在化學(xué)研究領(lǐng)域砥礪奮進(jìn)

——訪桂林理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員匡小軍

文/本刊記者  李國(guó)君  鄧  卉  通訊員  方  亮

　　1869年的俄國(guó)，科學(xué)家門捷列夫提出了一張神奇的表——“元素周期表”，這張表把一些看似互不相關(guān)的元素統(tǒng)一起來(lái)，組成一個(gè)完整的自然體系，揭示了物質(zhì)世界的秘密，它的發(fā)明，使人類重要的基礎(chǔ)學(xué)科——化學(xué)進(jìn)一步走近世人的視野。這里也有一位從江西走出來(lái)的農(nóng)家子弟“癡迷”在化學(xué)研究的世界里，辛勤探索，奮力跋涉在科研報(bào)國(guó)的大道上。

　　農(nóng)家子弟勇闖百年名校
　　地處井岡山東麓的江西省泰和縣，自東漢末年以“地產(chǎn)嘉禾，和氣所生”而得名，是廬陵文化的發(fā)祥地之一，歷來(lái)文風(fēng)鼎盛。1978年，匡小軍出生在泰和縣的一個(gè)普通農(nóng)村家庭，13歲時(shí)母親去世，家庭經(jīng)濟(jì)條件艱苦，但匡小軍在百般艱難中始終堅(jiān)持向?qū)W，1995年考入南昌大學(xué)化學(xué)系，高考成績(jī)?yōu)楫?dāng)年南昌大學(xué)新生的第二名，獲得江西省人民政府新生專項(xiàng)獎(jiǎng)學(xué)金。
　　“化學(xué)是基礎(chǔ)學(xué)科之一，屬于冷門專業(yè)，需要靜心修煉，我不怕吃苦。”匡小軍以優(yōu)異的高考化學(xué)成績(jī)選擇就讀南昌大學(xué)化學(xué)系，1999年本科畢業(yè)后，他一舉考入北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院碩博連讀。
　　從南昌到北京，北京大學(xué)濃厚的歷史文化和求實(shí)探索的科研精神深深感染著匡小軍，欣喜之余，他發(fā)現(xiàn)身邊有很多同學(xué)本科就是在北京大學(xué)讀的，學(xué)術(shù)功底扎實(shí)，匡小軍繃緊心弦，以百倍的精力投注到學(xué)業(yè)中。導(dǎo)師荊西平教授精心引導(dǎo)他朝著碩博連讀的方向努力，后來(lái)拜讀在我國(guó)著名固體化學(xué)家林建華教授門下，從此開(kāi)始深入和系統(tǒng)地開(kāi)展固體化學(xué)研究。
　　由于出身貧寒，沒(méi)有條件深入學(xué)習(xí)英語(yǔ)，匡小軍的口語(yǔ)成為弱項(xiàng)。導(dǎo)師對(duì)學(xué)生的英語(yǔ)水平要求高，在一次組會(huì)上，所有研究生需要用英語(yǔ)匯報(bào)工作，匡小軍硬著頭皮開(kāi)口，林建華教授耐心指出他的發(fā)音缺陷，一點(diǎn)一滴校正讀音，并教導(dǎo)匡小軍加強(qiáng)英文練習(xí)，逐步提高英語(yǔ)寫作和口語(yǔ)能力。匡小軍回憶兩位恩師的教導(dǎo)時(shí)滿懷感激：“林老師和荊老師對(duì)寒門學(xué)子的關(guān)心愛(ài)護(hù)，一次次激勵(lì)我闖過(guò)一道道學(xué)術(shù)關(guān)口，也讓我明白傳道授業(yè)解惑的應(yīng)有之義。”
　　1999年9月至2004年6月期間，好學(xué)不倦的匡小軍參與了導(dǎo)師荊西平教授的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“微波介電陶瓷材料介電損耗機(jī)理及其改善的研究”，研究工作內(nèi)容為：鈦酸鹽基微波介質(zhì)陶瓷介電損耗機(jī)理以及粉末衍射法晶體結(jié)構(gòu)解析；對(duì)MgTiO3介質(zhì)材料中缺陷對(duì)介電損耗影響機(jī)理做了系統(tǒng)研究，利用X-射線和中子粉末衍射解析六方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下，匡小軍利用粉末衍射數(shù)據(jù)將一個(gè)新的12層六方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)解析出來(lái)了，以第一作者身份將該研究結(jié)果發(fā)表在世界材料化學(xué)專業(yè)領(lǐng)域頂級(jí)期刊——Chemistry of Materials上。這是一項(xiàng)有分量的科研成果，正是這篇論文使他于2004年順利獲得無(wú)機(jī)化學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，同時(shí)讓他得到英國(guó)利物浦大學(xué)Matthew J. Rosseinsky教授提供的博士后職位。

