的祖国、对全人类有所贡献。这是我的心愿,尽管自己的能力有限,但这个愿望一直在我心中长存。 ——王中林
几个“没想到”铸就科研人生
回顾我个人的成长经历,可以用几个“没想到”来概括。
第一个没想到,是在我上高中二年级的时候,我没想到有机会考大学。1977年中国恢复高考制度,第二年,我考上了大学,这对我来说是一个人生的里程碑,我踏上了人生的第一个基石。可以说,在此之前,我没有任何心理准备。
第二个没想到,是我在大学时期学了物理专业。当时以我自己的兴趣,不是太想学物理,而是一心想学雷达工程,可由于物理成绩好,被分到了西北电讯工程学院物理师资班。因为是国家分配,我想还是要把它学好的。从此,我的一生就与物理结下了不解之缘。现在回过头去看,学物理真是我这辈子的最佳选择。也许从当时兴趣的角度来说这不是最佳选择,但要通过自己的努力把它变成最佳选择,有了这种积极向上的人生态度,才能战胜一切自己人生历程中的各种困难。如果当初我没学物理,可能做不到今天的成就。
第三个没想到,是我能有机会出国留学。如果没有中美联合培养物理类研究生计划(CUSPEA),我自己不可能去留学。原因很多,首先我的家庭没有那么强的经济实力供我出国读书;其次,我本身就不会产生留学的念头。因为我上大学才开始读ABC,没有任何英文基础,出国留学对我来说简直是天方夜谭。
但是,国家给了我这个机会。这么多年来,我潜下心来为国家做了一些事情,也是出于一种报恩的心态。如果没有国家的留学政策,我不可能出国留学,也可能走不上科研的道路。这是我的人生感悟,是一种感恩,一种回报。这种心态要永远保存。
我要做出造福人类的
原创科学与核心技术
1983年我到美国留学,是改革开放后较早出国的留学生。那时我很年轻,到了一个新的国家之后,没有人给我们指点,一切都要靠我们自己去摸索去奋斗。我从读硕士研究生开始,到博士毕业,用了4年时间。1987年,我拿到了亚利桑那州立大学的物理学博士学位。毕业后,我选择留在国外从事科研工作。有时,人生的选择会改变今后一生的方向。
读博期间我曾经做过3个科研课题,当时导师对我的评价是:王做的每个题目都够上一篇博士论文了。这个评价其实是他和别人说起的,过了好几年才被我知道。记得我有一次求职,对方让我的导师写推荐信,以证明我的科研水平。我的导师写了推荐信,还在信的结尾处写了这样一句话:他无论做什么事情,都会做到最好!对我来说,这是个极大的鼓舞和激励。我对我的导师心存感激。
毕业之后的七八年时间里,我先后在世界上几所知名的高校和实验室工作,例如纽约州立大学石溪分校、剑桥大学开文迪许实验室、美国橡树岭国家实验室、美国国家标准和技术定量局等等。我很幸运,深受那里学术气氛的感染,学到了很多东西。物理学习大概是这样一个过程,即先提出一个现象,然后用一切方法、样品、材料等,去证明这个现象。但是,这还不够,因为还要发掘原创的科学和具有应用潜力的技术,这也是我在新的科研阶段所做的主要工作。
我在美国橡树岭国家实验室做超导研究的时候研究了氧化物,后来做氧化物的纳米结构,以后我做的所有工作都受到氧化物的影响。那几年时间里我开始萌生一个想法:我要写一本书。博士毕业的时候我26岁,经过了5年的积累,又用了2年多的时间写作,到1994年,终于完成了名为《电子衍射中的弹性和非弹性散射》的著作。该书把全世界在该领域的相关理论的发展进行总结、系统化,有组织地为读者奉献出来。这是我写的第一本书,《科学》杂志的评价是“具有卓越成就和极高价值的经典之作”。到目前为止,我已写过6本书,编过24本书。这些都是我的宝贵经历。
当你年轻时遇到困难、事业不顺的时候,不要消沉郁闷,要想办法把你另外的才华显露出来。多年以后当你回想自己的过去,发现没有浪费时间,你就会心安理得。我现在回顾自己的每一段经历,可以负责任地说,在任何阶段我所学到的、所掌握的知识和技能,在之后的工作中都用上了。知识就是力量,技高不压人。
例如我在美国国家标准和技术定量局工作的时候,有一次我和同事共同验收一台电子显微镜,当时要把一大堆零件组装起来再进行验收。于是,我扮演了一个技工的角色,拧螺丝,测试信号,在这个过程中,我摸透了这台仪器的构造和组装原理。后来组建实验室,再购买类似的设备,我就成了验收行家,卖方绝对蒙不了我。如何跟厂家谈判,我都一清二楚。
