碳纳米管“仿生壁虎脚”
2014-01-22 17:16:00
人类一直梦想像壁虎一样在竖立的墙面和水平的天花板上自由地爬行或悬挂。我们创新地应用结构可控的直立型碳纳米管阵列，成功地研制出具有强吸附和易脱附性能的碳纳米管仿生壁虎脚，从而使仿生壁虎脚朝向实际的应用迈出了最关键的一步。
我们课题组在用“由碳纳米管阵列制备仿生壁虎脚”开启了纳米仿生领域的新篇章之后, 又在燃料电池应用中的氧催化还原方面，开创性地发现了氮掺杂的碳纳米管和石墨烯具有比金属铂优异的氧催化还原性能. 在《科学》杂志上刊登后被公认为是燃料电池发展的一个革命性成果。尽管我们在科研上已经获得一些很有国际影响力的研究成果, 但决不会满足于现状。在当今科研成果尽出不穷的纳米时代, 我们会毫不犹豫地接受新的挑战。
受访人物
戴黎明，教授、博士生导师。温州生物材料与工程研究所纳米材料和技术实验室主任，首席科学家。
1983年毕业于浙江大学高分子化工专业，1991获澳大利亚国立大学化学专业博士学位。曾担任美国伊利诺依大学湖边分校访问学者、澳大利亚联邦科学与工业研究院分子科学研究所研究员、美国阿克隆大学高分子工程系副教授、美国戴顿大学化学与材料工程系教授，莱特兄弟研究所纳米材料首席教授。现任凯斯西储大学(Case Western Reserve University)先进碳材料科学与工程中心主任、Kent Hale Smith教授。
戴黎明教授是美国医学与生物工程院院士。2003年获得IUPAC青年观察员奖，2006年获得Sigma Xi的乔治·诺兰研究奖，2006年获得中国国家自然科学基金委“海外杰出青年基金”。担任迪肯大学名誉教授，中国科学院化学研究所客座教授，浙江大学光彪教授，温州医科大学客座教授等职位。
戴黎明教授先后任美国与澳大利亚多家学术期刊编委、副主编，美国化学会会员，美国科学促进会会员，澳大利亚皇家化学会特许会员等。戴黎明教授是国际纳米科技领域具有重要学术影响的科学家。戴黎明教授已经在Science，Nature Nanotechnology，J. Am. Chem. Soc.等国际一流学术期刊上发表论文300余篇，综述文章20余部/篇。同时，还有两本著作和30篇书章节以及获得或已申请国际专利32项。
戴黎明教授长期从事功能高分子以及碳纳米材料等方面的研究工作，在碳纳米管的合成组装及其在生物医学中应用（如高灵敏度生物传感器、生物安全评价以及生物成像剂）、含富勒烯的新型高分子光电材料、高分子材料的表面及界面等研究领域取得了系列创新性研究成果，特别是在垂直排列碳纳米管阵列的制备和应用研究方面，取得了世界瞩目的研究成果，被公认为是国际纳米技术研究领域的领军人物之一。
戴黎明教授的研究具有原创性，前瞻性和引领性。2001年，戴黎明教授不需要使用模板，仅通过热解特定的金属有机化合物，成功地制备了大面积高度定向的碳纳米管阵列膜。在此工作的基础之上，通过发展微型平板印刷方法，实现了阵列型碳纳米管的图形化生长，利用照相平板印刷和软平板印刷以及一种新的接触转移印刷技术，实现了阵列型碳纳米管在亚微米分辨率下的图形化生长，并可以保持图形化或不保持图形化向多种特殊基底(如可用于光电器件的聚合物薄膜等)进行转移。并用射频辉光放电等离子体技术对阵列型碳纳米管的表面进行化学修饰。利用电化学方法，戴黎明教授还实现了导电聚合物在每一根阵列型碳纳米管管壁上的沉积，获得了阵列型导电聚合物－碳纳米管同轴纳米线。以上创新性成果已经申请并获得了六项国际专利，已有多家国际性公司与戴黎明教授合作，共同开发基于阵列型碳纳米管的显示器件等产品。2005年，戴黎明教授在碳纳米管功能化方面取得了一系列创新性进展。首次报道了氧化还原电势甚至低于碳纳米管的金属离子能够很容易地被还原成金属纳米粒子而沉积到纳米管上——基体增强无电镀沉积。这种简易有效的方法可以无电镀沉积多种金属纳米离子，实现碳纳米管与多种金属纳米粒子的有效功能化。
人物访谈录
