【缘遇恩师藤嶋昭,东渡弟子今日佼】他不仅仅是藤嶋昭的一名学生

中日人物往来 2018年01月04日

——记中国科学院院士、中国科学院理化技术研究所研究员、北京航空航天大学化学学院院长江雷博士

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“自然界的许多现象虽然司空见惯,但要在成熟的当代科技中有所突出,就必须要从司空见惯中找出不凡之处,抓住偶然的机会去寻找灵感。”

——江雷语录

求学日本:和绿灯赛跑,他总是赢在时间前头

1992年-1994年,江雷作为中日联合培养的博士生在日本东京大学留学,师从吉林大学的李铁津教授和当年东京大学的藤嶋昭教授。博士毕业后,江雷继续留在藤嶋研究室工作,直到1999年回国。这段经历对江雷如今的成就意义深远,让他在科研上更加游刃有余,也让他与藤嶋昭教授结下了深厚的师生情谊。江雷的培养学生之道也是从藤嶋研究室得到的启发。

江雷的办公室悬挂着一副“天道酬勤”的书法,那是1992年江雷的姑父在他去日本留学时送的,这幅字一直陪伴着他渡过了7个年头的日本求学生涯,它是江雷人生的一面镜子。在学术上江雷也是坚持天道酬勤,表面上看江雷的人生似乎很顺,但是背后的付出和努力要比常人多很多。江雷形容他的人生路从来不是走,而是马不停蹄的跑,从来不敢松懈。

“马路口遇到的第一个是红灯的话,以后遇到红灯的机会就会增多。反之,当第一个路口遇到的如果是绿灯,那么他以后遇到绿灯的几率就会增加。当绿灯变红之前,加速穿过路口,就有可能赶上下一个绿灯。”这是陈祖德自传里提及的红绿灯现象,也成为江雷的一种人生态度。

1987年,江雷就读吉林大学硕士学位,从那时起他就开始了追赶“绿灯”。江雷相信,实验数据是科研的根本。攻读硕士期间,江雷提前一年进入实验室,提前拿到第一手的实验数据,这样,当后来的同学进入实验室时,他已经有了自己的实验数据,开始着手写论文了。硕士期间江雷发表了10余篇高水平文章,其中有一篇可以和博士生论文比肩,且获得吉林大学“青春杯”科技论文大赛特别奖。这是他科研上的第一个“绿灯”,这个“绿灯”让其获得了国家教委下达的吉林大学与东京大学联合培养博士名额,从此开始了他海外求学的生涯。

江雷硕士阶段的导师李铁津是中国知名化学家,在学术上与藤嶋昭有很多来往,江雷早就听闻藤嶋昭的大名,在东京大学求学期间,恰逢藤嶋昭教授到国内开会,早前在藤嶋昭实验室进修的师姐陈萍将其引荐给了藤嶋昭教授,二人一见如故。就这样,江雷成为了藤嶋昭实验室的博士生。

到了藤嶋昭实验室,江雷还是马不停蹄地继续追赶“绿灯”。由于当时中日科技水平差距很大,到国外又有语言差异,留学时不仅需要学习语言、打工补贴生活,还要进行科研。江雷坚信:天道酬勤,他必须先从闻鸡起舞做起。到日本的第二天,江雷就一头扎进了实验室。藤嶋昭教授也为其在日本生活准备了充足的资金保证。

在藤嶋昭实验室期间,国际纳米界面材料刚刚起步。这是一个全新的领域,江雷的仿生智能研究就是从这里萌芽的。各国科学家相信,不同结构的物质可以形成各种各样的东西,借助异性材料的接触和融合,可以产生纳米级界面的奇异功能特性,可以创造出无数功能特殊、形状特异的新型材料,并使之实现产业化。但是,在物质的二维表面上形成特殊的纳米界面结构的二元协同表面相,以及它所显示出来的超常的客观物性,对其中的微观机制研究毕竟是一个世界性的全新课题,它涉及到界面物理、界面化学、甚至包括界面生物学等领域,研究的难度可想而知。江雷非常敏感的意识到,纳米界面材料是世界科学研究的前沿阵地,今后将在国际科技和经济发展中扮演重要的角色。

