作者：孙亦真

摄影：季俊辉

秋意渐浓，科学的暖流却在校园里激荡。9月29日，由上海市科协、上海市教委联合主办的“大师课堂——院士专家进校园”活动走进了静谧而充满活力的园南中学（罗城校区）。这一次，站在讲台上的，是中国科学院院士、上海交通大学讲席教授，张荻。他以一场题为《向自然学习的材料》的精彩报告，为在场的莘莘学子打开了一扇通往材料科学奇妙世界的大门，也将一颗“师法自然、科技报国”的种子，深深埋进了孩子们的心田。

PART.01

为国家造就更强的“筋骨”

报告伊始，张荻院士并没有急于展示那些高深莫测的科学公式，而是像一位亲切的祖父，分享了自己充满时代印记的求学与科研历程——从文革动荡中“渴望读书”的知青，到改革开放后第一批公派留学的博士生，再到毅然归国、投身科研的领军学者，他的人生轨迹与新中国的科技发展史紧密交织。

“当时我们国家的人均国民生产总值只有日本的十分之一，国家用宝贵的外汇送我们出国学习，是希望我们学成归来，报效祖国，早日建成现代化强国。”张院士动情地回忆道，“知恩图报，是我们中国人传承了五千年的美德。”这份最朴素的家国情怀，成为了他数十年如一日潜心钻研的永恒信念。

他所深耕的领域，是关乎国家重大战略需求的金属基复合材料。他用一个生动的比喻向同学们解释：“这就像盖房子，金属是水泥，我们在里面加入碳化硅、碳纤维这些‘钢筋’，让它变得更强、更轻、更刚。”然而，这项技术自上世纪六七十年代起，就遭到西方国家的严密封锁与禁运。“我们不能落后，身为科研材料人，我们等不了、慢不来，也停不下来！”张院士的话语掷地有声。带着这份紧迫感与使命感，他带领团队历经三十年攻关，系统性突破了材料设计、界面调控、加工成型等一系列关键难题。

“在航天领域，重量是‘克克计较’的。”张院士描绘了新材料带来的巨大潜力：如果在运载火箭中，用新一代复合材料替代部分传统铝合金，在不改变发动机的情况下，发射北斗卫星可多搭载100颗，发射月球探测器可多携带42辆月球车……“一代材料造就一代装备”，同学们真切地感受到，材料科学的每一次突破，都能为大国重器插上腾飞的翅膀。

PART.02

“向自然学习，我们永远在路上”

在取得了令人瞩目的成就后，张荻院士和他的团队并未止步。他们敏锐地发现了传统复合材料的一个“阿喀琉斯之踵”——材料越是坚固，其塑性（变形能力）往往就越差。如何打破这“鱼与熊掌不可兼得”的魔咒？他们将目光投向了历经亿万年进化、无比精妙的自然界。

“大家家里都有精美的陶瓷杯，它的强度比贝壳高十几倍，但我们却总担心它会摔碎。”张院士抛出这样一个有趣的现象，“可谁会在吃饭时，担心同样重量的贝壳掉在地上会碎呢？”他解释道，奥秘不在于材质，而在于自然经亿万年进化出的奇特结构。贝壳由95%脆弱的碳酸钙和5%柔软的蛋白质构成，却通过一种“微纳砖砌结构”，实现了强度与韧性的完美统一。

这便是“师法自然”的智慧，也是“材料遗态学”这一新兴领域的核心思想。张院士用一连串奇妙的例子，为同学们展现了自然宝库的无穷魅力：铁甲虫能用蛋白质和几丁质构成的外壳，承受自身重量3.9万倍的压力；寒带蝴蝶为了在寒冷中吸收更多阳光，演化出能将光线“困住”反复吸收的“光陷阱”结构；海洋褐藻（如海带）为了在水中高效吸收离子，体内形成了如同“高速公路”般的畅通离子传输孔道……受此启发，张荻院士团队开创了“遗态材料”研究。他们不再仅仅模仿自然结构，而是直接“借用”自然结构——通过巧妙的化学反应，将蝴蝶翅膀、植物叶片等生物模板中的原有成分置换成金属、陶瓷等人工材料，却完整保留了其精妙的微观架构。

于是，原本普通的二氧化钛，在继承了蝴蝶鳞片结构后，光吸收和催化效率倍增；用于检测毒品芬太尼的传感器，因为用了“金蝴蝶”作为基底，检测时间从2小时缩短至2分钟，成本从千元降至百元……“我们人做的材料性能提高3倍就很了不起，但自然界通过结构优化，性能可提高50倍！”张院士感慨道，“所以，当我们做到最好的时候，一定要反思自己的不足，向自然这个最好的老师学习，我们永远在路上。”

PART.03

创新就是找到自己的“不足”

“碳化硅很硬，但把它加进金属中为什么反而能减轻整体的质量呢？”“人工智能会对未来的材料研究产生怎样的帮助？”望着台下那一双双闪烁着求知光芒的眼睛，张院士屡次流露出对新一代少年的羡慕与期许。“我非常羡慕大家在这么好的学习环境里，你们生在一个伟大的时代，一个幸福的时代。”他语重心长地鼓励同学们，“希望大家努力学习，立志于做我们国家所需要的事情，最后成为各行各业的‘院士’。”

在他看来，创新并非遥不可及。“创新就是即使科研已经做到了顶尖，依旧能够找到不足之处，并持之以恒地突破。”他特别强调“勤思”的重要性，既要打下扎实的知识基础，也要善于跨学科思考与合作——正如他的研究离不开与生物学家、化学家、物理学家的紧密协作。

“大自然中存在着无穷智慧，向自然学习，是做科研的最好途径之一。”这不仅是张荻院士的科研信条，也是他传递给孩子们最宝贵的财富。

本次“大师课堂”在经久不息的掌声中落幕，不仅是为知识的传授，更是为科学的火种在少年心中燃起。“原来科学这么酷！大自然和材料之间竟然有这么奇妙的联系，我以后也想研究这样的‘未来材料’！”一位同学兴奋地说。这一刻，科学与梦想完成了无声的交接。张荻院士从黄土地走向世界前沿的坚韧足迹，如同一颗充满生命力的种子，悄然落入了这片肥沃的青春土壤。或许在不久的将来，这里将走出一位位新的科学家，他们秉承着前辈的精神，用从自然中领悟的智慧，创造出更多支撑强国梦想的“未来材料”，将中国的科技故事，书写向更遥远的星辰大海。

活动背景：

“大师课堂——到科学会堂·听科学讲座”主题活动由上海市科学技术协会和上海市教育委员会联合主办，邀请科学家与学生面对面互动，更好地“孵化”青少年的科学精神、创新素质，在助推“双减”的同时，做好科学教育的加法，激励青少年树立起投身建设世界科技强国的远大志向。

来源: 上海市科学技术协会