焦淑红：做“顶天立地”的科研

编者按

“中国青年女科学家奖”是欧莱雅和联合国教科文组织“为投身于科学的女性”计划在中国的发展和延伸，由中华全国妇女联合会、中国科学技术协会、中国联合国教科文组织全国委员会以及欧莱雅中国于2004年联合设立，已成为专门面向广大女科技工作者的全国性奖项。截止第19届，共有204位女科学家脱颖而出，她们弘扬科学家精神，矢志科技报国。女科学家，一代耀一代。

果壳采访了第十九届“中国青年女科学家奖”的部分获奖女科学家，让我们一起听听她们与科学的故事。

被采访者：

焦淑红 中国科学技术大学教授/化学与材料科学

焦淑红永远记得，十几年前第一次在电镜里，看到自己做出的单晶材料那天。

那是一个典型的北京秋日下午。狭窄的电镜视野中，那块单晶纳米材料，那么纯净、优美。她怀着激动、喜悦，一抬头，看到天高云淡，金黄的银杏叶，静静地铺在蔚蓝的天空上。

时间定格住了，而焦淑红令人惊叹的科研之路，从那刻起也拉开了帷幕。

合成出单晶纳米材料的那天，焦淑红在北京大学化学与分子工程学院徐东升教授的课题组读研究生二年级。一年多以后，她就这个材料发表了人生的第一篇论文，刊登在材料领域顶尖期刊Advanced Materials上。她的科研之路，起点比许多人的终点还要高。此后十余年，该类材料从实验室，走向应用，最终为国防领域做出了重要贡献。

2016年，焦淑红在美国西北太平洋国家实验室做博士后。新的实验室，她也转换了新方向，开始了高能量密度电池方面的研究。在业界几乎所有人都认为，醚类电解液无法兼容4V以上的高电压正极材料的巨大挑战下，她花了一年多的时间，就开发了新型的醚类电解液体系。可以说，有了这个电解液体系，才让高能量密度的锂金属电池真正有了走向应用的可能。而关于这项研究的论文，发表五年，被引用超过700次。

2017年，焦淑红归国，来到中国科学技术大学。六年间，她组建团队、跟企业合作，在之前研究的基础上，开发出了能量密度高达500瓦时/千克的锂金属电池器件，位于行业先列。

攀登时，不要去想它有多难

说到自己的成就，焦淑红总会说，自己受益于比较听话。

在北大做出新材料，是徐东升教授指导得好，在科研方向上高瞻远瞩。做出了具有独特结构的纳米材料后，也是导师觉得材料的某些特性，可以应用到军工领域，推着焦淑红跟海陆空相关部队打交道。

在美国西北太平洋国家实验室，成功找到了合适的电解液体系，也要感谢当时导师给出了很多建议。“传统认知认为，醚类电解液在4V以上高电压正极的表界面处特别容易氧化，两者不能兼容；我的合作导师跟我一起讨论，我们尝试添加一些锂盐，在正极与电解液之间形成稳定的界面层，防止电解液氧化。在我们试验了很多种电解液配方后，真的找到了合适的电解液体系。”

因为喜欢爬山，焦淑红经常把科研的过程，比喻成登山：“导师让我去爬这个山，我不管，也不用去想它有多难，多少人没能爬上去，我就一个想法，走哪条路能上去，然后通过怎样的协作，如何利用周围地势，把这个事儿做成。”

如果科研是登山，那焦淑红一定是一个非常勤奋的攀登者。从研究生时期起到现在，将近二十年的时间里，她一周至少工作六天，每天至少十个小时以上。高校里原本有两个多月寒暑假，她加起来最多只休2-3周，寒假和暑假各一周。

在北大研究纳米材料时，刚开始，她做上百次合成实验，才能获得足够的材料去测试性能，一次实验就要耗费两三周，但也得做。后来她带着团队寻找提高产量的方法以及探索放大工艺，做到公斤级时，实验器材也变得非常大，要用50升的大桶。实验成了体力活，每次一抬大桶，全楼道都知道他们又要做实验了。

