刚发Science，又发Nature！博士小姐姐曾打破校史

2010年10月5日，诺贝尔物理学奖揭晓，英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因为在二维材料石墨烯方面的的贡献获奖。此后，石墨烯迅速成为科研界关注热点。那一年，西南交通大学材料科学与工程学院大二学生杨倩，怎么也不会想到，自己有一天也能加入诺贝尔奖得主安德烈·海姆团队。

杨倩，图源西南交大新闻网

7年后的2017年，那时的杨倩更不会想到，自己的名字也能刊印在国际顶级期刊Science和Nature Materials上，“Size Effect in Ion Transport through Angstrom-scale Slits”（离子在埃级别狭缝中传输的尺寸效应），对于母校更是意义重大。正如时任西南交大校长徐飞在大会上评价：“这是“一个载入史册的事情”。这标志着学校实现国际三大顶级期刊“零的突破””。

2020年12月10日，西南交大博士毕业的杨倩（现为英国曼彻斯特大学博士后）又以第一作者的身份，在国际顶级学术期刊Nature发表了题为"Capillary condensation under atomic-scale confinement"的文章，研究报道了纳米限域毛细凝聚新理论，并对传统开尔文公式进行了修正，使其能够更好地描述亚纳米尺度的毛细凝聚现象，为解开毛细凝聚这一百年谜题提供了方案。

这个打破西南交大校史，发学校首篇Science，近日又一作发Nature的漂亮的博士小姐姐又有着怎样的科研之路与感悟？

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“零的突破”载入西南交大史册

据西南交通大学新闻网报道，2017年10月，杨倩参与的论文“Size Effect in Ion Transport through Angstrom-scale Slits”（离子在埃级别狭缝中传输的尺寸效应）发表在国际顶级学术期刊Science上，实现了西南交大“零的突破”。该研究由西南交大荣誉教授、曼彻斯特大学安德烈·海姆教授引领，并作通信作者。11月13日，Nature子刊Nature Materials又第一次出现了第一作者为交大人的文章，西南交大博士生杨倩，题为“Ultrathingraphene-based membrane with precise molecular sieving and ultrafast solventpermeation”的文章，发现了一种基于氧化石墨烯（GO）的高通量分子分离膜。杨倩介绍，两项成果主要在英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院（NGI）完成，研究长达两年。正如时任该校党委副书记、校长徐飞在西南交通大学国际化工作大会上所说，这是“一个载入史册的事情”。这标志着学校实现国际三大顶级期刊“零的突破”。

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“熊猫女孩”坦言：

“博一博二时，科研不太有自信，羡慕别人发文章”

杨倩是西南交大2013届材料科学与工程专业（高分子方向）本科毕业生，以专业第一的成绩保送为本校材料学院（材料先进技术教育部重点实验室）周祚万教授的直博生，开展碳基纳米材料研究。2015年1月22-24日，应周祚万邀请，诺奖获得者Andre Geim安德烈·海姆教授来到交大访问，并受聘成为西南交大荣誉教授。就在安德烈·海姆教授访问期间，学校提出希望派遣一位同学前往曼彻斯特大学进行联合培养。杨倩由于出色的英文基础与专业知识，顺利拿到了这一资格，并获得了国家留学基金委和国家自然科学基金项目资助。当年9月，杨倩便前往曼彻斯特大学Andre Geim（安德烈·海姆）教授课题组进行联合培养，开始了在英国的求学时光。

Andre Geim（安德烈·海姆）教授

“panda girl”！

当杨倩来到曼彻斯特大学的实验室，她发现安德烈·海姆教授这样亲切地称呼她，而同事们对这个名字似乎也很是熟悉。在后来与同事们的交流中，杨倩才得知，安德烈·海姆教授十分喜爱中国熊猫，在他在结束交大的访问回国之后，曾多次向同事提及：在中国不仅见到了熊猫，而且还带回来一个“熊猫女孩”。随诺奖导师学习的过程中，杨倩深感导师思维的活跃以及思路的新颖独到，“他对于科研的态度更多的是一种乐在其中，这个领域长时间的研究使得导师的思维更加独到”。杨倩也感慨到，实验室里有顶尖的设备和优秀的团队，特别是身边的同事都很优秀，所有人都处于一种很自律的状态，她也会不自觉的想要提高自己。

