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一路逆襲！從輟學少年到武大教授，他的故事感人至深！

來源：科學10分鐘時間：2022-01-11 19:25:06 瀏覽：2847次

今年，由《麻省理工科技評論》評選出的亞太區“35歲以下科技創新35人”名單正式發布。來自于亞太地區10余個國家的35名獲獎的年輕學者，既有各研究單位的科研人才，又有高科技企業的創新領袖，覆蓋了生命科學、人工智能、能源環境、先進材料等新興科技領域。其中，陳朝吉，一名年輕的、致力于以天然材料解決可持續發展面臨的材料-能源-環境問題的武漢大學教授，吸引了在場所有人的注意。

圖1：陳朝吉教授在“35歲以下科技創新35人”頒獎現場

“如果沒有讀書，現在應該在賣豬肉吧……”

會議期間，陳朝吉在臺上向眾人展示了自己博士期間及現在的研究課題及成果。落落大方的姿態、豐厚的科研成果，讓人不由得想象這樣的年輕人來自于什么書香門第。而令人震驚的是，當記者好奇地問及這位青年學者的生平時，陳朝吉笑著調侃自己：

——“如果沒有讀書，現在應該在賣豬肉吧……。”

陳朝吉自述出生在廣東雷州海邊的一戶農家。由于家庭貧困，他小學畢業即輟學在家，不僅要幫忙干農活，還要在海邊撿螃蟹、塑料瓶等補貼家用。

即使輟學在當時周圍的貧困村莊都較為普遍，陳朝吉也沒有因此放棄對讀書的渴望。偶然得知有一場通過就可以直接上初三的考試后，他白天幫家里干活，而每個晚上，就在昏暗的光線下自學中學知識。最后，他成功通過考試重回校園，并以優異的成績在中考前被提前保送到湛江市二中實驗班免費讀高中。

2006年，陳朝吉以優異的成績被華中科技大學材料學院錄取。

2010年，他加入材料學院黃云輝教授課題組，在導師黃云輝教授和胡先羅教授的指導下，直接攻讀博士，開始了對儲能材料和器件的研究。

博士畢業后，陳朝吉加入華中科技大學謝佳教授課題組進行博士后研究。

再后來，他又前往美國馬里蘭大學帕克分校胡良兵教授課題組進行第二期博士后的研究。在這個木材與纖維素領域著名的課題組中，陳朝吉聚焦木材及纖維素材料的結構設計及功能化利用，開始了他在該領域的探索之旅。

會中，陳朝吉說，他永遠不會忘記曾經那個差點就去賣豬肉的少年，感謝曾經那個堅定每一個選擇的自己。

“科技創新35人”獎項的獲得為陳朝吉帶來了大量關注。而實際早在2018年，陳朝吉就已在科研上漸露頭角，以共同一作的身份發表了他在《Nature》上的第一篇文章，并接連獲得“2018 R&D 100 Awards”、“馬里蘭大學2018年度發明獎”（為物質科學領域唯一入選）、“2021中國新銳科技人物卓越影響獎”等獎項。同時，他連續入選斯坦福大學“全球前2%頂尖科學家”2019年、2020年榜單（位于前0.3%），以及科睿唯安“全球高被引科學家”2021年榜單（材料科學領域）。接下來我們一起來了解陳朝吉作為核心成員在國際頂尖期刊上發表的代表性成果。

超級木材，媲美鋁合金

2018年2月8日，陳朝吉以共同第一作者的身份（第一作者：宋建偉、陳朝吉、朱書澤、祝名偉；通訊作者：胡良兵、李騰）在《Nature》上發表了發表了題為“Processing bulk natural wood into a high-performance structural material”¹的成果。

該文章報道了一種簡單有效的方法，通過讓天然木材在NaOH和Na₂SO₃的水性混合物中沸騰，去除木質素和半纖維素后進行熱壓，使細胞壁完全坍塌，天然木材完全致密，并具有高度排列的纖維素納米纖維。這使得天然木材直接轉化為高性能結構材料，其強度、韌性和防彈力增加十倍以上，其拉伸強度達到587 MPa，可以和鋼材媲美；而比拉伸強度高達451 MPa cm³/g，超過幾乎所有的金屬和合金材料，甚至包括鈦合金（244MPa cm³/g）。且該方法被證明對各種木材普遍有效，可使木材成為低成本、高性能、輕質的金屬替代品。論文一經發表，獲得了鎖志剛院士、高華健院士的高度評價。

圖2：致密化木材的加工方法及力學性能

再次刷新人們對于木頭的認知！

而在今年10月，陳朝吉和同事們（第一作者：肖少良，陳朝吉，夏芹芹，劉宇，通訊作者：胡良兵）在《Science》上發表了題目為“Lightweight, strong, moldable wood via cell wall engineering as a sustainable structural material”²的成果，并被選為當期雜志的封面文章。