基于这一认识,在日本留学的6年期间,江雷一直游走在宿舍-实验室-食堂三地,可谓是拼命。这期间江雷几乎都是在电子显微镜和微光脉冲仪的陪伴下度过的。江雷骨子里就是热爱科研的,他一次次的实验,努力寻找光电界面的新材料新结构。有一次,江雷在实验室彻夜不眠地工作了一周,藤嶋老师见其一直没有休息好,于是提供在东大的山上会馆供其休息。

正是江雷老师对学生深深的爱,让江雷一直挂念学生的学习与生活。江雷平日里非常关爱自己的学生,不仅耐心指导学生的科研学习,还关心学生的生活杂事。他时常将教书育人看做是作为一位老师的核心职责,也让学生感受到了江雷老师对他们深深的爱。爱是师德的灵魂,是一切教育工作的基础。这也是江雷传承于其导师藤嶋先生,江雷也将这种师生之爱、师生之情一直传递给他自己的学生们。江雷经常提起,在藤嶋老师身边学习时,藤嶋老师经常会在元月三号请留学生来到自己家中聚会。特别是1997年元月三号那天,尤其令江雷老师印象深刻。那天,江雷来到藤嶋老师家中做客,畅聊时,藤嶋老师突然指着墙上一幅郑板桥的“难得糊涂”书法匾额对江雷老师问道:“你明白它的含义吗?”当时江雷毕竟年轻,只是简单的从这幅字的字面意思解答:人遇事情多糊涂一点,不要太过精明了。这时藤嶋老师却微笑着对江雷讲述了他的理解:人的一生有时候可以糊涂,重要的是要一生做好一件事,特别是自己喜欢,愿为之付出一生心血的事业。人的精力是有限的,很多时候面对一些事情,我们要“涂”,但对待自己选择好的那项事业,我们一定要谨慎严谨,精益求精。这段话牢牢的刻在了江雷的心中,踏实努力成为江雷的座右铭,如何把一件事做好在江雷心中已经不再是一件小事,而是他愿为之努力终身的大事。正是怀揣着这样的决心与理想,江雷一步步通过勤奋的学习,踏踏实实的科学研究,抱着对科学研究的敬畏之心,成为了一位有梦想、有风骨、有追求的科学研究者。江雷不仅将理论研究做的踏踏实实,还深入浅出,将自己的研究应用到现实生活中的不同领域中。

博士期间,江雷为藤岛昭实验室贡献了大量的高水平学术论文,学术成绩令人刮目相看,这也让藤岛老师更为认可中国留学生。博士毕业后,藤岛老师将其推荐到日本神奈川科学技术研究院,起初担任高级研究员,后来担任了5年主管“光电界面相变控制”课题组组长。江雷认为做科研是快乐的,于是,枯燥无味的科研在江雷那里变得异常生动,在科研上江雷一直是非常高产的,在日本留学6年多的时间里,江雷累计发表研究论文60多篇,其中第一作者署名30多篇。

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在调试原子力显微镜的江雷

“二元协同”研究:灵光闪现,他打开了向上的一扇窗子

1998年春季日本化学学会上,江雷提出了“二元协同纳米界面结构”理论。早在上世纪初二元协同原子材料就已经被用于不锈钢。到了20世纪30年代,在物质的分子水平上开发出了二元分子协同材料,如电子受体与电子结构相结合成为有机超导体以及有机强磁体。到20世纪80年代后,二元协同在原子、分子级别上得到进一步研究开发。

纳米材料由于特殊的尺寸,具有很多异于其他材料的性能,其表面性能尤为突出。但是,自然界的各种物质材料千变万变九九归一,总可以寻找其中内在的统一规律,根据纳米材料的结构特性,把看似对立的一些矛盾进行调和,就会产生种种新的效应,这实际上是辩证法中对立的统一。