　　留英6年找出氧離子導(dǎo)體設(shè)計(jì)的四面體結(jié)構(gòu)化學(xué)新途徑
　　2004年8月，匡小軍轉(zhuǎn)到英國(guó)進(jìn)入利物浦大學(xué)化學(xué)系做了4年的博士后工作，2008年到英國(guó)杜倫大學(xué)化學(xué)系做了2年的博士后工作。
　　英國(guó)是世界上固體化學(xué)研究做得最好的國(guó)家之一，而利物浦大學(xué)化學(xué)學(xué)科在英國(guó)大學(xué)化學(xué)專業(yè)排名第一。在英國(guó)的六年，匡小軍潛心投入科研工作，合作導(dǎo)師Matthew J. Rosseinsky教授是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士，也是英國(guó)新一代中最具有實(shí)力的材料化學(xué)家，對(duì)科研工作質(zhì)量有著很高要求。
　　北京大學(xué)五年的學(xué)習(xí)讓匡小軍打下了良好的固體材料研究基礎(chǔ)，而在利物浦大學(xué)的四年，則全方位培養(yǎng)了匡小軍獨(dú)立開(kāi)展固體材料研究的能力。匡小軍對(duì)六方鈣鈦礦氧化物介質(zhì)材料開(kāi)展研究，并在Chemistry of Materials和Journal of Materials Chemistry 上陸續(xù)發(fā)表論文，但Rosseinsky教授告訴他：“我們需要做一些更有創(chuàng)新性的工作，發(fā)表更有影響力的論文。”
　　從2006年開(kāi)始，匡小軍逐漸將研究?jī)?nèi)容從原來(lái)的介質(zhì)材料轉(zhuǎn)移到固態(tài)離子導(dǎo)體。早在北京大學(xué)讀研究生的時(shí)候，匡小軍開(kāi)展了很多相關(guān)系和相圖的研究工作，養(yǎng)成良好的學(xué)術(shù)素養(yǎng)，后來(lái)尋找新材料的過(guò)程中他喜歡去關(guān)注相圖，利用相圖來(lái)理解化學(xué)家的制備過(guò)程中出現(xiàn)的物相，從相圖中去尋找是否有一些物質(zhì)還未被發(fā)現(xiàn)或者其結(jié)構(gòu)未曾解析出來(lái)。這個(gè)習(xí)慣讓匡小軍在閱讀相圖文獻(xiàn)的時(shí)候看到了德國(guó)馬普所在鎵酸鹽黃長(zhǎng)石材料氧離子導(dǎo)體的研究工作，并敏銳地感覺(jué)到他們對(duì)材料結(jié)構(gòu)以及氧空位導(dǎo)電機(jī)制的研究結(jié)果存在問(wèn)題。于是匡小軍和Rosseinsky教授討論并提出要重復(fù)他們的工作并開(kāi)展精修的結(jié)構(gòu)分析和氧離子導(dǎo)電機(jī)理研究工作，這得到了Rosseinsky教授的肯定。
　　功夫不負(fù)有心人。匡小軍克服了材料制備不純的困難，開(kāi)展了更為細(xì)致的氧離子導(dǎo)電表征，做了高溫變溫中子衍射，研究結(jié)果印證了他之前的觀點(diǎn)，黃長(zhǎng)石鎵酸鹽材料是一個(gè)間隙氧缺陷導(dǎo)電材料。當(dāng)時(shí)，匡小軍從中子衍射數(shù)據(jù)中獲得了間隙氧的位置，找到黃長(zhǎng)石材料的間隙氧導(dǎo)電確切證據(jù)。之后匡小軍沿著缺陷結(jié)構(gòu)的思路，提出了分離本體和缺陷結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)精修創(chuàng)新策略，利用中子粉末衍射數(shù)據(jù)在原子級(jí)尺寸上闡述了間隙氧離子缺陷在黃長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定與遷移機(jī)理，該工作開(kāi)辟了氧離子導(dǎo)體設(shè)計(jì)與合成的四面體結(jié)構(gòu)化學(xué)新途徑。經(jīng)過(guò)5個(gè)多月的投稿和修改，相關(guān)論文在材料領(lǐng)域頂級(jí)刊物英國(guó)自然子刊Nature Materials期刊發(fā)表。近年來(lái)，匡小軍進(jìn)一步深入研究黃長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)的間隙氧缺陷導(dǎo)電的局域化機(jī)制和離子尺寸效應(yīng)，發(fā)展了黃長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)的間隙氧缺陷導(dǎo)電機(jī)制。最近，他基于缺陷工程的創(chuàng)新思路對(duì)黃長(zhǎng)石材料開(kāi)展了缺陷控制和物理性能調(diào)控研究，目前獲得的初步研究進(jìn)展表明他一直堅(jiān)持的固體材料構(gòu)效關(guān)系研究領(lǐng)域?qū)?huì)具有更廣闊的天地。