杨倩在英国求学时

杨倩在接受扬华研究生新闻中心采访时坦言，以前博一博二时对于科研不太有自信，研究思路也不够丰富。看到别人的文章时通常也只是羡慕，更不认为自己有能够在顶级学术期刊上发表文章的机会。经过两年在专业内顶级团队的科研训练，杨倩更加理解了科研所需要的态度与方法。

“国内、国外的实验室没有太大的区别，在硬件设备上或许有一定的差距，但是研究者的个人能力、科研精神、科研态度都是一样的。真正好的研究者对于所在专业是非常热爱和有追求的。”杨倩谈到了安德烈·海姆教授，“Andre对于科研非常热爱，这几乎就是他的生活、休闲方式之一。不断地挑战自己、超越自己，并且和同行相互交流竞争，这是他的乐趣之所在。”

论文的发表令人欣喜，但前期的主要工作是耗时两年反复的实验。杨倩说，通常做完一批样品需要用到十几台设备，经过诸多严密的步骤，这个过程所花费的时间不等，“运气好”的时候可以一两个星期完成，然而这个过程常常会遇到很多其他因素使实验的进度不定。

杨倩在扬华研究生新闻中心办公室接受采访

“制备石墨烯需要三五天，而且量也很少，实验期间如出现样品污染等问题，整个实验就得重头再来。有次做了大概一个星期，发现了样品污染的问题，然后整个实验便白费了”

在英国曼切斯特大学的实验室里有顶尖的设备和优秀的团队，这些条件为前沿研究成果的萌芽创造了条件。“顶尖设备能实现顶尖想法，同样重要的是，团队的每个人都对自己的工作非常投入，彼此之间相互激励感染。同时，团队成员们也常常交流讨论，及时发现问题、解决问题。同样，过硬的专业知识积累极其重要，只有对基础知识较为熟悉，才可以与文献积累碰撞出创新的火花。”杨倩谈着她眼中顶级学术论文产生所需的要素。

她坚信，没有谁可以不费吹灰之力就能完成一件伟大的事情，惊天动地之力往往非常人所能及，大部分的普通人，经常感到做科研的压力很大，但只要一步一脚印，在自己的心明白大的方向是对的，学着不断修正自己的方法和研究思路，不断坚持和努力，就能发现世界的多样性，创造属于我们生活的更好可能性。

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幸运的背后：

“导师周祚万教授鼓励与引导十分关键”

有人也许会说，她英语好、成绩好，幸运地拿到了跟随诺奖导师学习的机会，然后顺理成章地发表了高水平论文。“幸运女神”似乎始终伴随着杨倩。真是这样吗？其实，机会总是眷顾着有准备的人，而杨倩正是那个有准备的人，而机会则是来自于学校、来自于导师周祚万教授。

周祚万教授

当谈及与石墨烯的缘分时，杨倩认为，周祚万的鼓励与引导十分关键。在大三的“功能高分子材料”专业课上，杨倩第一次见到周祚万教授，听他介绍了高分子材料最前沿理论以及相关科研进展方面的信息。“周老师的教导使我更加理解材料，材料的各种可能性、潜在应用也深深吸引了我，从那时开始觉得，自己以后可能会去做这个东西。”同时，教学中，周祚万注重学生理解，引导大家在现有知识的基础上，进行科研的创新。本就有着良好学习习惯和自主学习意识的杨倩也因此更加沉浸于科研之乐。在大三之后，杨倩积极参加学校的SRTP训练项目以及学科竞赛，并进入课题组。“在接触一些实验基础训练之后，我了解了实验的基本操作以及规范，知道了怎么去查文献以及从中找到自己的思路。此外，和实验室的师兄师姐进行交流，让我对科研产生了更清楚的认识，也养成了对科研的态度。”随着科研取得一些成绩，杨倩对于科研更有兴趣了，研究方向也渐渐延伸到石墨烯等材料前沿热点问题。

本科毕业之际，杨倩以专业第一的成绩成功保研，顺利拿到浙江大学的录取通知书。可是，思前想后，出于对于交大实验室的熟悉以及对于成都这座城市的习惯，杨倩毅然放弃浙大的机会，选择继续留在交大，成为周祚万的直博生，开展碳基纳米材料研究。

对于爱徒，周祚万用“有方法、刻苦”来形容她。他指出，杨倩在读博之初，为了进一步提高自己的英语能力和专业竞争力，在课余时间苦练英语，经过半年的努力，她的英语不仅满足专业学习要求，而且也能与同行业的外籍友人无障碍交流。

