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柏浩

 

        我的研究领域是仿生智能材料,通过研究生物材料的设计原理、形成过程、及其优异性能,向自然学习,将生物灵感应用于新材料的设计和开发。经过亿万年漫长的进化过程,自然界孕育出了许许多多拥有各方面优异性能的材料,例如具有高强度和高韧性,被誉为“生物钢”的蜘蛛丝;“出淤泥而不染”,能够“自清洁”的荷叶;具有特殊的粘附力,能够“飞檐走壁”的壁虎脚,等等。特别是在极端自然条件(例如高寒、深海、干旱等)环境中生存的生物,它们往往都有“独门绝技”,具有令人钦羡的材料性能。除了材料本身,生物材料的生长过程往往比较温和,取材比较简单,这些又为我们创新材料制备工艺,使其更加高效、节能、环保,提供了很多新奇的思路。作为新材料研究的前沿交叉领域,仿生智能材料的设计开发越来越依赖于数学、物理、化学、生物、计算机等多学科的交叉和融合。利用现有的先进测试技术对生物材料进行深入研究,揭示其复杂多级结构与其优异材料性能之间的“结构-功能关系”,往往能够为新材料的设计提供取之不尽的灵感。在此基础之上,通过理论模拟和计算机辅助设计,人们就能够有的放矢地制备、开发具有模仿甚至超越天然生物材料优异性质的仿生材料。

 

        在以往的研究工作中,我们深入研究了蜘蛛丝和仙人掌的“喝水”问题。发现它们能够从湿润的空气中高效地捕获和收集水。这一特性得益于蜘蛛丝和仙人掌表面特殊的微结构,能够驱动尺度很小的微量液体。具有相似性能的仿生材料,在淡水收集、气溶胶过滤、生物检测、智能催化等等领域都有极大的潜在应用。另一个例子是贝壳,它不仅强度高而且韧性好,这得益于它特殊的层状“砖-泥”结构。通过对这种结构的模仿,可以得到具有相似优异力学性能的结构材料。发现自然、领悟自然、模仿自然、超越自然,仿生智能材料这一门有趣又有用的学科方兴未艾,正得到人们越来越多的关注和重视。

 

        柏浩,1983年出生,2006年于浙江大学高分子系获学士学位;2012年于中国科学院国家纳米科学中心获物理化学专业博士学位;2012-2015年,于美国劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校从事博士后研究。2015年入选中组部“青年千人”计划和浙江大学“百人计划”,任浙江大学化学工程与生物工程学院研究员、博士生导师。

 

        柏浩主要从事仿生智能材料,特别是仿生界面材料、生物支架材料和结构材料的研究。与合作者一起系统研究了蜘蛛丝和仙人掌表面的定向集水性能,揭示了生物材料表面微结构与其浸润特性之间的关系,并利用多种物理、化学方法,制备开发了一系列模拟天然蜘蛛丝和仙人掌表面浸润特性的仿生智能界面材料。另外,通过对生物材料优异力学性能的仿生研究,发展了冰模板法和三维打印等方法,用于轻质、高强、增韧仿生结构材料和生物支架材料的开发,取得了多项有重要意义的成果。 其代表性成果多次作为封面文章发表在Nature, Nature Materials, Nature Communications, Advanced Materials等学术期刊上,引用900余次。曾获中国科学院院长特别奖、中国科学院优秀博士学位论文奖、卢嘉锡优秀研究生奖等荣誉。

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