中国科学院院士俞书宏：从小小“碳酸钙”中发现新材料

11月22日，中国科学院公布2019年新增选院士名单，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心纳米材料与化学研究部主任俞书宏榜上有名。

碳酸钙在自然界随处可见，很多人认为没啥可做，但俞书宏从2002年回到中国科大工作后，一直在跟碳酸钙打交道，并成功矿化合成了人工珍珠母等多种神奇的新材料，被誉为材料“魔术师”。如今，这些从小小“碳酸钙”中诞生的新材料，已在航空、航天、军事、国防、民生等领域大展身手。

“珍珠母是贝壳中的内层材料，与珍珠具有相似的组成和结构，通常含有95%以上的碳酸钙。但这种碳酸钙并不是传统意义上的粉末，它形成了一种特殊的结构。”俞书宏透露，他的研究就是从一个侧面来模仿贝壳、珍珠、骨骼等结构，制备出性能可以与自然界依靠生命体创造的材料相媲美的新材料

贝壳是一种很好的层状结构，就像阶梯教室一样，一层一层堆积而成，这种砌墙式的砖泥结构强度、韧性非常好。俞书宏团队参照软体动物合成天然珍珠母的砌墙式策略，提出一种新的“组装与矿化”法，从源头上模仿天然贝壳珍珠层的形成过程和化学组分，在世界上首次成功矿化合成了人工珍珠母。这种仿珍珠母材料的化学组分、结构，与天然珍珠母相似，力学性能相当，密度更低，具有优越的抗断裂性能。

受北极熊毛发中空结构的启发，俞书宏团队成功研制出一种新型轻质保温隔热材料，未来有望在建筑和航空航天领域广泛应用。模仿竹节的结构，他们团队设计了一种“脉冲式轴向外延生长”方法，成功制备出纳米“竹子”，这种新型半导体纳米材料可以将太阳能制氢效率提高一个数量级，为开发新型高效太阳能制氢材料提供了新途径。

实现仿生材料系列化，提升传统材料性能，是俞书宏一直努力的方向。近年来，他研究发现了聚合物和有机小分子模板对纳米结构单元的尺寸、形状、晶相的调控规律；建立人工仿生合成珍珠母、仿生聚合物木材、超弹性抗疲劳材料等多级结构材料的合成方法；提出的软-硬模板效应协同控制生长的机制，被成功用于宏量制备高质量纳米线和纳米电缆。

当前，我国在很多高技术领域被国外“卡脖子”，其实很重要的一个方面就是关键材料被“卡脖子”。“我们要紧紧瞄准从0到1的原始创新，为自己定下一个更高的目标，多解决材料方面的‘卡脖子’问题，为国家的发展做一点贡献。”俞书宏说，中国科学家完全有能力、有信心做更好的创新。

文章来源：中国科大新闻中心，作者：桂运安