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一作再发Nature

破解“百年谜题”

据西南交大官微报道，12月10日，出版的国际顶级学术期刊Nature发表了杨倩（现为英国曼彻斯特大学博士后）为第一作者的文章“Capillary condensation under atomic-scale confinement”，报道了纳米限域毛细凝聚新理论，并对传统开尔文公式进行了修正，使其能够更好地描述亚纳米尺度的毛细凝聚现象，为解开毛细凝聚这一百年谜题提供了方案。西南交通大学前沿科学技术研究院院长、材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室教授周祚万为该文章的共同作者。

毛细凝聚，是我们从教科书中学到的自然现象，通常在接触表面或多孔材料中发生，在我们生活中处处存在，会影响包括摩擦、吸附、润滑、腐蚀等在内的诸多重要性质，也在微加工技术、医药、食品加工等许多工业技术过程中发挥着重要作用，就连小孩子们在沙滩上玩耍堆砌的沙堡，也离不开毛细凝聚。毛细凝聚现象通常由开尔文方程进行科学描述，该方程提出距今已有150余年，能很好地解释在大于10 nm通道中的毛细凝聚现象，这个宽度只有人头发丝的千分之一。然而若想要毛细凝聚发生在环境湿度条件(通常是相对湿度30-50%) 下，通常需要更小(<1 nm) 的通道尺寸，而这个尺寸跟水分子自身大小(大约0.3 nm)相当。在这种情况下，自发凝聚的通道中便只能容纳几层水分子，显然宏观开尔文方程不能继续用于阐述该尺寸下的毛细凝聚现象。实际上，在该尺度下开尔文方程甚至不再具有意义，例如当只有几层水分子存在时，我们无法定义水半月板的曲率半径这一开尔文方程中的重要参数。但长期以来，用于验证开尔文方程适用性的体系受限于表面粗糙度等实验问题难以建立，因此，即使开尔文方程的适用性虽并未得到完全证明，却依然在被大家广泛使用。

来自曼彻斯特的研究者们通过长时间的努力，采用具有原子级别光滑表面的云母和石墨二维晶体，通过将具有一定原子层数的二维晶体堆叠在两层晶体间，得到了具有原子级别光滑表面的纳米通道，最小的通道只有1个原子层高度，只能容纳一层水分子。该工作证明即使在这样最小的通道里，开尔文方程依旧适用。这是一个很意外的结果，甚至和我们的认知相违背，因为在这么小的维度里，连水分子的结构都是离散的层状结构。“这对我来说很意外，我们期望的是传统理论失效”本文的第一作者杨倩博士说到，“但这个有着百年历史的方程居然依旧成立”；她提到，开尔文方程这种良好的适用性，也同样是偶然的。在发生毛细凝聚的纳米通道中通常会产生超过1000个大气压的负压，超过深海海底的压力，如此巨大的压力可以使通道发生埃 (1埃 = 0.1 nm) 级别的尺寸调整，而这就能够使通道只容纳整数层水分子。正是由于这样的细微调整，使得开尔文方程具有了在该尺度下的广泛适用性。

“好的理论通常都有这样的特性，能在适用范围外依旧合理”，文章通信作者、诺贝尔物理奖得主、西南交大荣誉教授A. K. Geim博士说到，“开尔文勋爵是伟大的科学家，有许多重大发现，但即使他看到这样的结果可能也会感到惊奇，毕竟他最早的实验是建立在毫米级别尺度下的。但实际上，他也曾预言这是不可能的。所以，我们的工作能同时证明开尔文既是正确，也是不正确的”。

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寄语学弟学妹

在接受扬华研究生新闻中心采访时，当杨倩被问到有什么学习建议可以给研究生师弟师妹们分享时，她认为有三点非常重要。首先，要扎实地打牢理论基础，掌握好最基础的知识点，这些积累会对以后做科研起到很大的帮助。其次，要做一些看似“无用”但是自己喜欢的事情，在未来会有意想不到的收获，每一份努力都会有回报。再者，就是要自我激励，对自己每天要做的事情有所规划，提高效率。

杨倩在扬华研究生新闻中心办公室接受采访

论文地址：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2978-1

https://science.sciencemag.org/content/358/6362/511

https://www.nature.com/articles/nmat5025

来源 | 西南交大新闻网、西南交大官微、扬华研究生新闻中心、材料科学与工程学院、前沿科学技术研究院 整理 | 科研大奖