任何经历都是有好处的,再多的知识也比不上亲身的经历,经历多了,悟性就出来了。在后来我自己做的研究中,可以总结出几项比较满意的工作。
第一个是1986年,我在做表面等离子体激发的研究,当时就提出了一套理论,实验做出来以后,文章也发表了。时隔25年,全世界都在研究等离子体激发,可以说,我领先了世界25年;第二个是电子显微学散射理论,也叫非弹性散射理论,涉及能量损失与动力传递,我花了几年时间解决了这个问题,达到了世界领先水平;第三个是我发明了表面分析显微能量损失谱技术,并做出了能量分析仪;第四,1984年夏天我导师Cowley教授告诉我用石墨揭层法来制备透射电子显微研究用的样品基膜,其当时的目的是要看到单原子的像。真没想到,21年后英国科学家用该方法来制备石墨烯,并得了诺贝尔奖。
后来在任教过程中也做了一些工作。一是在1995~1998年做纳米颗粒自组装,当时引起了很多关注。1998~1999年我们发明了一种可以测微小东西的秤,叫纳米秤,根据其中的原理,我们又发明了通过显微镜测试微结构的方法。我的这一发明现在已经变成一个研究领域了,国内有许多科学家在做这个研究,已经比我做的好多了。从1999年开始,我们进行纳米材料的研究,并于第二年发现了氧化物纳米带,开拓了氧化物纳米结构的新纪元。13年里,我们做了很多事情,例如研究纳米结构的生长,力学测量,并利用纳米的性能发电,创立了压电电子学,发明了纳米发电机等等。
最记忆犹深的是2005年的夏天,一个偶然的想法导致我发现了纳米发电机的原理,当时我的考虑比较超前,认为现在电子产品越来越多,能不能把它做成自驱动,就叫自驱动纳米系统。直到后来做出了纳米发电机,我们一直做得非常好,可以产业化。现在这一研究变成世界热点了,欧美国家和我们中国都在开始做。
那么,纳米发电机对今后百姓的生活到底能起什么作用呢?我可以描述一下,一个很小的生物传感器,可以植入皮下,利用肌肉活动为它供电,不需要更换电池,能够监测血脂、血糖和心脏活动。放在水里可以监测水质,监测环境,放在海边可以探测声纳等等。它的体积很小,可以大量使用,最为关键的是它能够自驱动。我们现在已经研发出了第二代产品,一个小小的东西,稍微晃动一下,就能发电达50伏。我们最早的产品只能发5毫伏的电,到现在已经提高了1万倍。从发现这个原理到做出现在的成品,时隔六七年,所以说,从一个科学发现演变到成熟的技术,需要一个漫长而艰辛的过程。同时,我们也提出了改变晶体管设计和具有不同应用的压电电子学。有关这些发明,我已经写了2本书,第一本书叫《自驱动系统中的纳米发电机》,第二本叫《压电电子学与压电光电子学》,这两个都是我开创的研究领域。
科技的“人性化”是未来发展的必然。例如手机,未来必然是“人性化”的,可以监测人类的心跳,进一步提供健康方面的信息等等,这就是“人性化”的控制。科技要以人为本,做研究也是以人为本。我提出了很多概念,发明了很多技术,包括现在筹建北京纳米能源与系统研究所,目的就是要发展微能源技术,使它能在很多方面为我们人类文明的进程、为老百姓的生活提供有益的帮助。我认为,这些技术是核心技术,是我们目前产业转型需要的技术,是建设创新型国家需要的技术,所以在这种情况下,我愿意回来,把相关的人才培养出来,把这些技术发展成熟并推向产业化。
我做科研有一个特点,就是无论做什么研究,都要坚持自己的思路,不盲目跟从别人,只有这样才能创新。一个人的潜力能不能完全发挥出来,有很多决定因素。聪明固然重要,但不如实践经验。经验积累了才能产生悟性,悟性再积累才能升华为智慧。只有到达智慧这个阶段,你的大脑才能真正迸发出大的思路和想法,才能使自己的人生在科研道路上闪光。什么是闪光?就是我希望有一天能做出许多核心技术,对我的祖国、对全人类有所贡献。这是我的心愿,尽管自己的能力有限,但这个愿望一直在我心中长存。
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