在美国研究电池时，合作导师虽然给了方向和建议，但要逐一落实，工作量也非常大。上百个电解液配方，要一个个尝试，再根据实验数据，制定下一步实验方案。实验工作之繁琐、复杂，让许多同实验室的人都不愿尝试。但她，扎扎实实地研究了每一个配方，即使结果不好的配方，也要去探究背后的原因，还做了详细的实验记录。“哪个配方，对应什么数据，电池性能如何，我到现在都能很快地找出来。”

不过，在焦淑红看来，勤奋只是做科研最基本的要求，科研界也不缺勤奋的人。“在科大（中国科学技术大学），如果你晚上11点走，抬头看，会发现楼上灯火通明。春节我偶尔来办公，发现很多老师也在加班。你都不知道，这个世界上有多少人比你更勤奋更努力。”

焦淑红和团队合影

魔鬼都在细节中

作为一个材料化学工作者，焦淑红时常会强调“条理”的重要性。“要提前安排好实验，做的过程中，要记录好数据，而且要及时总结，这样才能很快找到其中的规律。”

工作和生活中，焦淑红对条理的追求，体现在每一个细节。在北大待了近十年，她的实验台永远是最干净的。电脑上的文档，总是分门别类，很容易就能找到需要的文件。她办公室的书架，整整齐齐，书都有高矮排列。

对细节的谨慎，来自一次次实验中的切肤之痛。

在研究生期间做出单晶纳米材料不久后，焦淑红发现，无法重复自己的实验了，无论怎么尝试，材料就是不如原来合成的那么规整好看。她找遍了各种可能的原因，最终发现，问题出在一个试剂上。甚至不是试剂加错了，也不是用量不对，只是新换了一个厂家。即使是同一个试剂，不同厂家所用的原料中，杂质的含量、成分都不一样，就是这么细微的差别，都会对实验结果造成很大影响。“这件事教会我，再仔细再认真都不为过。”

后来做电池研究，类似的事情也发生过。同样的配方，在美国的实验室做，跟在中科大做，电池性能表现就不一样。经过各种条件的筛选和思考，焦淑红意识到，问题出在温度上。西北太平洋实验室在美国西北角的华盛顿州，冬天比较冷，而中科大在合肥，地处华东，冬天也很少能到零下。焦淑红将这个小细节，又推进了一步，更深入地研究环境温度对锂金属电池性能的影响，写成论文发表，引起了学术界广泛的关注。几乎同一时间，国外一个著名的课题组，也就这个主题发表了类似的工作。“处处留心皆学问，你留意的一个很小的细节，到后面都会发现，跟你的科研是息息相关的。”

实验室里的科学家，想要营造的是一个稳定环境，在这个世界中，引入一个变量，然后去观察这一个变量带来的影响。但在现实中，太多东西会变了，试剂的厂家、温度、空气湿度，甚至器材摆放的位置，都会变。科学家要对抗的，往往就是这些隐秘的变化。

而焦淑红用细心和条理，抵抗住了繁杂的变化。她做出来的实验数据，很规矩，一致性很好。“这种情况下，我再去总结，很快地就能看到里面的规律性，然后再有针对性地去设计下一个实验，验证看到的规律，就很容易出成果，也比较有成就感。”

实验室里的焦淑红

向下扎根

乍一看，焦淑红的科研之路让人羡慕：她的两个主要工作，虽然方向不同，但都很快就出成果，而且引起了学术界的关注。仿佛细心和勤奋铺就了一条轻而易举的成功之路。

但仔细观察，才能看到其中的颠簸起伏。

研究生二年级，她就做出了新材料，发表了一篇很好的文章。但之后近十年，她都在围绕这个材料，推进它的应用。做电池的研究更是如此，那篇关于醚类电解液的文章，被引用700余次，但此后，焦淑红又沉寂了许久。

