寻“天然”之高道，存平常之本心——记华东师范大学物理与电子科学学院材料系教授徐敏

庞红硕

徐敏在“中国化学会第一届全国纤维素学术研讨会”上作邀请报告

大自然是丰富的宝藏，人类的生产生活无不受馈于自然。然而，多年来潜藏的问题已经暴露出来，一方面，很多有限的资源不断地被“榨干取尽”，同时生态环境被污染；另一方面，一些大量的、可再生的资源却没有被充分利用。

高分子材料的利用就经过了这样一个曲折的过程。从有人类开始，人们就本能地使用天然高分子材料，如木材、棉麻、毛皮、丝绸等，而真正认识高分子的本质却是在人工合成高分子之后。此后短短100年的时间，高分子材料已经普遍应用于生产生活和科技等各个领域中，人们对合成高分子的依赖几乎已经无法改变。然而随着石油资源的日渐枯竭，合成高分子带来的白色污染，包括近些年来愈来愈严重的“海洋微塑料”现象，都不断地呼唤着人们重新审视高分子材料。对天然高分子的研究和利用，也又一次进入了人们的视野。

针对目前存在的问题，华东师范大学物理与电子科学学院材料系徐敏教授和她带领的团队，多年来一直深耕于天然高分子领域，进行探索研究并不断取得喜人成果。对天然材料的使用正在从自发向自觉转变，人类对高分子的利用也将努力完成一次螺旋式的进步。

芳草有心，静待其时

本科期间，徐敏开始接触高分子，其后一直在高分子领域不断探索。从最基础的高分子溶液理论开始，徐敏打下了深厚的高分子化学与物理的基础。研究方向涉及塑料、橡胶弹性体、树状高分子以及各种高分子纳米复合材料。从那个时候，她就了解天然高分子，并尝试与自己当时的课题进行初步的结合。2001年，在南京大学取得博士学位后，徐敏来到华东师范大学磁共振重点实验室，开启接触核磁共振，从此开始了高分子材料和机理研究相辅相成的科研之路。2003年，徐敏博士后出站之后，便选择了留校任教。凭借在高分子纳米复合材料方面的出色表现，2007年徐敏被评为上海市“青年科技启明星”。

然而，向自然学习，了解天然高分子材料的奥秘是徐敏一直以来的愿望。尽管在前期的科研课题中与天然高分子的交集不多，但这颗种子一直深深地埋藏在她的心里，期待着合适的阳光雨露。

2010年左右，张俐娜院士成功突破了天然高分子溶解的传统方法，利用NaOH/尿素水溶液低温成功溶解了纤维素和甲壳素，开创了高分子低温溶解的技术，并获得了美国化学会的安塞姆·佩恩奖。这对于天然高分子领域来说是一个非常令人激动的成果，但同时也有一些悬而未决的机理问题亟待解决。恰好在之后的某次会议上，“新星”遇到了“女神”，张院士希望徐敏能够用核磁共振技术一起探讨纤维素的溶解之谜，而这正与徐敏心中一直埋藏的愿望不谋而合。这次会面在一定程度上成为徐敏正式开展天然高分子研究的一个契机。她申请了一项国家自然科学基金，从此开始了天然高分子的研究，希望能够对一些结构和性质进行深入研究，解决那些机理上的难题。

此后，徐敏带领课题组利用固体核磁共振技术在分子层面上解释了利用低温溶解纤维素的机理。此外，还判断出溶解再生前后的纤维素材料在晶体结构上有着明显差异，而使用不同溶解体系溶解-再生后的纤维素其晶体结构和晶相尺寸也有不同。正是这种结构上的差异带来了纤维素再生后性能上的变化。因为这些发现，使人们对纤维素的了解更深了一层。此外，徐敏还利用核磁共振对纤维素复合材料进行了一系列研究，解释了纤维素对聚己内酯的超增强现象；研究了纤维素温敏水凝胶中的分子运动，这些研究都从分子层面对这些复合材料的性能来源进行了阐述，搭建了结构与性能之间的桥梁。

循序渐进，合作共赢

在徐敏的科研生涯中，曾经有两次出国做访问学者的经历，一次是新加坡的南洋理工大学，一次是美国阿克隆大学。虽然在两所学校都只待了短短的一年多时间，但是在这期间，徐敏充分地集百家之所长，融百家之所思，与自己的专长相结合，拓宽了知识面。

