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【編者按】為深入貫徹落實(shí)學(xué)校第十六次黨代會(huì)精神，開(kāi)展好“自信自強(qiáng)、奮楫卓越”主題宣傳，全面弘揚(yáng)“領(lǐng)軍”文化，展現(xiàn)廣大教師在教書(shū)育人、科研攻關(guān)、服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略中的良好精神風(fēng)貌，定格師者榮光，彰顯榜樣力量，黨委宣傳部特策劃推出《領(lǐng)軍?師者星輝》專(zhuān)題，致敬堅(jiān)守育人初心、勇?lián)鷱?qiáng)國(guó)使命的“領(lǐng)軍人”。

你敢信嗎？因一只墻上爬行的壁虎，給困擾全球科研界多年的石墨烯解理難題帶來(lái)靈感；因公園里隨手撿的幾片蘆葦葉，能推翻學(xué)界公認(rèn)十幾年的傳統(tǒng)認(rèn)知；納米級(jí)的材料褶皺，竟能關(guān)聯(lián)起青藏高原的山脈形成與資源分布？

這些聽(tīng)起來(lái)近乎天方夜譚的跨界奇跡，不是憑空而來(lái)的科幻想象，而是北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)院黃元教授，用十余年堅(jiān)守與求索寫(xiě)就的科研答卷。獲評(píng)中國(guó)科協(xié)“中國(guó)十大科技新銳人物”的黃元，手握中國(guó)電子學(xué)會(huì)自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明博覽會(huì)銀獎(jiǎng)等榮譽(yù)，發(fā)表SCI論文170余篇、被引超萬(wàn)次，主持多項(xiàng)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目。這位在二維材料領(lǐng)域深耕多年的學(xué)者，善于從生活細(xì)微處捕捉靈感，為科研之路點(diǎn)亮明燈。

第一站：路邊墻角，從壁虎身上解鎖石墨烯“密碼”

2011年，高質(zhì)量單層石墨烯率解理極低，是橫亙?cè)谌蚨S材料領(lǐng)域面前的瓶頸，無(wú)數(shù)頂尖科研團(tuán)隊(duì)耗費(fèi)數(shù)年攻關(guān)都未能實(shí)現(xiàn)突破。初出茅廬的黃元，也在無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)失敗后，陷入了一籌莫展的境地。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在一次路邊等車(chē)的間隙。黃元無(wú)意間注意到一只在墻壁上快速爬行的壁虎，他發(fā)現(xiàn)即便在光滑陡峭的表面壁虎也能實(shí)現(xiàn)爪子與墻壁的穩(wěn)穩(wěn)貼合與瞬間輕松剝離。一個(gè)念頭如閃電般劃過(guò)腦海：壁虎爪子與固體表面的吸附、脫附機(jī)制，與撕取單層石墨烯的原理，似乎有著異曲同工之妙。

他一頭扎進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)了壁虎爪子纖毛 “積分吸附、微分脫附” 的底層秘密，并由此推測(cè)界面作用距離可能是制約石墨烯解離的關(guān)鍵因素。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次方案調(diào)整與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，黃元最終開(kāi)創(chuàng)性地破解了高質(zhì)量單層石墨烯的解理難題，將制備效率一舉提升至近100%。

這一突破不僅攻克了全球二維材料領(lǐng)域的制備難題，更讓黃元確立了貫穿整個(gè)科研生涯的核心方法論：于微末處洞察機(jī)理，于跨界間貫通本源。在外界看來(lái)，這是天降的靈感與運(yùn)氣，但只有深耕者明白，能從一只壁虎身上讀懂科研密碼，從來(lái)不是偶然，而是千百次實(shí)驗(yàn)深耕后，對(duì)科學(xué)規(guī)律形成的極致敏感。大自然把答案藏在萬(wàn)物細(xì)節(jié)里，只等有心人伸手摘取。

第二站：城市公園，從蘆葦葉中窺探親疏水奧秘

壁虎帶來(lái)的跨界靈感，并非黃元科研路上的個(gè)例，而是他一以貫之的科研思維方式。他最令人稱(chēng)道的一次“向自然取經(jīng)”，是用幾片稀疏平常的葉子便澄清了表面科學(xué)界多年的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。在一次石墨烯解理實(shí)驗(yàn)中，黃元偶然發(fā)現(xiàn)，等離子體處理能讓襯底呈現(xiàn)超親水特性。在場(chǎng)的科研人員都只將其當(dāng)作一個(gè)普通的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，唯有黃元死死抓住了這個(gè)被所有人忽略的細(xì)節(jié)，瞬間聯(lián)想到了自然界中荷葉、蘆葦?shù)忍焐邆涑杷匦缘闹参锶~片——這些天然材料經(jīng)過(guò)等離子體處理后，是否也會(huì)發(fā)生親疏水性的反轉(zhuǎn)？