1998年江雷在准备日本化学学会年会的发言材料,突然,一道灵光闪过:既然现代科学已经证实物质都是由各种协同互补的二元性基本粒子所组成,而且二元协同也已经用到新材料的研制上了,那么是不是可以将其推广到纳米材料界面呢?想到这,江雷立刻开始总结过去的研究成果,当对某物质采取某种特殊的表面加工后,在介观尺度能形成交错混杂的两种不同性质的二维表面相区,这种具有不同,甚至完全相反的理化性质的纳米相区,在某种条件下产生协同作用,导致材料的宏观表面形成超常规界面。江雷对“二元协同纳米界面材料”有了进一步的认识。

在这个认知的基础上,江雷联想到中国道家阴阳合一的哲学,“万物负阴抱阳,冲气以为和”。这个哲学道理告诉我们物质分为阴阳两个方面,阴阳变换产生万物。于是,江雷又提出大胆的假设,物质表面是不是存在亲水和疏水的纳米结构?江雷和他的同事很快根据这个假设复制出亲水和疏水相间的纳米结构,他们对玻璃的表面进行处理,证实玻璃的表面具有亲水和亲油的特性。

既然能做出亲水、亲油的材料,举一反三,也必然能做出疏水和疏油的材料。

在大自然中我们不难发现,荷叶出淤泥而不染,具有极强的疏水、疏油性能。是否荷叶表面具有特殊的结构呢?江雷用电子扫描电镜观察荷叶表面,发现大量凹凸不平的纳米结构,这正是他要寻找的正确答案。这种微纳米结构结合中国古老的传统文化—老子阴阳学说,江雷将这种在纳米界面上呈现出超常规的界面物质材料命名为二元协同纳米界面材料。江雷给当时吉林大学的联合培养导师李铁津致电告知自己的最新研究进展,李教授也大为震撼,这是一个伟大的发现。

以纳米级界面为出发点,发现新规律、寻找新材料,藤嶋实验室在纳米界面材料研究领域处于世界领先地位,多年来在纳米材料领域投入了大量的资金,江雷的发现给藤嶋实验室带来了新的惊喜。1998年5月,江雷以他的纳米材料研究的傲人成就,获得了日本文部省颁发的青年特别奖励基金。

“百人计划”:众师垂顾,他找到了继续攀登的梯子

报效祖国是江雷出国的初衷,1998年中国科学院实施“百人计划”,从国外吸引并培养百余名优秀青年学术带头人,为中国科技造就一支堪当领军重任的“将帅之才”。百人计划给优秀人才以200万元的经费支持。其中主要包括科研经费,仪器设备费和住房补贴费,这对科研人员的科研和生活提供了有力的保障,能够入选“百人计划”也是对科研人员学术上的充分肯定。1998年江雷凭借其优秀的科研能力入选为“百人计划”,成为一名科技战线上的佼佼者。

在入选“百人计划”之前,江雷在日本会见了当时中国科学院化学研究所所长朱道本院士,江雷为其讲述了自己的“二元协同纳米界面材料”的想法,两人交流十分投机,成为了忘年之交。“二元协同纳米界面材料”的想法源于中国古老的哲学,在日本稍显“水土不服”,江雷一直为此困扰,朱道本院士向其引荐了“百人计划”,回国后不到一周时间,给江雷发来了申请“百人计划”的电子邮件。

1998年5月,江雷自费回到北京,参加了一个海外青年科学教研讨会,同时,顺便考察了国内人才需求的市场环境,这期间,江雷见到时任国家科技部基础研究司的邵立勤副司长,简单的交流之后,邵立勤就对江雷的研究工作表示了理解和极大的兴趣,支持其回国发展,并向其推荐了国家“973”计划项目。时任中国科学院副院长的白春礼,是纳米科学的专家,同样具有海外留学经历,当时正负责中国科学院的“百人计划”,亲自到招待所登门拜访。他们对纳米界面材料的研究达成了共识,那就是既要搞应用基础研究,又要搞企业化运作,要把基础研究落到实处。国内科学家的支持让江雷备受鼓舞,回国的道路越来越明朗。