　　眾所周知，固體材料中的缺陷普遍存在，對(duì)材料物理性能具有重要的影響。通常固體材料中缺陷含量低，要清晰地表征缺陷結(jié)構(gòu)并弄清楚其對(duì)材料物理性質(zhì)作用關(guān)系一直以來(lái)是固體材料研究的核心和難點(diǎn)，在現(xiàn)有條件下人們依舊需要花費(fèi)很大的精力借助于多種先進(jìn)的手段來(lái)研究缺陷結(jié)構(gòu)并探索材料的構(gòu)效關(guān)系。而這些基礎(chǔ)問(wèn)題關(guān)聯(lián)著新材料企業(yè)在材料制備工藝和如何調(diào)控材料性質(zhì)等問(wèn)題，因此，匡小軍的研究有可能為國(guó)內(nèi)電子陶瓷類的產(chǎn)業(yè)帶來(lái)具有商業(yè)價(jià)值的新材料的機(jī)會(huì)，為廣西有色金屬資源的高效利用提供智力支持，為企業(yè)改善材料制備工藝和調(diào)控性能參數(shù)提供理論指導(dǎo)。
　　2008年，匡小軍離開(kāi)利物浦大學(xué)前往位于英格蘭東北部的杜倫大學(xué)開(kāi)始第二個(gè)博士后研究工作。杜倫大學(xué)是英國(guó)繼牛津大學(xué)和劍橋大學(xué)之后第三個(gè)實(shí)行學(xué)院制的名牌老校，合作導(dǎo)師Ivana R. Evans博士與John S. O. Evans教授的課題組更擅長(zhǎng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)研究，這使匡小軍有機(jī)會(huì)學(xué)到更多的結(jié)構(gòu)分析方法和技術(shù)。短短兩年時(shí)間，匡小軍取得了一批研究成果，最好的一項(xiàng)成果發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)刊物——《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie）上。

　　所有的才學(xué)都應(yīng)該用來(lái)報(bào)效祖國(guó)
　　自2004年去英國(guó)留學(xué)，三年之后匡小軍第一次回國(guó)探親。匡小軍發(fā)現(xiàn)家鄉(xiāng)發(fā)生了很大變化，原來(lái)的小路已是嶄新大道，國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。祖國(guó)日新月異的變化，讓匡小軍深思：從本科到研究生經(jīng)歷9年學(xué)習(xí)，讀完博士出國(guó)6年，這15年國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，而自己一直是一個(gè)旁觀者，再不回去，可能這輩子就會(huì)錯(cuò)過(guò)為國(guó)家貢獻(xiàn)力量的黃金時(shí)期了。
　　“所有的才學(xué)都應(yīng)該用來(lái)報(bào)效祖國(guó)，這是一個(gè)學(xué)者的本分。”匡小軍心底深處的想法得到了妻子和家人的大力支持。
　　化學(xué)是中山大學(xué)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科，聚集眾多優(yōu)秀人才。2010年7月至2013年3月，匡小軍作為中山大學(xué)海外引進(jìn)人才，在中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院任副教授和碩士生導(dǎo)師。
　　2012年，因?yàn)榭蒲袑?shí)驗(yàn)的需要，匡小軍聯(lián)系了桂林理工大學(xué)做材料測(cè)試實(shí)驗(yàn)，開(kāi)始了與桂林理工大學(xué)的第一次接觸。近年來(lái)，桂林理工大學(xué)廣招賢才推動(dòng)學(xué)科發(fā)展，加大引才力度，真心誠(chéng)意向各路人才拋出橄欖枝。在協(xié)作實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，桂林理工大學(xué)科技處發(fā)現(xiàn)了匡小軍正是他們苦苦尋覓的緊缺學(xué)科帶頭人。為了引進(jìn)匡小軍，桂林理工大學(xué)在其做材料測(cè)試實(shí)驗(yàn)工作階段，不僅在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)上給予大力支持，還優(yōu)先為匡小軍解決住房、配偶工作和兩個(gè)孩子入學(xué)問(wèn)題，這些西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)渴求人才的實(shí)實(shí)在在引才舉措深深感動(dòng)了匡小軍。2013年年初，匡小軍正式入職桂林理工大學(xué)。匡小軍一如既往秉承優(yōu)良的工作作風(fēng)，近幾年來(lái)，他先后入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”、廣西高校引進(jìn)海外高層次人才“百人計(jì)劃”、廣西“新世紀(jì)十百千人才工程”第二層次人選，先后獲廣西自然科學(xué)基金杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金的資助。