黃元采集水稻葉片樣本

有了猜想便立刻行動(dòng)。他帶著學(xué)生到北京的紫竹院公園、海淀公園，在湖邊收集荷葉、蘆葦、水稻葉片，帶回實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展氧氣等離子體處理實(shí)驗(yàn)。這場(chǎng)足以改寫(xiě)表面科學(xué)認(rèn)知的實(shí)驗(yàn)，全部材料成本加起來(lái)還不到一杯奶茶錢(qián)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅完美驗(yàn)證了他的猜想，更帶來(lái)了顛覆性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)：影響材料表面親疏水性的核心要素，從來(lái)不是公認(rèn)的表面微納米結(jié)構(gòu)，而是材料本身的極性；當(dāng)可逆的改變表面極性時(shí)，便能夠可逆的改變荷葉、蘆葦葉等表面的親疏水性。這一結(jié)論，直接澄清了學(xué)界幾十年以來(lái)的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最終印證猜想的那一刻，黃元笑得像個(gè)孩子：“你看，大自然早就把答案寫(xiě)在了葉片上?！弊罱K，這項(xiàng)成果發(fā)表在表面科學(xué)領(lǐng)域國(guó)際頂刊《Langmuir》上。

當(dāng)被問(wèn)及這項(xiàng)研究的靈感來(lái)源時(shí)，他回憶道：自己從小在農(nóng)村長(zhǎng)大，幼時(shí)常去荷塘采蓮子，早在幼兒園時(shí)期就對(duì)“荷葉為何能托住晶瑩水珠”充滿(mǎn)好奇。如今，這個(gè)縈繞多年的疑問(wèn)終于被他解開(kāi)。談及成果應(yīng)用，黃元?jiǎng)t表示該研究與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)合作完成，核心是通過(guò)高效調(diào)控農(nóng)作物表面親疏水性推動(dòng)農(nóng)業(yè)革新。其中，等離子體技術(shù)若能規(guī)?；瘧?yīng)用于水稻、花生及部分蔬菜的病蟲(chóng)害防治，可大幅減少農(nóng)藥用量、提升利用率，為我國(guó)糧食安全生產(chǎn)與食品安全開(kāi)拓新路徑。

黃元用一次耗材不到10塊錢(qián)的實(shí)驗(yàn)告訴我們：科研最珍貴的，是不忽略任何一個(gè)細(xì)節(jié)的眼睛，和不盲從固有認(rèn)知的勇氣。真理永遠(yuǎn)藏在細(xì)節(jié)里，而大自然，永遠(yuǎn)是最慷慨的出題人。

第三站：西藏?zé)o人區(qū)，從納米褶皺讀懂山河大地的脈動(dòng)

從壁虎纖毛的微觀(guān)結(jié)構(gòu)到荷葉表面的超疏水特性，黃元在交叉科學(xué)領(lǐng)域不斷突破學(xué)科邊界，他的科學(xué)野心遠(yuǎn)不止于此——他試圖在納米級(jí)二維材料與地球宏觀(guān)地質(zhì)之間，架起一座貫通微觀(guān)物理與宏觀(guān)規(guī)律的橋梁。

在一次石墨烯研究中，他敏銳捕捉到多層石墨烯褶皺處僅0.1納米層間距增加的細(xì)節(jié)，跳出材料和物理學(xué)科壁壘，借助勾股定理證明層狀結(jié)構(gòu)褶皺空間增加的普適性，并指出這種層間距的增加在地殼等宏觀(guān)體系中可以為流體提供更容易流通的“脈絡(luò)”。基于此，他將這套微觀(guān)形變機(jī)制與宏觀(guān)地球山脈形成、資源分布規(guī)律關(guān)聯(lián)，提出“地球脈流猜想”。