江雷在学术上的取得了巨大成就,在藤岛研究室期间对于光电界面材料的制备和理化性质研究取得诸多成果,很多日本、美国的大学和跨国公司向其伸出橄榄枝,他的母校吉林大学兼职教授聘书和申请“长江学者”的邀请函也已经送到他的手上,藤嶋昭教授早先就承诺给他一份薪酬丰厚的工作。但是,显然他与中国科学院的缘分最深刻。   1998年8月,江雷在此回到北京,出席了世界青年纳米科学研讨会,中国科学院化学研究所专门邀请他前往化学所参观讲学。江雷的讲学让人耳目一新大为震撼,一周之内就通过了江雷的研究院职称评审,还特批三室一厅的住房,并为江雷申请了科研经费。同年12月,化学所通过了江雷“百人计划”答辩,并很快为其配置了专门的助手,负责二元纳米界面材料实验室的筹备事宜,江雷在国内的科学研究一切都准备妥当。虽然不舍爱徒离开,藤嶋老师还是支持江雷回国发展,回到自己的祖国,能够有更广阔的空间发展。藤嶋昭和桥本仁和两位教授还为江雷提供了数千万日元的实验设备,让其回国后尽快投入工作,怀着对导师的感激和不舍江雷回到了国内。

根据江雷对于二元协同界面材料的理论基础,他和他的课题组成员一起,很快研究出一类纳米新型功能的材料,荷叶、毛笔、猪笼草,取之自然,用之自然,江雷对二元协同纳米界面材料进行了更为系统的研究。用它对织物处理之后,织物会不沾水、不沾油,用它对瓷砖、玻璃处理之后,具有自清洁的功能。

中科院化学所的产业化思路和他受藤嶋老师影响的产业化研发不谋而合,于是,江雷开始积极进行纳米技术的转移和传递,迅速在相关企业开展广泛的合作,形成了战略伙伴关系,将基础研究用到实际生活。化学研究所和中国商品交易中心共同组建了北京中商世纪纳米技术有限公司,奇异的“纳米自洁领带”、“纳米自洁丝巾”应运而生:它和普通领带、丝巾没什么两样,但经过纳米技术处理,产生了特殊功能。污水像落在荷叶之上,一点粘不上,用手搓搓,净水一冲,污迹和油垢就没有了,根本不用洗涤用品。

1999 年底,由江雷担任首席科学家的中商世纪公司举行新闻发布会,首次推出超双亲性二元协同界面材料技术(既亲水又亲油)和超双疏性界面材料(既疏水又疏油),向社会各界展示了漂亮的“纳米自洁领带”。如魔术便幻一般,经过纳米技术处理过的各类纺织材料不仅可以防水、防油,还具有了杀菌、防辐射、防霉等特殊效果,原有织物的各种性能保持不变,包括纤维强度、染料亲和性、耐洗涤性、免烫性等。2000年春天,国家纳米科技指导协调委员会首席科学家白春礼院士在中南海为国务院领导讲纳米科技,朱镕基总理对他现场演示的防污领带表示极大兴趣的情景。如今,由化学研究所提供双疏纳米技术,中商世纪公司和宁波艾力特公司合作推出的纳米领带,不仅已批量投入市场,标有“中国科学院”字样的领带还成为赠送国外贵宾的礼品,成为了“领带大使”。中国国家大剧院也领先使用了这种材料。江雷对二元协同纳米界面材料进一步研究,他相信这种超双亲界面材料技术今后必将在城市幕墙玻璃、浴室的镜子、各种眼镜、汽车玻璃等得到广泛应用。

为深化产学研合作,仿生智能界面科学研究中心已与多家公司合作成功实现技术转让。相关案例有:同NanoSolutions有限责任公司转让自清洁玻璃生产技术,成功生产应用面积达20万平方米的自清洁玻璃;向北京Binary Century纳米技术有限公司转让油水分离膜,成功应用于800余艘轮船油品净化;向北京中科纳新印刷技术有限公司转让绿色印刷技术;向宁波艾利特控股集团公司转让织物表面超双疏(不沾水、不沾油)处理技术,已成功用于自清洁领带与丝巾的生产;还与鄂尔多斯集团、杉杉公司等一系列企业展开了合作。

目前,仿生智能界面科学研究中心还与本地一家公司——北京赛特超润界面科技有限公司建立了战略伙伴关系,并成立管研究中心以开发用于卫生、能源、农业等领域的先进材料,加快科技成果转化。