在她身上，有一个关于科学家们非常有趣，但又残酷的命题——在短暂辉煌之后，一个科学家如何应对之后的沉寂。

焦淑红的回答是，向下扎根，把研究做深、做透。

做材料研究的那十年，她在实验里把前期只能做出零点几克的材料，放大到三十公斤，这才给了它走向应用的可能。“合作单位想验证它的光学性质，或者力学性质，起步就要一公斤，你如果产量太小根本没法开展这方面的应用研究。”

除了提高产量，还要根据应用单位的需求，不断改进材料的性能。“这就要求我们不仅要了解材料最底层的物理、化学性质，还要能从应用的角度去反推，如何调整出更合适的结构。”

在别人眼中的“沉寂”阶段，焦淑红没有感到压力，也不焦虑。

被这个材料推着，她打开了一扇又一扇通往新世界的大门。尤其是跟军方单位的合作更让她意识到，自己的科研工作，除了探索知识的边界，还能为国家做出贡献。“当时，我有机会接触到很多部队的优秀科学家，看到他们在国防领域，如何去推进国防事业，也看到自己的工作，跟国防有哪些联系。这些带给我很多求知欲，就想往前走，看我的材料到底能怎么用、怎么改进。”

焦淑红，2023年初夏摄于中国科学技术大学校园郭沫若广场

焦淑红始终记得，北京大学刘忠范院士说的话，“要么上书架，要么上货架”。道理很简单，要么去探索真正的科学，能写进教科书；要么就在应用中，解决工业界实际的问题。

一直到今天，她还在忠实地履行着这个信念。

其实近些年，焦淑红和团队在电池领域也取得了一些进展，但不少工作都积压着没有发表。“电池是一个系统工程，你的正极性能好，负极性能好，但加在一起未必好；要把正极、负极、电解液全都协调起来，从电池器件的层面评价电池性能好，才是真的好。比如，我们的一项工作，可能更新了某个材料，局部上能看到性能的改进，但真到了器件应用层面，不见得有用。”

在她看来，电池研究是面向应用的科学研究，“我们希望电池不仅要充电快，要轻便，要能量密度高，还要使用寿命长。这里面很多因素是互相制约的，就要求我们理解背后最底层的科学问题，也要在器件的层面上不断创新，困难是很大的。”但只有这样，才能真正推动电池的进步。而在此之前，沉寂是不可避免的。

跟过去研究功能纳米材料不同的是，电池的研究非常热门。很多著名企业都会找到焦淑红的团队合作，比如国轩高科、蔚来汽车、中国电子科技集团等。一方面，企业希望科学家能解答电池为什么失效的问题，另一方面，他们也想布局未来，共同研发能量密度更高的电池。在国家层面，电池也备受关注。在一些现代战争中，无人机已经被大量应用。它想飞得高，电池就不能太重，但同时又要保证续航里程，不然飞行半径太小。一旦高能量密度电池能在同等重量下，让续航里程翻倍，带来的社会变革将会是方方面面的。

如果说，在冷寂的时代中，向下扎根、深挖尚且容易，在热闹中，主动去坐冷板凳，更需要定力，也要承受更大压力。“学生也面临毕业的现实问题，但我希望，我们课题组的科研工作，就像一棵‘顶天立地’的大树，“顶天”就是要想尽一切办法提升电池的性能，“立地”就是指一定要深入挖掘机理，搞清楚现象背后的原因。如果根扎得不深，树是很容易倒的，所以必须要努力向下扎根，即使这个过程很痛苦。”

山再高，只要行动起来，就有登顶的那天。“如果不行动，一直停在山脚，想了一年又一年，山永远都在那里，你还在原地。我觉得我不聪明，也不是很厉害的人，但我一直在走，永远在走，总能到达理想的彼岸。”

采访/撰文：程观

编辑：吴欧

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