如何做出一个世界级的发现

液态金属成果负责人、清华大学教授刘静    

    作为一个科学家，我不止一次地被人问到：你研究的这个东西（有时还是略带嘲讽的质问——笑），能获诺贝尔奖吗？我明白问这种问题的人的意思，就是我们做的研究到底有没有价值？能不能做出一个世界级的成果来？

    在这里，我可以很骄傲地说，如果说中国有哪些可以向世界输出的原创科技成果，那么我们所做的液态金属，应该是其中一个。

柔性发光腕带

    很多熟悉我的人都知道，我是一个比较谦虚和低调的人，也有很多的记者来找我，我都希望他们来采访我的学生。不过说起我们的成果，我是有一说一的：目前在液态金属研究许多领域，我们处于当仁不让的“领跑”地位。

    去年3月，我们的研究团队，在科学期刊《先进材料》上发表论文《仿生型自驱动液态金属软体动物》，这个被称作世界级的发现，迅速在海外激起反响——就是这个看起来像终结者的东西（此时应有液态金属的图展示出来）。国际生物学界甚至由此重新发起了“如何定义生命”的讨论。很多人迫切地想要知道：我们离“终结者”还有多远？

    现在大家都在提创新创业，很多时候，是先有了创新才能有业可创，这种创新的确包括商业模式的创新，但归根结底还是要依赖科技创新——“道生一，一生二，二生三，三生万物”的真理老祖宗讲得清清楚楚。接下来，我就和大家分享一下我们如何做出这个世界级的发现。

　　毫不讳言地说，我是《终结者》系列的电影粉丝，对于实现T1000的想法，我也持乐观态度。事实上，早在14年前，我已经注意到液态金属身上的潜能。

　　2001年，我已经把液态金属运用到解决计算机芯片的散热问题上。相比传统的风扇和水管，液态金属无需额外提供动力，且体积小巧，仅靠固、液之间的物理转化就能达到吸热放热的目的。

　　当这项成果早于美国若干年申请专利之时，一家工厂的老板还曾将信将疑地问我：“国外都没有这种技术，你这行得通吗？”

　　长久以来，科学界对液态金属的关注比较有限。在研究之初，我们团队很难找到几篇相关论文，“一切都需要从头开始，一点点地摸索”。

　　研究液态金属很孤独。因为研究者甚少，你有时会怀疑自己所做的事，到底是不是足够重要。

　　但我还是相信自己的判断：这种既能像金属一样导电导热，又能像水一样流动变形的材料身上，一定还有更多人们未知的本事。

　　这里稍作一个科普，什么是液态金属？

　　液态金属是指在常温常压下像水一样呈液态的金属。金属熔点较高，通常除了水银，常规环境下的金属多呈固态。让金属在相对低温条件下呈现液态，展现神通广大的本领，被认为是异想天开。

　　我们的工作，就是要找到金属呈现液态的方法并发掘它们的独特性能。从2000年开始，历经10多年的积累，团队发现了液态金属在传热、导电、流动、生物医学及柔性机器等方面的独特机理，并探索了可能的应用方向。

　　来看看成果：由液态金属打印机打印并制作的柔性电路板及带光电功能的圣诞电子贺卡。看看这种柔性的电路板，再想想现在你手机里和电脑里的传统电路板，是不是忽然有种走在下一代科技前沿的感觉呢？(此时应有相应的图展示出来)

　　经数年时间从基础研究到应用层面的持续推进，我们的团队在印刷电子学领域取得技术突破，研发出世界首台全自动液态金属个人电子电路打印机，它长得是这个样子。化全自动液态金属打印机的成功研制，开启了全新的电子电路制造模式。相应技术易于普及到家庭、办公室、学校、工厂乃至工业设计艺术探索、文化创意等应用领域，是极具普适性和基础性的电子制造工具。

    当然，现在回过头来看，我们最初的发现的确带了点传奇色彩。

    仿佛仙女手中的魔法杖，小小的铝棒赋予液态金属“生命”就像苹果碰巧砸到牛顿，青霉菌偶然出现在弗莱明的培养皿中一样，发现液体金属的奇妙特性，也是一个关于“好运气”的故事。

    清华大学生物医学工程博士三年级的张洁，是我的一名博士生，她按照我的要求，一直致力于“液态金属连接神经信号传导”的研究。

    但就在一天早晨，这个冷静得不会出错的姑娘难得地失误了。她手一抖，把本该接触牛蛙神经的电极“戳”到了那只可怜家伙断裂神经之间的液态金属上。一瞬间，原本像一条线段的液态金属缩成了一个圆球。