黃元在西藏收集氦氣，檢驗(yàn)地球脈流猜想

消息一出，質(zhì)疑聲紛至沓來(lái)，“二維材料和地質(zhì)研究完全是兩碼事，沒(méi)必要冒險(xiǎn)”“跨學(xué)科跨到這份上，純屬?lài)W眾取寵”……無(wú)數(shù)人勸他放棄，別在不熟悉的領(lǐng)域碰壁。但他始終堅(jiān)信科學(xué)探索本不該“自我設(shè)限”，只要是真問(wèn)題且有價(jià)值就值得探索。為驗(yàn)證猜想，2021年他帶隊(duì)遠(yuǎn)赴西藏，在海拔5000多米的無(wú)人區(qū)跋山涉水，于滾燙熱泉中采集氣體樣本，在崇山峻嶺間實(shí)地勘測(cè)，以一步一個(gè)腳印的實(shí)地工作支撐科學(xué)判斷，在微觀(guān)物理與宏觀(guān)地質(zhì)間搭建起嚴(yán)密邏輯鏈條。最終，黃元在熱泉?dú)怏w中檢測(cè)到高濃度氦氣，為我國(guó)氦資源開(kāi)發(fā)利用提供了新視角，也讓微觀(guān)與宏觀(guān)的跨界探索照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

團(tuán)隊(duì)里的青年教師曾感慨：“我們總困在自己的學(xué)科壁壘里，不敢越雷池一步，黃老師卻能從最微觀(guān)的物理現(xiàn)象里，推導(dǎo)出宏觀(guān)地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的底層邏輯。這種穿透性的洞察力，本質(zhì)上是他永遠(yuǎn)以真問(wèn)題為核心的科研態(tài)度。”真正的前沿探索，從來(lái)都沒(méi)有畫(huà)地為牢的邊界。敢闖別人不敢進(jìn)的無(wú)人區(qū)，敢走別人不敢走的路，才能看到別人看不到的風(fēng)景，才能開(kāi)辟出屬于自己的創(chuàng)新賽道。

第四站：國(guó)之重器，牽住自主創(chuàng)新的“牛鼻子”

從納米級(jí)的石墨烯褶皺，到千里之外的青藏高原，黃元的跨界探索，從來(lái)都不是嘩眾取寵的噱頭，而是始終錨定國(guó)家需求的硬核攻關(guān)。他深耕多年的二維材料領(lǐng)域，正是卡住我國(guó)重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)鍵命門(mén)。

黃元參加會(huì)議

2020年，他從生物領(lǐng)域DNA片段的組裝原理中獲得啟發(fā)，找到了金原子與硫原子之間的微妙結(jié)合方式，研發(fā)出“普適性金膜輔助解理技術(shù)”，成功實(shí)現(xiàn)數(shù)十種層狀材料的高效、大面積制備，如今這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)方法，為我國(guó)二維材料研究和重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn)品的發(fā)展筑牢了底層基礎(chǔ)，牢牢牽住了高端制造的“牛鼻子”。

面向未來(lái)，他的目標(biāo)依舊清晰：深耕二維材料解理技術(shù)，全力突破大尺寸層狀半導(dǎo)體單晶制備瓶頸，瞄準(zhǔn)未來(lái)電子器件的變革需求，為國(guó)家科技自立自強(qiáng)筑牢底層基礎(chǔ)。黃元曾說(shuō)，最持久的科研動(dòng)力，源于將個(gè)人興趣與國(guó)家命運(yùn)緊密相連的使命感。真正的科研，從來(lái)不是追著國(guó)際熱點(diǎn)跑，而是盯著國(guó)家的需求走，把個(gè)人理想融入國(guó)家發(fā)展大局，這條路，才能走得更穩(wěn)、更遠(yuǎn)。

第五站：三尺講臺(tái)點(diǎn)燃火種，教年輕人找到科研的“真問(wèn)題”

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課

闖過(guò)無(wú)人區(qū)后，黃元更希望帶領(lǐng)更多年輕人找到屬于自己的科研課題。在實(shí)驗(yàn)室，他是敢闖敢拼的科學(xué)家；面對(duì)學(xué)生，他更是有溫度、有格局的引路人?！皩ふ艺鎲?wèn)題的能力，是研究生培養(yǎng)的第一要義?！边@是黃元在育人過(guò)程中始終堅(jiān)守的準(zhǔn)則。他摒棄“導(dǎo)師定題、學(xué)生執(zhí)行”的單向灌輸模式，自研究生入學(xué)第一天起，便帶著學(xué)生參與前沿學(xué)術(shù)研討，在長(zhǎng)期積累與觀(guān)察中，引導(dǎo)他們練就捕捉核心科學(xué)問(wèn)題的能力。

