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在肉眼看不到的原子世界，一個細小的改變，或許就能引起人類世界的巨大變革。我們常接觸的不銹鋼、鋁合金等絕大多數金屬，放大來看，是一個個有序排列的原子，這種合金被稱之為晶體。經過特殊加工之后，原子的排布可能會變得無序，也就是非晶態金屬，很多神奇的性能也隨之出現——儲氫、制氫能力倍增，這在能源緊缺的當下，尤為珍貴。
暨南大學先進耐磨蝕及功能材料研究院副研究員林懷俊將這些非晶態金屬視作珍寶，借此探索提高儲氫制氫性能的奧秘。漫長的科研歲月，由無數失敗瞬間組成，偶爾有幾次柳暗花明瞬間，如沙里淘金。面對無序的原子世界、枯燥乏味的旅程，他步履堅定，十余載回轉身一望，已是新的一番天地。
暨南大學先進耐磨蝕及功能材料研究院副研究員林懷俊
發現金屬的溫度
在林懷俊的生命旅程中，起初發現冰冷金屬的溫度，或許是摸到父親修過的手表和眼鏡的那瞬間。各式各樣的鑷子、鉗子、螺絲刀在手中轉動，將一個個鏈條、螺絲帽、眼鏡腿兒、手表機芯一陣鼓搗，就成了街坊鄰里鼻梁上、手心里的寶貝。小小年紀的他見識到了一個工匠的巧手可以帶來的威力。那時起，他就在心里悄悄埋下了一個工程師夢。
大二那年暑假，他在深圳龍華一個模具廠實習，帶他的同事畫完設計圖之后，就去工廠車間里跟師傅們討論細節。他想，自己以后的生活大概也是這樣，那不是他喜歡的生活，當工程師的想法就擱置了，而是繼續碩博連讀攻取博士學位。
博士期間兩位導師的言傳身教，讓林懷俊堅定了想要往科研、教學路上走的想法。他的導師之一是華南理工大學副校長朱敏教授，很多次，晚上8點多的時候，朱敏還去實驗室，一句句地幫學生改論文，或是講解實驗原理。
“我特別感動，他作為科學大師，身兼數職，事務繁雜，但對我們學生還是特別負責。我挺受影響的，覺得做老師挺好的，能帶學生、傳授知識。”
2013年農歷新年第一天，大概早上9點左右，林懷俊打電話給自己的另一位導師——中科院物理研究所汪衛華院士拜年。林懷俊打的是辦公室電話，出乎意料的是，導師真的接了，他正在實驗室里工作。導師輕描淡寫說道：“我們這個工作哪有什么假，初一也沒什么特別的。”在林懷俊看來，導師汪衛華特別勤奮、刻苦，近年來他甚至利用坐飛機的時間寫了一本關于非晶態合金材料的書。導師們點點滴滴的努力和成就，給了他鼓舞和動力。
11年，重復兩件事
明確了方向之后，林懷俊一直在研究能提高制氫儲氫性能的非晶態合金材料上發力。
煤、石油等能源的使用造成了很大的環境污染，氫能作為儲量豐富的清潔能源，被寄予了解決能源和環境問題的厚望。但氫的利用需要經過很多環節。
林懷俊介紹，比如在制氫這一環，工業上制備氫氣主要通過對化石燃料的重整，目前世界上90%以上的氫氣都是以這種方式制取的，對環境不友好。而通過電解水的方式，難度很大，所需的能量很高，效率也比較低，需要催化劑來幫忙。非晶態合金由于有更多的活性位點，容易吸附水，解離成氫氣和氧氣，因此是很有應用前景的催化劑。
另外由于氫原子很輕，密度小，氫氣的儲存也很困難，100斤的儲氫罐都儲存不了一斤的氫氣。如果固態材料能像海綿一樣吸取氫氣，儲氫的密度就會大大提高。林懷俊在研究中發現，一些晶態材料經過非晶化處理之后，儲氫量可以提高10%左右。
從開始碩博連讀算起的11年的科研路上，林懷俊一直重復著兩件枯燥的事——把非晶態金屬材料做出來，然后分析它的結構和性能。
“每天都在經歷失敗，有的是小失敗，有的是大失敗。”他感慨說。
樣品被污染是最常見的問題，做實驗所需的樣品往往只有10毫克或20毫克，用量非常少，很容易被污染了，就會導致失敗。另外，非晶態合金不穩定，導致經常測不出性能，或是做出的材料不理想。
曾經，他想要開發一種新型非晶態合金，可以有更高容量的儲氫密度，這種合金還沒有人報道過。他懷著在荒野上開辟新路的使命感，花了2個多月，一直在嘗試改變合金的成分和工藝，沒有一次成功。后來他跟導師討論，覺得難度太大，這個材料可能做不出來。那對他來說，是一次刻骨銘心的失敗。
導師們告訴他，科研是一條很崎嶇的路，有時候是有心栽花花不開，無心插柳柳成蔭。
柳暗花明
終于，林懷俊等來了旅程上的柳暗花明。
盡管有很多挫折，但在碩博連讀的五年間，他一直堅持研究高容量、高儲氫密度的非晶態合金。遇到瓶頸了，就先停下去做別的研究，過段時間再回到主路上來。
到了博士快畢業的時候，他發現通過一些處理，非晶金屬材料的性能可以得到比較大的提升。通常晶體金屬都要經過活化，也就是去除金屬表面的氧化物，氫氣才能進入其中。但他發現這些非晶態合金不需要活化就可以吸氫，儲氫量比晶態合金提高了10%，達到5%，另外通過調控其中某一個元素，能提高材料脫氫的性能。
遇到一塊硬骨頭，繞過它，過段時間再來交手，這是拉鋸戰的智慧。而有時候，科研上的突破也需要一絲幸運，但足夠有耐心的人，才能等到幸運的降臨。
一次做實驗的時候，有一個材料被氧化了，一般認為這已經被污染了，肯定是要扔掉了。一天中午，林懷俊正在做實驗，習慣性地把被氧化的樣品拿起來，測了樣品的穩定性。出乎意料的是，他興奮地發現，用這個材料脫氫的溫度降低了，這也就意味著材料更容易脫氫，性能更好了。
看著溫度曲線慢慢往下，他不太相信，以為是出錯了。在跟導師討論之后，他又用了更多的實驗手段去測，看到材料更詳細的結構，這是他從未見過的共生納米粒子結構。他才意識到，自己發現了一種新的可以提高儲氫性能的材料。他像打了雞血一樣，興奮地睡不著覺，很快就把將研究結果發表了出來。
然而一項成果從實驗室到應用端，有很長的路要走。林懷俊說，現在需要解決的問題是降低鎂基儲氫材料的工作溫度，提高電解水制氫的效率，用鐵基合金等比較廉價的金屬催化劑，代替鉑金等貴金屬。
“對做材料研究的人來說，最大的希望是看到這個材料得到運用的那一天，比如可以用到純氫能汽車中。隨著人們對環境的要求越來越高，我們的材料也會發揮更大的價值。”
采寫：吳曉嫻
攝影：林里
原標題：《青年人才托舉工程｜林懷俊：從無序世界探索儲氫制氫奧秘》