“对我来说，科研就是我人生的太阳，科研在哪里，事业就在哪里。温州的科技发展和产业升级转型现在正面临新的一个机遇，我的很多研究成果未来在温州肯定有很好的前景。”
澳洲求学，实验室与家
金：1986年，您获得留学澳大利亚国立大学奖学金，1991年获博士学位。您在澳大利亚国立大学读博士时，导师是谁，其中有故事吗？
戴：1983年，我以浙大“三好学生”的优异成绩毕业，被分配到浙江省化工研究所。1985年，我有幸被所里推荐参加国家知识引进办公室组织的去美国进修考试。其间遇到一件事，改变了我的生活轨迹。当时我报名参加了浙江农业大学的英语培训课程，授课老师之一是一名澳大利亚人托尼·格兰德（Tony Grand）。这位老师拿着澳大利亚国立大学 (The Australian National University)奖学金申请书作为课堂练习，让我萌生了向该校申请奖学金留学的决定。
1986年，我顺利申请到澳大利亚国立大学的博士生全额奖学金，开始了我的异国求学之路。我的博士生导师是著名的英国皇家学会院士约翰·怀特 (John White)教授。他是澳大利亚人, 在英国牛津大学任教多年后刚刚回到澳大利亚。在国立大学的三年半时间里，怀特院士带我深入探索科学奥秘。澳洲景色怡人，可是亲人的期望和对科学的着迷，让我无暇顾及。实验室，家，我对澳洲的认识仅仅停留在这有限的空间里。怀特院士见此于心不忍，曾经强行给我放假，让我有机会领略澳洲的自然风景。1992年，在导师的指导下，我在国际上率先解释了聚二烯类橡胶导电机理是由于碘的加成消除产生的共轭结构而不是先前认为的碘掺杂引起的超键作用，并以此为机理，与同事们一道通过在聚丁二烯上选择性的加成和消除碘及碘化氢，结合微光刻技术成功地在聚丁二烯橡胶薄膜上刻画出可导电的微米级线条宽度的图形。该发现对开发新型导电高分子材料、印刷线路板、集成电路及光电储存器件具有重要指导意义。
碳纳米管，仿生壁虎脚
金：我曾经从新华社报道中得知，您用仅手心大小用纳米材料制成的干黏胶就能轻松粘住150公斤重量之物品，不仅吸附力强，且垂直方向可以轻松移动，让人可以像“蜘蛛侠”一样在墙壁上行走自如。您能否给我说说其中的奥秘？
戴：2008年10月，世界著名的期刊之一《科学》杂志，刊登了我们组和佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）王中林(中科院外籍院士)教授合作的最新成果：“由碳纳米管阵列制备仿生壁虎脚”， 开启了纳米仿生领域的新篇章，引起了全世界关注。
人类一直梦想像壁虎一样在竖立的墙面和水平的天花板上自由地爬行或悬挂。最新的研究揭示壁虎的脚趾上附有数百万直立的微绒毛，其末梢都有纳米分支。当数百万这样的微绒毛与物体表面接触时，它们之间会产生强大的相互作用力即范德华力，此力的大小远超过壁虎自身的重量，因此壁虎能够轻松地倒悬挂于墙壁等垂直的表面上。可是, 壁虎不仅可以任意地吸附在垂直物体的表面，而且能够随意地离开物体表面。极强的吸附力并不会阻碍壁虎自如行走，其中的原理目前还不甚明朗。
近年来，人们试图用纳米材料来模拟壁虎的脚，但都局限于光滑物体表面并且无法有效地控制强的吸附和弱的脱附过程。我们和曲良体博士(现任北京理工大学教授)一道创新地应用结构可控的直立型碳纳米管阵列，成功地研制出具有强吸附和易脱附性能的碳纳米管仿生壁虎脚，从而使仿生壁虎脚朝向实际的应用迈出了最关键的一步。
金：有人评价说，将对人们生活发生巨大变化的纳米时代已经或者即将到来，而人类进入纳米时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程度。请谈谈您的研究成果在世界前沿处于什么地位，您最满意的成果是什么？
戴：我们课题组在用“由碳纳米管阵列制备仿生壁虎脚”开启了纳米仿生领域的新篇章之后, 又在燃料电池应用中的氧催化还原方面，开创性地发现了氮掺杂的碳纳米管和石墨烯具有比金属铂优异的氧催化还原性能. 在2009年2月份的《科学》杂志上刊登后被公认为是燃料电池发展的一个革命性成果。尽管我们在科研上已经获得一些很有国际影响力的研究成果, 但我决不会满足于现状。在当今科研成果尽出不穷的纳米时代, 我会毫不犹豫地接受新的挑战。