2001年江雷研究室成功研制了超双疏阵列碳纳米管膜,并发表在德国《应用化学》期刊上。一系列高水平成果的问世,使得江雷赢得了国际材料领域权威杂志《先进材料》主编的亲睐,邀请他们为杂志撰写了系统的综述文章。

藤嶋老师一直支持学生的工作,关心学生的发展,2000 年12月1 日,藤嶋老师专门到中国看望江雷,看到江雷在这么短的时间里已取得了令人瞩目的成绩,他在惊讶不已的同时发出了由衷的赞叹。回国后,江雷和藤嶋老师也一直保持着亲密的沟通,除了每年一届的中日双边会议,每次江雷到访日本也会与导师相聚。

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江雷与藤嶋老师在日本聚会

教书育人:他辉煌了自己,也成就了别人

授之以鱼,不如授之以渔。江雷不仅重视科研工作的开展,更在学生培养上下足了功夫。每年的新生入学后,江雷第一堂课的内容不是专业知识,而是科研品行守则。

“先做人,后做学问”是他对学生的基本要求。他提出“诚实、团结、自信、礼貌”八字诀,在这“八字诀”中,江雷更重视在自信上下功夫。他说:“必须让学生树立天生我材必有用的信念,树立决定科研成果的不是毕业学校,而是个人努力程度的信念。研究组要成为一个炼钢炉,哪怕拿来的是生铁,也要把它炼成好钢。”

“对学生,我主张文武之道、一张一弛。张,是在他们的求学精神和科研方向上抓紧,严把每一个学生科研中的大问题。弛,是在平时的科研中,尽量放手让他们自己做。如果抓得过细,只让学生按照导师的指导做实验,那么年轻人敢想敢做的劲头就无处发挥,等于一个机器人。”他说。

江雷的第一届博士生冯琳,在江雷的悉心指导下取得了重要研究成果,三年内在国际著名化学(Angew. Chem. Int. Ed.)及材料(Adv. Mater.)期刊发表论文4篇,获得全国百篇优秀博士论文。“我的学生中没有北大的、清华的,大部分来自一些不太著名的院校,因此他们发表了国际期刊的论文后,有些人感到吃惊。这不是因为别的,是因为他们自信而且肯钻研,肯吃苦。”自冯琳开始,江雷的每一个学生都会深切感受到来自前一届、同一届甚至是下一届的巨大鼓舞,大家被众多重大科研成果所激励,专心致志搞科研的斗志更旺盛了。


明察秋毫的观察能力、丰富多彩的想象力、百折不挠的精神、坚韧不拔的意志、深入浅出的表达能力,这些都是江雷院士要求学生具备的基本素质。科研实验中,观察是第一位的。如果没有良好的观察能力,研究者可能会将实验中最重要的发现弃如草履。科学中的想象并不是胡思乱想,而是建立在广泛阅读、知识面广博和积极交流层面上的。实验室枯燥的,数据是枯燥的,过程是枯燥的,科学研究是个苦差事。江雷常讲:“对于科学家而言,百折不挠精神、坚韧不拔的意志不可或缺。”“科学研究固然重要,然而表达能力也非常重要。”“你要能够将原定讲2个小时的报告缩短到5分钟内,并且还重点突出。”

在江雷的培养下,学生们打好了坚实的理论基础和灵活的变通能力。毕业的学生大多数在国内外高校任职,有多人已建立起了自己的团队,其中不乏长江学者,国家杰出青年科学基金获得者,优秀青年科学基金获得者等;并已成为重点科研单位研究员,国家重点院校教授,以及相应领域的学术带头人。例如,孙涛垒,现任武汉理工大学化学化工与生命科学学院院长,不仅是长江学者(2009),也是国家杰出青年科学基金获得者(2013);王树涛,现任中国科学院理化技术研究所业务处处长,国家杰出青年科学基金获得者(2014),也是长江学者(2016);闻利平,现任中国科学院理化技术研究所,仿生材料与界面科学重点实验室副主任,是国家杰出青年科学基金获得者(2016);夏帆,现任中国地质大学(武汉),材料与化学学院院长,国家杰出青年科学基金获得者(2015);柏浩,浙江大学,化学工程与生物工程学院教授,2015年入选中组部青年千人计划,优秀青年科学基金获得者(2017);刘明杰,北京航空航天大学,化学与材料学院教授,2015年入选中组部青年千人计划,国家杰出青年科学基金获得者(2017);侯旭,厦门大学,化学化工学院教授,2016年入选中组部青年千人计划;田雪林,中山大学,材料科学与工程学院教授,2016年入选中组部青年千人计划;赵勇,河南大学,化学化工学院教授,2016年入选中组部青年千人计划;郭维,现为中国科学院理化技术研究所研究员,优秀青年科学基金获得者(2015);刘欢,北京航空航天大学,化学与环境学院副教授,优秀青年科学基金获得者(2016);田野,中国科学院化学研究所,绿色印刷实验室副研究员,优秀青年科学基金获得者(2017)。

