“探月人”张博:从拆月壤盲盒到登国际顶刊|东莞年度新闻人物

南方+ 记者

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致敬词:

8月摘得国家杰出青年科学基金项目;11月牵头的论文在国际权威期刊发表……“探月人”张博今年“高光”不断。逐光前行,心有皓月,他正悄然改写人类星际探索的材料认知版图。

土,灰蒙蒙的,小小一团,“躺”在真空罩里——0.855克重的月壤,就这样进入张博手中,他直发抖,“太珍贵了!”

这一幕发生在两年前。更早前,嫦娥五号携1731克月球“土特产”回地球,东莞松山湖材料实验室成为首批月壤的接收者之一。

张博,松山湖材料实验室空间材料团队负责人,也是今年国家杰出青年科学基金项目获得者。他带领团队所做的研究,是从这批月壤“盲盒”中选出尺寸较大、年龄两百万岁以上的玻璃颗粒,研究其老化和抗老化机制。

今年11月,张博团队提出月球特殊环境下的自然选择,是月球玻璃具有超凡抗老化效应的主要原因。研究成果发表在国际权威期刊《科学》(Science)杂志子刊《科学进展》(Science Advances)上。

用0.855克月壤,半年提取出颗粒样品,400天论文完稿,600多天后在国际顶尖期刊发表——在这场与时间赛跑的科研“攀峰”中,东莞为未来月球和星际探索的材料认知版图留下浓墨重彩的一笔。

01:17

(点击视频,近观月壤。)

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从2021年9月2日开始,张博就像小说《三体》中的人物汪淼,眼前时刻悬挂着一个正在倒计时的闹钟。倒计时期限:一年。

当天,张博前往北京,将获领的0.855克月壤样品接回东莞。抵达松山湖材料实验室后,不同形态的月壤颗粒在光学显微镜、电子显微镜中显真容,并留下数万张高清图。

0.855克重的月壤样品。

0.855克重的月壤样品。

天降大任,看似胜券在握、顺水推舟,实则前无参照、后无依循,心中杂陈五味。“第一眼就没有看到‘亮晶晶’的玻璃,我们不确定这一年内能发现什么‘月球新故事’。”

第一个转机很快出现。张博团队在月壤成分“大普查”中发现玻璃,验证了前人研究。这些如球状、或呈椭圆、无规则形状的玻璃颗粒,其含量约占月壤样品的15%。

显微镜下的月壤。

显微镜下的月壤。

验证不是目的,张博希望尽快有新发现。决定研究月壤玻璃老化效应后,团队需直面玻璃颗粒样品提取问题。张博发现,在月壤样品混合物中,玻璃这一非晶物质不仅含量少,玻璃颗粒也非常小,只有20-60微米,“很细小,头发丝一般粗。”

过程如“拆盲盒”——团队先抓取样品颗粒,再逐个分析,“有时抓不起来,有时抓起来了又掉在半路,或者实验时发现颗粒不是非晶的。”

从发现玻璃颗粒到成功提取近50个纯正玻璃球,小半年时间匆匆而去。团队还对玻璃颗粒进行切割、固定,用来做结构、成分分析,并开展纳米压痕实验,以测量玻璃颗粒的模量和硬度。

尽精微,致广大。以上操作是为了揭示经历亿万年老化后,月壤玻璃的抗老化程度。实验发现,月壤玻璃具有超凡的抗老化效应,模量甚至比原始状态增加了70%,“它不是‘青春永驻’,而是‘返老还童’。”

当张博兴致勃勃地将成果论文投给《科学》杂志子刊,审稿人给予肯定的同时,也提出了新的要求:将当下的玻璃球与其原始状态进行更精细的对比,以充分佐证研究结果。

“为模拟亿万年前原始状态的样品,我们此前把样品升温至熔融态,后使其以40 ℃/min的速度快速冷却,但审稿人称这个速度远远不够。”张博意识到,要继续在冷却速度上下“快功夫”。

眼下,一款更快速的冷却装置成为研究刚需。市面苦找无果后,张博决定带领团队自主研制,一直奋战到去年春节前一天。最终,新出炉的快速冷却装置可实现200℃/s的冷却速度,也如愿验证了极限快速冷却条件下样品更为显著的抗老化效应。

2023年11月8日,张博团队论文发表在《科学进展》(Science Advances)第9卷第45期。

2023年11月8日,张博团队论文发表在《科学进展》(Science Advances)第9卷第45期。

峰回路转。不同于此前动辄几十页的审稿意见,张博团队最终完成修改后,也获得了审稿人的高度认可——对方称数据可靠、系统,研究结果无与伦比,将对整个物理界产生重要影响。

“在如此极限的时间内,取得如此重磅的研究成果,我平生还没有过第二次。”张博说。

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无限风光在险峰。“登峰”途中,一块沉寂了18年的金属玻璃样品发挥了“铺路石”的作用。

以这块金属玻璃为实验对象,张博早在2022年,便已在《科学进展》期刊上牵头发表文章,打响了松山湖材料实验室在这一国际顶刊牵头亮相的头炮。

该文揭示了金属玻璃历经近18年室温时效,仍保持玻璃态结构的超稳定特性。而相比于银河系的亿万年演变历程,地球上18年只是时间长河一瞬,玻璃的长期老化机制仍是未解之谜。