    小姑娘很快意识到这有可能是个重要发现。她找到我，经过鉴定，液态金属在电场作用下的运动机制确实是个未曾有人触及的领域，值得进一步探索。

    继续做实验。

    深入研究之后，我们发现了液态金属的更多潜力：在一定条件下，它既可以由一摊液体缩成一个球体，也可以逆其道而行之；两块带电的液态金属可以像磁铁一样相互吸引，并融合成一个“大块头”；加大电场的电压，这团亮晶晶的物体还能表演不少“大动作”。

    这时，传奇再次上演。当张洁的耐心细致又一次开了小差时，奇妙的现象再次出现了。

    在2014年9月的一次实验中，液态金属表面的氧化物影响了实验效果。按照规定动作，此时张洁需要用玻璃棒剥去氧化物。但这个姑娘实在懒得动弹，就随手抄起桌上的一张铝箔，卷成小棍，伸向那些恼人的家伙。

    仿佛仙女手中的魔法杖，小小的铝棒触碰液态金属的刹那，竟同时赋予了它生命：在未加电场的情况下，那滴安静圆润的镓铟合金忽然在盛满氢氧化钠溶液的培养皿里面奔跑起来。

    张洁还没来得及反应，同时在场的我的另一个学生姚又友，已经惊讶地叫起来：它竟然自己动了！

    整整一个小时过去了，沉浸在学术探讨里的姚又友回过神来，再次惊呼：它竟然还在动！

    液态金属把铝块给吞吃了，然后奔跑起来。这比起电影里凶神恶煞般的机器人，躺在实验室里的“终结者”雏形，显得弱小无害。在实验过程中，它们总是保持着圆滚滚的形态，身形最大也不过几个立方厘米。

    我们知道，实验成功了！

    能做出这个成果，并非我一个人的功劳，更多地要感谢我的学生们。很多人说要上门请教所谓的科研“秘诀”，但其实简单说来，就是一种特别的师徒关系——导师“和盘托出”培养精英徒弟，来一起撬动世界级发现。

    我有一个习惯，无论是出差还是开会，总是随身携带一支笔，以便随时随地帮学生修改论文。有的学生刚接触科研不久，对论文写作还不太熟悉，我会耐心地帮助学生修改论文，修改上十几遍也是常有的事。

    我和学生的关系，与其说是师生关系，不如说是师徒关系显得更加贴切。一旦有新的科研思路，我都会与学生一边交流一边把想法毫无保留地写在纸上，有时一写就是好几页A4纸。尽管不能把所有的步骤都考虑到，但是在这一过程中，不仅培养学生的科研能力，也能激发起学生的潜能，让他们在科研中能顺藤摸瓜取得成绩。

    有的老师就劝我在学生身上花费太多时间不值当，自己可以做更多的科研。

    可是，我觉得磨刀不误砍柴工，研究生教育应该是精英教育。花大量的时间培养学生是为了储备好人才资源，我特别注重培养弟子的思想深度和解决实际问题能力。我有的时候会帮着学生整理学术成果发表论文，为了挤出更多的时间，我尽可能地减少参加会议。

    当然，我对学生有一个要求，研究生阶段为了拿到一个文凭，这样的要求太低了。我会让学生接触我的核心工作，把我自己能想到和能启发的全都给学生。让他们在接触研究中，有能力撬动世界级的科研。

    事实证明，这一“教育+科研”的理念奏效了。

    2014年，我获得传热学界“终身成就奖”——威廉·伯格奖，还有人把我称为“中国液态金属教父”。但面对这些掌声，我总告诉我自己和我的团队，得到外界认可让人激动，但也不能太沉醉其间。真正重要的是：若干年后回过来看，是不是有许多重大思想和科研成果出自我们，研究有没有为人类解决一些关键问题。

    我们可能在不经意间就创造了历史，未来研究被广泛应用，即便没人知道这是谁的成果，我们的工作依然很有价值。它带给你的是科学探索的审美享受。毕竟，科技的真正突飞猛进是近两三百年的事，以后还有无尽空间。我们每个成员都要争取成为主角，抓住时代的机遇。

    最后和大家分享一句话：科学探索是一项长期事业，就像冒险，一路上会遇到各种困扰和现实难题。研究者要不断提高，最好保持理想主义精神，如此即便荆棘丛生，内心也能充满希望，还将获得永恒的快乐。

    以上就是我要和大家分享的，谢谢大家。