在這一成果中，作者使用細胞壁工程將硬木板塑造成多功能三維結構的加工策略。在分解木材的木質素成分并通過蒸發水關閉導管和纖維后，通過快速的水沖擊使部分木材重新膨脹，選擇性地打開導管。這形成了一種獨特的褶皺細胞壁結構，使材料可以折疊并塑造成所需的形狀。由此產生的三維成型木材比起始木材強六倍，可與廣泛使用的輕質材料（如鋁合金）相媲美。這種方法大大擴展了木材這種可持續和高性能材料的多功能性，可謂是造出了強度與鋼鐵一樣高，密度卻只有鋼鐵的六分之一的“超級木材”，使木材成為結構應用中塑料和金屬的潛在替代品。

圖3：通過細胞壁工程加工策略使木材更堅固并可塑造

木材纖維素，助力可持續發展

除“超級木材”外，陳朝吉聯合同事們（第一作者：夏芹芹，陳朝吉；通訊作者：胡良兵、耶魯大學姚媛），把木材又玩出了新花樣。相關論文以“A strong, biodegradable and recyclable lignocellulosic bioplastic”為題，發表在《Nature Sustainability》上³。該論文報告了一種簡便的原位木質素再生策略，從木質纖維素資源（例如木材）合成高性能生物塑料。在這個過程中，天然木材的多孔基質被解構，形成均勻的纖維素-木質素漿液，其特征是再生木質素和纖維素微/納米原纖維之間具有納米級纏結和氫鍵。由此產生的木質纖維素生物塑料顯示出高機械強度、優異的水穩定性、抗紫外線性和更高的熱穩定性且對環境友好。這種原位木質素再生策略為生產堅固、可生物降解和可持續的木質纖維素生物塑料提供了簡便可行的方法，使其可作為石化塑料的潛在替代品。

圖4：原位木質素再生法制備木質纖維素生物塑料

在這個木材與纖維素領域著名的課題組中，每有成果產出，立刻就會受到廣泛的關注。今年，陳朝吉和同事們（第一作者：Tian Li，陳朝吉；通訊作者：胡良兵）在《Nature》上發表了題目為“Developing fibrillated cellulose as a sustainable technological material”的綜述論文⁴。該文章綜述了原纖化纖維素，即由纖維素纖維分解成的、其尺寸可以變化與控制的結構塊，在長纖維、薄膜、多孔膜和凝膠等復合材料中的應用，討論了這些結構的實際開發的研究方向以及需要克服的挑戰，并強調了擴大材料制造規模的一些關鍵問題。從化石燃料時代走向可持續發展的未來，需要高性能的可再生材料，碳排放低甚至是凈零。纖維素是地球上最豐富的可再生生物聚合物，可期待纖維素作為領先的低維材料之一，以可持續的方式解決全球水、能源與環境問題的巨大挑戰。

圖5：原纖化纖維素概述

另一篇綜述文章聚焦在木材的結構功能關系上，以題為“Structure–property–function relationships of natural and engineered wood”⁵發表在《Nature Reviews Materials》上（第一作者：陳朝吉；通訊作者：胡良兵）。在這篇綜述中，作者說明了如何通過結構工程、化學或熱改性來重新設計木材，以改變其機械、流體、離子、光學和熱特性。這些改性使木材廣泛的應用成為可能，包括在高性能結構材料、能量存儲和轉換、環境修復、納米離子學、納米流體學以及光熱管理方面的應用。還強調了先進的表征和計算模擬方法，以了解天然和改性木材的結構-特性-功能關系，為仿生合成設計提供信息。最后，提供了對木材研究未來方向以及工業化挑戰和機遇的看法。

“要做實實在在的產品，做有用的科研！”

除上述的三篇正刊文章及兩篇子刊文章外，近幾年來，陳朝吉在《Nature Communications》、《Science Advances》、《Journal of the American Chemical Society》、《Advanced Materials》等知名刊物發表第一作者（含共同第一作者）或通訊作者論文80余篇。截止2021年11月，28篇論文入選ESI高被引論文，論文總引用12,000余次，H因子61（谷歌學術）。

面對記者對科研實用性的提問，陳朝吉回答，“光有理論成果是不夠的。我也一直在思考如何把實驗室的科研成果轉化為實實在在的產品，真正為改善大眾的生活出一份力。”陳朝吉博士長期從事生物質材料（木材、竹材、纖維素、甲殼素等）的結構設計、功能化及高附加值循環利用方面的研究工作。在造出了“超級木材”、用于清潔能源存儲的木材基電池及電容器、超薄超強的木材基耳機聲學振膜等材料器件后，他懷揣著一名科研工作者不懈追求的理想，帶著豐碩的研究成果回國，目前任職于武漢大學資源與環境科學學院，希望能做出實實在在的產品，為科技做出一點改變。隨著可持續發展成為全球性議題，他將目光聚焦于環境友好型材料的設計與研發領域，以期促進邁向碳中和過程中面臨的材料—能源—環境問題的解決。

34歲的他，成功從輟學少年逆襲成科研后浪。前方的路還很長，衷心祝愿他能做出新的突破，實現科研愿景，為祖國建設添磚加瓦。

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