2020年,月壤被带回地球的消息传遍,这一研究玻璃长期抗老化效应的“天选”材料打开了科学家的想象空间。对于张博而言,金属玻璃研究实践则加深了其对玻璃的认识,为月壤玻璃研究提前“打了样”,“虽然样品时长不一样,但是研究思路是相通的。”

张博(右一)和团队成员在交流讨论。

张博(右一)和团队成员在交流讨论。

张博介绍,这份金属玻璃样品出自18年前的中国科学院物理研究所非晶材料研究组,彼时他在攻读博士,师从汪卫华院士,金属玻璃是其博士毕业论文研究对象。

毕业后,张博前往德国进修,成为德国宇航中心空间材料物理研究所的洪堡学者,后回国内一高校任教。多地辗转,这份样品始终携身。

2021年2月,受博士期间导师、松山湖材料实验室主任汪卫华邀请,张博怀揣着推动空间环境下高精度金属熔体扩散测量研究的心愿,从合肥南下至东莞,来到松山湖材料实验室组建空间材料团队。这个由少数“精兵”组成的团队扛起空间环境下材料性能研究的使命。月壤研究,便是团队接到的首个“高光”任务。

松山湖材料实验室鸟瞰图。黄政正 摄。

松山湖材料实验室鸟瞰图。黄政正 摄。

穷究这些偶然联动的“插曲”,实则暗含了有迹可循的必然。如今年逾不惑的他,历经“命运齿轮”转动的同时,曾多次意识到基础研究途中的“闭环”效应,感慨于“被幸运子弹命中”的瞬间。

比如在国外进修时,张博涉猎空间环境下的金属熔体扩散研究,协助搭建地面装置;回国后,他设计出新的熔体扩散测量装置,拿到9个专利。

这些经历使得张博与空间科学深度结缘,也为月壤研究中快速制备新装置提供了经验准备,“每次迈出一小步,最终机会降临时才得以不负重托、不辱使命。”

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来莞两年多,张博依然认为,这是一个“相见恨晚”的决定。“如果更早来实验室工作,将提前加深对产业化的认识。”

在国外研究机构、国内高校待过,张博对松山湖材料实验室的体制模式创新颇有感触。在他看来,这里充分发挥了东莞这座制造名城的产业优势,对市场反应迅速,有完善的产业转化体制,可将基础研究和应用研究有机结合,是科学家集中力量科研攻关的“福地”。

张博正在操作实验仪器。

张博正在操作实验仪器。

此外,这里实验环境、实验设备等方面保障完备,不仅有先进的材料结构、成分测试平台、中子技术、电镜技术,还可以利用中子散射、同步辐射等技术研究物质的精细结构等,“在国内,我还没见到比这里更好的实验室。”

放眼东莞,这座城市也成为张博团队采购设备模具的首选站,其中不乏月壤研究中实验仪器的小零件,“模具加工是莞企强项,我们尽量选择本地企业加工,一般发去图纸很快就能做好。”

在松山湖,张博还是活跃在学校一线的科普行家。面向中学生,他一次次从《山海经》谈及古人对于月亮的追求,以东莞武汉的1000公里距离差为例,帮助学生想象中国空间站如何在距离地面400公里处“安营扎寨”,加深对“宇宙坐标”的理解。

张博走进东莞高级中学。

张博走进东莞高级中学。

“月亮看着离我们很遥远,但与地球拥有同等重要的科研地位。地球是人类的摇篮,但是人类不能永远生活在摇篮里。”张博认为,月球的奥秘应该被更多人看到。

对于月壤这本“天书”的探索未完待续。今年春节后,月壤已归还至北京探月中心,张博认为这是终点,亦是起点。接下来,他们还将通过月壤研究深入挖掘玻璃材料性能、结构、成分之间的关系,以期开发出能在月球上使用的玻璃,为下一步在月球上建科研站提供技术验证与支持。他相信,三十年内,人类定居月球的梦想终将实现。

在这之前,将先开启另一个故事版本——待命多年的熔体扩散测量装置也将结束在地球坐“冷板凳”的宿命,在太空完成第一场试验。张博同样认为,这个心愿也将在两千多个月起月落的日子内实现。

对话:

南方+:对于有志从事科研的年轻人,你有什么具体的建议?

张博:首先要顺势而为,抓住用好国家战略机遇,跟紧时代潮流,立足单位和个人的优势,找准发力点。其次是打造自己的基本功和核心竞争力,待机会造访时顺手抓住。核心竞争力可以分为三点:一是充分的学科知识;二是过硬的实践技能;三是突破极限的能力。

南方+:对于很多年轻人来说,来东莞圆“科研梦”,会是一个不错的选择吗?

张博:刚刚毕业的学生,如果在东莞这种有市场背景、产业化背景的城市工作,能够让他们对社会发展或者产业发展的目标和前景有更清晰的认知,这个很重要,也很有帮助。

编者按:

12月28日,由南方报业传媒集团东莞分社主办、中国农业银行东莞分行协办的“致敬奋斗者——2023东莞年度新闻人物发布仪式”举办,来自东莞各行业各领域的12位代表获评“2023东莞年度新闻人物”。近期,南方+推出“致敬奋斗者——2023东莞年度新闻人物”系列报道,走进他们2023年的故事,见证他们用勇气和智慧书写属于自己的传奇,以奋斗者的姿态在各自领域完成蝶变。敬请垂注!

【策划】江强 黄煜斌

【统筹】黄煜斌 靳延明 吴擒虎

【文字】龚菊 章倩倩

【图片】黄政正 受访者供图

【设计】袁永平

编辑 黎晗
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