在新加坡南洋理工大学，“当时交流的专业是纳米材料领域，尤其是碳纳米管这一类当时的明星材料。而我其实一直也没有忘记我自己的老本行是高分子。于是我试图把当时从事的研究跟高分子结合起来，即高分子复合材料”。对高分子复合材料的研究，为徐敏今后的研究提供了更多的可能性。

美国阿克隆大学是高分子专业的老牌大学，很多著名高分子科学家都出自这里，其中固体核磁共振研究也是特色之一。在这里，徐敏加深了对核磁理论的理解，了解了更多分子动力学研究方法，结合自己的研究方向，形成了她在高分子结构和机理研究的一些新想法。此外，在这里，几乎每周都会有来自全球各地的优秀学者来做报告。徐敏尽可能地利用这些机会，了解高分子领域各个研究方向的前沿进展，拓展自己的视野。

在科研中，徐敏也跟国内多所院校进行了合作，尤其是利用固体核磁解决其他老师在材料表征方面的问题。但她从不向对方要求什么，无论是经费还是文章。她说：“做了多少贡献，就排在哪个位置；如果贡献很小，就不应挂名。”

近年来，我国总体的科研水平在国际上已经得到较大提升，无论是在基础科研领域还是在技术应用领域都有了一席之地，但徐敏对科研仍然保持着谦虚的心态，她认为，科研人要“冷静面对成绩。基础研究可以超前，但技术应用应该充分评估后果，人类仍需保持对自然的敬畏”。

厚积薄发，寻求创新

科研永远有惊喜。在课题研究过程中，徐敏发现一些天然高分子水凝胶具有对外界环境的响应性，同时这些性质会随着反应物结构和反应条件的改变在很大范围内可调。这引发了徐敏的极大兴趣，同时催生了另外一项课题。

很快地，徐敏课题组发展了多种力学性能各异，同时具有各种功能性的水凝胶，如可拉伸、可自愈、形状记忆等，并且这些水凝胶还对外界的各种刺激有着灵敏的响应。将这些功能应用于传感器上，不仅能够对人体运动的频率、幅度和时间跨度等信息进行实时检测，而且对多种外界环境刺激如温度、湿度、盐度、吹风、下雨等也都表现出灵敏的响应性。同时还能对一些复合作用（比如温度和应力同时作用）进行同时响应和区分。这一结果非常有意义。比如人类的皮肤经常受到多种刺激的复合作用，人们可以同时感知不同的刺激，而这也是人工皮肤或电子皮肤的研究难点。这种突破性的研究结果对于设计具有多种刺激响应和特异性识别的水凝胶仿生电子皮肤提供了新的思路。

此外，应用水凝胶的特性，徐敏课题组还与储能专家合作设计出了新型的杂化超级电容器，成功突破了水系超级电容器中水的电解电压限制（1.23V），并不断提升，目前已经达到2.6V，同时具有良好的柔韧性和电化学稳定性，在不同程度的弯曲、压缩状态下仍然能够保持高效稳定的能量供给。这些成果显著提升了柔性水凝胶超级电容器的电化学性能，有利于进一步发展具有高储能效率的柔性储能设备。这些创新性成果，受到很多科研公众号甚至媒体的关注和报道。

“雪寒不禁铮傲骨，月照枝头志更浓。”对于徐敏和她的课题组团队来说，尽管在实验过程中经历了无数次失败，但是“觉得做的事情很有意义”，因此她们仍然在天然高分子这条道路上不断地探索着更多可能。

回想起自己走上科研之路的历程，徐敏的脸上浮起微笑。她说，从一个不知道“高分子”为何物的懵懂少女，走上真正的科研，是一条艰辛而美好的旅程。每一个阶段都遇到了好老师、好向导，才让她得以成长。如今，她也经常思考如何给学生更好的帮助，让他们在科研及今后的人生之路上有更多的收获。“不仅要提升学生的科研能力，更重要的是教给他们做人的准则”。在这方面，徐敏以身作则，努力把自己对科研的感悟和对科学精神的理解传递下去。