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2014-MRS Mid-Career Researcher Award(第一个大陆学者)

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2016-联合国教科文组织纳米科技贡献奖UNESCO

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2016.5 日经奖

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中国科学院杰出成就奖 2015.01

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ChinaNANO Award 2015.09 (第一个大陆学者)

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NAE8066-1697美国工程院外籍院士

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第三世界科学院化学奖 (胡锦涛总书记颁发)

文/客观日本编辑部

江雷的个人名片:
江雷是中国仿生智能领域的专家,是业界的引领者。提起仿生智能顶级专家,人们脑中第一个浮现的除了江雷不应该再会有其他人了。1987年到1992年,江雷就读吉林大学,并依次取得物理系固体物理专业学士学位和化学系物理化学专业硕士学位;1992年-1994年,作为中日联合培养的博士生在日本东京大学留学,回国后,就职于中国科学院化学研究室,获博士学位,1994年-1996年,在日本东京大学做博士后。1999年入选中国科学院“百人计划”,2009年12月当选中国科学院院士。江雷也是典型的交叉学科的代表,特别是化学和物理的双重学习经历使其在仿生智能领域的研究更是如鱼得水。
神秘的大自然是人类最好的老师,江雷依托交叉学科的优势,长期对仿生智能界面进行研究,向自然学习,阐明了荷叶表面超疏水、蜘蛛丝超强定向集水及鱼鳞表面水下超疏油等相关的科学机理。开发了一系列超浸润系列功能材料,包括中国国家大剧院、船舶,为世界产业做出巨大的贡献。
江雷研究室现设实验室主任1人,实验室副主任2人,共有固定人员21人,其中学术骨干13人(正高级8人,副高级5人)。研究室拥有一支学术水平高、凝聚力强、以中青年学术带头人为核心的优秀团队,研究队伍包括中科院院士1名,研究员8名(其中1名为外专千人),副研究员5名(1名为高级工程师)。其中中科院“百人计划”1名,国家杰出青年科学基金获得者3名,国家“万人计划”青年拔尖人才1名,长江学者1名,优秀青年科学基金获得者1名,卢嘉锡青年人才获奖者1名。研究室有三个研究中心,分别为:仿生超浸润界面材料研究中心,仿生粘附材料研究中心和微纳结构加工中心。重点开展如下六个方面的研究工作:仿生超浸润界面材料,仿生粘附性界面材料,仿生离子通道构筑及应用,有机图案化材料器件,仿生结构色材料,复杂微细结构超衍射激光加工及应用等。
江雷除了在中国科学院和北京航空航天大学化学学院任职之外,还任职第三世界科学院院士,美国工程学院外籍院士,英国皇家化学会会士,中国材料研究会纳米分会主席,澳大利亚莫纳什大学、澳大利亚卧龙岗大学、吉林大学兼职教授,同时在相关领域等国内外重要学术刊物如Adv.Mater.Funct.、Small、ACS Nano等担任编辑顾问或副主编等。
作为仿生智能领域专家,江雷在带领研究室冲向世界一流的同时也获得了很多社会肯定。2014年,他获得MRS Mid-Career Researcher Award ;2015年,获中国科学院杰出成就奖及中国纳米大奖,2016年获联合国教科文组织纳米科技贡献奖UNESCO及日经科学奖,此外还获得第三世界科学院化学奖。

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