我们课题组在用“由碳纳米管阵列制备仿生壁虎脚”开启了纳米仿生领域的新篇章之后, 又在燃料电池应用中的氧催化还原方面，开创性地发现了氮掺杂的碳纳米管和石墨烯具有比金属铂优异的氧催化还原性能. 在《科学》杂志上刊登后被公认为是燃料电池发展的一个革命性成果。尽管我们在科研上已经获得一些很有国际影响力的研究成果, 但决不会满足于现状。在当今科研成果尽出不穷的纳米时代, 我们会毫不犹豫地接受新的挑战。
受访人物
戴黎明，教授、博士生导师。温州生物材料与工程研究所纳米材料和技术实验室主任，首席科学家。
1983年毕业于浙江大学高分子化工专业，1991获澳大利亚国立大学化学专业博士学位。曾担任美国伊利诺依大学湖边分校访问学者、澳大利亚联邦科学与工业研究院分子科学研究所研究员、美国阿克隆大学高分子工程系副教授、美国戴顿大学化学与材料工程系教授，莱特兄弟研究所纳米材料首席教授。现任凯斯西储大学(Case Western Reserve University)先进碳材料科学与工程中心主任、Kent Hale Smith教授。
戴黎明教授是美国医学与生物工程院院士。2003年获得IUPAC青年观察员奖，2006年获得Sigma Xi的乔治·诺兰研究奖，2006年获得中国国家自然科学基金委“海外杰出青年基金”。担任迪肯大学名誉教授，中国科学院化学研究所客座教授，浙江大学光彪教授，温州医科大学客座教授等职位。
戴黎明教授先后任美国与澳大利亚多家学术期刊编委、副主编，美国化学会会员，美国科学促进会会员，澳大利亚皇家化学会特许会员等。戴黎明教授是国际纳米科技领域具有重要学术影响的科学家。戴黎明教授已经在Science，Nature Nanotechnology，J. Am. Chem. Soc.等国际一流学术期刊上发表论文300余篇，综述文章20余部/篇。同时，还有两本著作和30篇书章节以及获得或已申请国际专利32项。
戴黎明教授长期从事功能高分子以及碳纳米材料等方面的研究工作，在碳纳米管的合成组装及其在生物医学中应用（如高灵敏度生物传感器、生物安全评价以及生物成像剂）、含富勒烯的新型高分子光电材料、高分子材料的表面及界面等研究领域取得了系列创新性研究成果，特别是在垂直排列碳纳米管阵列的制备和应用研究方面，取得了世界瞩目的研究成果，被公认为是国际纳米技术研究领域的领军人物之一。
戴黎明教授的研究具有原创性，前瞻性和引领性。2001年，戴黎明教授不需要使用模板，仅通过热解特定的金属有机化合物，成功地制备了大面积高度定向的碳纳米管阵列膜。在此工作的基础之上，通过发展微型平板印刷方法，实现了阵列型碳纳米管的图形化生长，利用照相平板印刷和软平板印刷以及一种新的接触转移印刷技术，实现了阵列型碳纳米管在亚微米分辨率下的图形化生长，并可以保持图形化或不保持图形化向多种特殊基底(如可用于光电器件的聚合物薄膜等)进行转移。并用射频辉光放电等离子体技术对阵列型碳纳米管的表面进行化学修饰。利用电化学方法，戴黎明教授还实现了导电聚合物在每一根阵列型碳纳米管管壁上的沉积，获得了阵列型导电聚合物－碳纳米管同轴纳米线。以上创新性成果已经申请并获得了六项国际专利，已有多家国际性公司与戴黎明教授合作，共同开发基于阵列型碳纳米管的显示器件等产品。2005年，戴黎明教授在碳纳米管功能化方面取得了一系列创新性进展。首次报道了氧化还原电势甚至低于碳纳米管的金属离子能够很容易地被还原成金属纳米粒子而沉积到纳米管上——基体增强无电镀沉积。这种简易有效的方法可以无电镀沉积多种金属纳米离子，实现碳纳米管与多种金属纳米粒子的有效功能化。
人物访谈录
“对我来说，科研就是我人生的太阳，科研在哪里，事业就在哪里。温州的科技发展和产业升级转型现在正面临新的一个机遇，我的很多研究成果未来在温州肯定有很好的前景。”
澳洲求学，实验室与家