黃元給學(xué)生贈(zèng)送名人傳記

很多學(xué)生初入實(shí)驗(yàn)室時(shí)，常因科研焦慮而畏縮：怕意外、怕失利，尤其怕實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏離預(yù)期。黃元總會(huì)開(kāi)導(dǎo)：“實(shí)驗(yàn)中偏離預(yù)期的現(xiàn)象、難以復(fù)刻的結(jié)果，乃至?xí)簳r(shí)失利的嘗試，并非科研彎路，而是理解科學(xué)本質(zhì)、錘煉科研思維的鮮活教材?！?/p>

在傳授科研方法之外，黃元始終將家國(guó)情懷培養(yǎng)置于育人首位。他愛(ài)給學(xué)生贈(zèng)名人傳記，時(shí)常勉勵(lì)：“我國(guó)必將建成世界科技強(qiáng)國(guó)，青年科研工作者要勇挑大梁、敢擔(dān)重任，把個(gè)人理想融入國(guó)家發(fā)展大局。”

除繁重的科研與教學(xué)任務(wù)外，黃元每年還積極投身中小學(xué)科普活動(dòng)，將前沿科學(xué)發(fā)現(xiàn)與自身科研感悟分享給朝氣蓬勃的孩子。在他看來(lái)，這正是培育中國(guó)科研未來(lái)的土壤——“未來(lái)中國(guó)必將為人類(lèi)科學(xué)進(jìn)步與科技發(fā)展貢獻(xiàn)更多力量，我們要通過(guò)科普滋養(yǎng)這片土壤，孕育未來(lái)的‘科學(xué)家’種子?！?/p>

黃元團(tuán)隊(duì)近期發(fā)表的疏水葉片親潤(rùn)性機(jī)理研究的成果

團(tuán)隊(duì)成員劉冠初總說(shuō)：“黃元老師的心里裝著科學(xué)，裝著學(xué)生，裝著國(guó)家的科技發(fā)展，卻常常忘了自己?！彼?jīng)常在實(shí)驗(yàn)室熬到深夜，不是打磨學(xué)生的論文，就是推演實(shí)驗(yàn)方案，大家勸他早點(diǎn)休息，他總說(shuō)：“基礎(chǔ)研究等不得，人才培養(yǎng)慢不得，國(guó)家的科技發(fā)展，需要我們一步一個(gè)腳印往前趕?！?/p>

科研的傳承，從來(lái)不是論文和數(shù)據(jù)的傳遞，而是思維的點(diǎn)燃，精神的延續(xù)。黃元帶給學(xué)生的，從來(lái)不是一套固定的實(shí)驗(yàn)方法，而是敢闖無(wú)人區(qū)的勇氣，是向真理求索的初心，是心懷家國(guó)的使命感。而這些被點(diǎn)燃的火種，終將在未來(lái)，長(zhǎng)成中國(guó)科技的參天大樹(shù)。

初心如磐，步履不停。

黃元曾說(shuō)過(guò)：“最高的科學(xué)想象力，根植于最扎實(shí)的基礎(chǔ)與最廣闊的視野；最持久的科研動(dòng)力，源于將個(gè)人興趣與國(guó)家命運(yùn)緊密相連的使命感。”

從路邊的壁虎到公園的荷葉，從深夜的實(shí)驗(yàn)室到西藏的無(wú)人區(qū)，從納米級(jí)的微觀(guān)材料到國(guó)之重器的某重點(diǎn)產(chǎn)品攻關(guān)，黃元用十余年的堅(jiān)守，走出了一條獨(dú)一無(wú)二的科研之路。這不僅是他人生最鮮亮的底色，更照見(jiàn)了中國(guó)新一代科研工作者的模樣——敢闖無(wú)人區(qū)，敢啃硬骨頭，能在微觀(guān)世界里深耕不輟，也能在天地萬(wàn)物中汲取智慧，更能把個(gè)人的理想，寫(xiě)進(jìn)祖國(guó)科技發(fā)展的壯闊征程里。

而這份扎根大地、心懷家國(guó)的科研精神，正是中國(guó)科技不斷突破、持續(xù)創(chuàng)新、生生不息的底氣所在！