　　“桂林理工大學(xué)為我提供了實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的平臺(tái)，也讓我有安居樂(lè)業(yè)的環(huán)境。”如今，匡小軍繼續(xù)深入開(kāi)展固體化學(xué)方向的基礎(chǔ)研究，希望在獲得國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，能在西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)形成一個(gè)固體材料化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的在國(guó)內(nèi)及國(guó)際上具有影響力的研究團(tuán)隊(duì)，支撐西部有色金屬資源的開(kāi)發(fā)利用及新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在固體化學(xué)界舉起“廣西牌”。2013年入校以來(lái)，匡小軍邀請(qǐng)了包括多名化學(xué)與材料學(xué)科的院士在內(nèi)的眾多國(guó)內(nèi)和國(guó)際著名學(xué)者來(lái)校交流、講學(xué)。2015年桂林理工大學(xué)發(fā)起第一屆無(wú)機(jī)材料與固體化學(xué)前沿研討會(huì)，得到眾多專家和學(xué)者的支持，擴(kuò)大了桂林理工大學(xué)在材料和化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的影響力。
　　在桂林理工大學(xué)的講壇上，匡小軍堅(jiān)持為本科生教學(xué)傳道授業(yè)，堅(jiān)持以“專業(yè)合格與人格健全”的人才培養(yǎng)理念去培養(yǎng)學(xué)生，尊重、關(guān)愛(ài)、指導(dǎo)和幫助學(xué)生，注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。匡小軍充分發(fā)揮自身在固體材料研究上的優(yōu)勢(shì)和基礎(chǔ)，主要承擔(dān)了材料測(cè)試方法相關(guān)的課程教學(xué)，擔(dān)任《材料現(xiàn)代測(cè)試方法》院級(jí)公共課程的責(zé)任教授，還開(kāi)設(shè)《粉末X-射線衍射》應(yīng)用研究型課程，將無(wú)機(jī)固體材料領(lǐng)域最新的科研成果，尤其是與自己科研工作密切相關(guān)的無(wú)機(jī)光電磁功能材料的前沿研究進(jìn)展與課程結(jié)合，讓學(xué)生了解最新前沿進(jìn)展，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生利用所學(xué)到的基礎(chǔ)理論知識(shí)來(lái)理解最新的科研成果。
　　在研究生培養(yǎng)工作上，匡小軍堅(jiān)持以學(xué)生在校期間能得到系統(tǒng)的科學(xué)研究訓(xùn)練的教育理念，經(jīng)常與學(xué)生討論問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生去思考和理解所開(kāi)展的科研工作的背景和目的，從邏輯思維、動(dòng)手能力、口頭表達(dá)與書面寫作能力等多方位來(lái)培養(yǎng)和鍛煉研究生，幫助他們自覺(jué)成長(zhǎng)為科研工作的先行者，而非僅是導(dǎo)師科研工作的助手。四年來(lái)，匡小軍已完整培養(yǎng)8名碩士生，其中3名碩士生以第一作者身份在Chemistry of Materials和Journal of Materials Chemistry A上發(fā)表學(xué)術(shù)論文，3名碩士生獲得校級(jí)優(yōu)秀碩士論文，正在指導(dǎo)1名博士生和10名碩士生。課題組所培養(yǎng)的研究生在固體材料的物相分析，粉末X-射線衍射結(jié)構(gòu)分析、導(dǎo)電性質(zhì)表征上具備一定理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，為中山大學(xué)、武漢理工大學(xué)等國(guó)內(nèi)名校在固體化學(xué)研究方向上輸送了多名優(yōu)秀的博士候選人。