金：1986年，您获得留学澳大利亚国立大学奖学金，1991年获博士学位。您在澳大利亚国立大学读博士时，导师是谁，其中有故事吗？
戴：1983年，我以浙大“三好学生”的优异成绩毕业，被分配到浙江省化工研究所。1985年，我有幸被所里推荐参加国家知识引进办公室组织的去美国进修考试。其间遇到一件事，改变了我的生活轨迹。当时我报名参加了浙江农业大学的英语培训课程，授课老师之一是一名澳大利亚人托尼·格兰德（Tony Grand）。这位老师拿着澳大利亚国立大学 (The Australian National University)奖学金申请书作为课堂练习，让我萌生了向该校申请奖学金留学的决定。
1986年，我顺利申请到澳大利亚国立大学的博士生全额奖学金，开始了我的异国求学之路。我的博士生导师是著名的英国皇家学会院士约翰·怀特 (John White)教授。他是澳大利亚人, 在英国牛津大学任教多年后刚刚回到澳大利亚。在国立大学的三年半时间里，怀特院士带我深入探索科学奥秘。澳洲景色怡人，可是亲人的期望和对科学的着迷，让我无暇顾及。实验室，家，我对澳洲的认识仅仅停留在这有限的空间里。怀特院士见此于心不忍，曾经强行给我放假，让我有机会领略澳洲的自然风景。1992年，在导师的指导下，我在国际上率先解释了聚二烯类橡胶导电机理是由于碘的加成消除产生的共轭结构而不是先前认为的碘掺杂引起的超键作用，并以此为机理，与同事们一道通过在聚丁二烯上选择性的加成和消除碘及碘化氢，结合微光刻技术成功地在聚丁二烯橡胶薄膜上刻画出可导电的微米级线条宽度的图形。该发现对开发新型导电高分子材料、印刷线路板、集成电路及光电储存器件具有重要指导意义。
碳纳米管，仿生壁虎脚
金：我曾经从新华社报道中得知，您用仅手心大小用纳米材料制成的干黏胶就能轻松粘住150公斤重量之物品，不仅吸附力强，且垂直方向可以轻松移动，让人可以像“蜘蛛侠”一样在墙壁上行走自如。您能否给我说说其中的奥秘？
戴：2008年10月，世界著名的期刊之一《科学》杂志，刊登了我们组和佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）王中林(中科院外籍院士)教授合作的最新成果：“由碳纳米管阵列制备仿生壁虎脚”， 开启了纳米仿生领域的新篇章，引起了全世界关注。
人类一直梦想像壁虎一样在竖立的墙面和水平的天花板上自由地爬行或悬挂。最新的研究揭示壁虎的脚趾上附有数百万直立的微绒毛，其末梢都有纳米分支。当数百万这样的微绒毛与物体表面接触时，它们之间会产生强大的相互作用力即范德华力，此力的大小远超过壁虎自身的重量，因此壁虎能够轻松地倒悬挂于墙壁等垂直的表面上。可是, 壁虎不仅可以任意地吸附在垂直物体的表面，而且能够随意地离开物体表面。极强的吸附力并不会阻碍壁虎自如行走，其中的原理目前还不甚明朗。
近年来，人们试图用纳米材料来模拟壁虎的脚，但都局限于光滑物体表面并且无法有效地控制强的吸附和弱的脱附过程。我们和曲良体博士(现任北京理工大学教授)一道创新地应用结构可控的直立型碳纳米管阵列，成功地研制出具有强吸附和易脱附性能的碳纳米管仿生壁虎脚，从而使仿生壁虎脚朝向实际的应用迈出了最关键的一步。
金：有人评价说，将对人们生活发生巨大变化的纳米时代已经或者即将到来，而人类进入纳米时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程度。请谈谈您的研究成果在世界前沿处于什么地位，您最满意的成果是什么？
戴：我们课题组在用“由碳纳米管阵列制备仿生壁虎脚”开启了纳米仿生领域的新篇章之后, 又在燃料电池应用中的氧催化还原方面，开创性地发现了氮掺杂的碳纳米管和石墨烯具有比金属铂优异的氧催化还原性能. 在2009年2月份的《科学》杂志上刊登后被公认为是燃料电池发展的一个革命性成果。尽管我们在科研上已经获得一些很有国际影响力的研究成果, 但我决不会满足于现状。在当今科研成果尽出不穷的纳米时代, 我会毫不犹豫地接受新的挑战。
