“除了腦袋之外，科學(xué)的飯碗就是科學(xué)儀器，我們的飯碗必須端在自己手里。”站在一塵不染的實(shí)驗(yàn)室里，面對著一臺臺插滿了管線、頗具硬核科幻感的高端電子顯微鏡以及忙碌的年輕科學(xué)家們，我們眼前的場景分明為張澤院士這句樸素的話增添了分量。

張澤，材料科學(xué)晶體結(jié)構(gòu)專家，也是中國科學(xué)院院士、浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、浙江大學(xué)學(xué)術(shù)委員會咨詢委員會主任，長期從事電子顯微學(xué)研究，特別關(guān)注顯微結(jié)構(gòu)與材料性能間關(guān)系研究的新方法與新儀器，近年來主要利用和發(fā)展現(xiàn)代電子顯微學(xué)原位、動態(tài)的分析方法，研究先進(jìn)材料在高溫、復(fù)雜力學(xué)載荷等外場作用下的結(jié)構(gòu)演變與性能間的關(guān)系。我們來到六月煙雨朦朧的富春江邊拜訪張澤院士，想一窺材料科學(xué)的底色，卻正如“一沙一世界”的顯微鏡一般，看到了張澤院士的“求是”精神與家國情懷，以及中國制造業(yè)的大局和未來，而這一切，要從幾十年前一張?jiān)蛹墑e分辨率的準(zhǔn)晶相說起。

圖：張澤院士丨來源：本人

從“看樹木”到“看整片森林”

二百多年以來，科學(xué)界在微觀層面對固體的分類只有兩種：晶體與非晶體。其中，晶體原子在三維空間中呈周期性排列，在 X 光衍射觀察下呈現(xiàn)出斷續(xù)、敏銳的圖像；非晶體則恰恰相反，排列無序，在 X 光下得出的是連續(xù)、彌散的圖像。而對于材料學(xué)科研究的起源和代表——金屬而言，凡是金屬通通都是晶體結(jié)構(gòu)。

這一點(diǎn)在上世紀(jì) 80 年代被徹底顛覆了。從十九世紀(jì)的光學(xué)顯微鏡與傳統(tǒng)金相學(xué)起源，到二十世紀(jì)初相結(jié)構(gòu) X-射線衍射研究成為主流，歷史轉(zhuǎn)向了比光學(xué)顯微鏡空間分辨率更高的電子顯微鏡，其更短的波長使得當(dāng)時(shí)的科學(xué)家們終于可以看見物質(zhì)的原子團(tuán)分布，以“親眼”驗(yàn)證一直以來的“鐵律”。然而，他們卻很快發(fā)現(xiàn)事情沒有那么簡單。1982 年，丹尼爾·謝赫特曼在快速冷卻的鋁錳合金中發(fā)現(xiàn)了一種新形態(tài)的二十面體相分子結(jié)構(gòu)，并在學(xué)界的重重質(zhì)疑中于 1984 年在《物理評論快報(bào)》上發(fā)表，引發(fā)了軒然大波。這一發(fā)現(xiàn)推翻了晶體學(xué)長久以來的長程有序與空間周期性等價(jià)的基本概念，開辟了介于晶體與非晶體之間的準(zhǔn)晶體領(lǐng)域，謝赫特曼也因此于 2011 年榮獲諾貝爾化學(xué)獎。

圖：丹尼爾·謝赫特曼發(fā)現(xiàn)具有十次對稱性的準(zhǔn)晶體丨來源：諾貝爾獎官網(wǎng)

有意思的是，他曾先后發(fā)表了兩篇文章，“所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全一樣，但解釋不同”，張澤院士解釋道，“前一篇是用納米晶去解釋數(shù)據(jù)的，價(jià)值不高，后一篇才提到了準(zhǔn)晶體”，而啟發(fā)他的，恰恰是與該領(lǐng)域關(guān)系不大的一場理論物理學(xué)家的學(xué)術(shù)研討會?！皩W(xué)術(shù)的交流、跨界的啟發(fā)是非常重要的，這一重大發(fā)現(xiàn)的窗戶紙不是他自己捅的，而是隔行的人捅破的”，張澤院士如此說道。

回到國內(nèi)。1984 年，張澤院士在他當(dāng)時(shí)的導(dǎo)師郭可信院士的帶領(lǐng)下，獨(dú)立發(fā)現(xiàn)五次對稱性和 Ti-Ni 準(zhǔn)晶相，一舉讓中國的準(zhǔn)晶學(xué)研究躋身世界一流水平，與謝赫特曼一同發(fā)表準(zhǔn)晶論文的第三作者、法國晶體學(xué)家格雷迪雅斯稱其發(fā)現(xiàn)的五次對稱鈦鎳準(zhǔn)晶相為“China Phase”（中國相）。這一點(diǎn)在當(dāng)年尤為難得，因?yàn)楫?dāng)時(shí)在海外已經(jīng)有了對五次對稱的公認(rèn)、明確的解釋，可以說“有了可以打破的傳統(tǒng)”，而國內(nèi)連一張國際晶體學(xué)表都沒有。在這樣艱難的條件下，雖然引用了“準(zhǔn)晶”這一名詞，但“我們當(dāng)時(shí)的發(fā)現(xiàn)從起點(diǎn)、思路上都與謝赫特曼的研究屬于不同的研究體系”，張澤講述道。得益于郭可信院士早年的晶體學(xué)知識積累與對鐵三鎢三碳的深入研究，他始終相信金屬的顯微結(jié)構(gòu)決定了它的屬性，所以當(dāng)看到與其完全一樣的 X 光衍射圖出現(xiàn)在鈦鎳合金中時(shí)，他才敏銳地意識到了這一重大發(fā)現(xiàn)。

話說回來，這一切的一切，“如果沒有高分辨率透射電鏡都不可能實(shí)現(xiàn)”，張澤院士說道，而當(dāng)年用于發(fā)現(xiàn)“中國相”的儀器，是郭可信院士不惜立下“軍令狀”才爭取來的 JEM-200CX 進(jìn)口高分辨率電子顯微鏡，當(dāng)時(shí)全國僅有 2 臺。談到這段往事，張澤院士笑著說道，“我的導(dǎo)師就是對新鮮玩意兒感興趣”，始終追求最時(shí)髦的東西。先前，郭院士離開瑞典皇家工程院院士團(tuán)隊(duì)，就是因?yàn)闊o法認(rèn)同用光學(xué)“放大鏡”去數(shù)合金斷面氣孔這種研究方法，轉(zhuǎn)而投身 X 光衍射。而當(dāng)高分辨率電子顯微鏡發(fā)展起來后，他也毫不猶豫地沖在了最前線，才能從 X 光衍射的“看樹木”，升級到電鏡的“看整片森林”?！霸诳茖W(xué)上，保持前沿探索的價(jià)值觀非常重要”，張澤說道。