何吉欢:用数学来做纺织

2015年初,国际科学技术出版商爱思唯尔发布了“2014年中国高被引学者榜单”,评选出了1651名最具世界影响力的中国学者。现代丝绸国家工程实验室特聘教授何吉欢同时进入数学和计算力学两个学术领域的榜单,且在数学学科位列第一。 


何吉欢获得机械专业硕士、流体力学专业博士学位,现供职于苏州大学纺织与服装工程学院。在接受《中国科学报》记者采访时,他一直称自己是纺织领域的“门外汉”。那么,一个自称纺织领域的“门外汉”又是凭借什么进入数学和计算力学高被引榜单的呢? 

纺织数学领域的“先行者” 

“我们团队的主要研究方向是纺织数学,就是利用数学的研究方法尝试解决纺织工程领域内关键的科学问题。”何吉欢说。

这么说也许还是有一点抽象,可是当你听到他所研究的技术,用于宇航服、蒙古包等生产工艺中,既能保证材质内部恒温,又能使得材质外部快速达到环境温度,也许就没有那么陌生了。 

实现这一切听着不算高深,但做起来却是要深入到纳米级别,需要应用分形几何、非连续介质力学和分数阶微积分。因此,纺织数学是一门不折不扣的交叉学科,国内外学者都很少涉及,何吉欢可谓是该领域的“先行者”。 

多年的研究求索,何吉欢收获颇丰。其中,气泡纺丝技术是他的得意之作。制备纳米纤维的传统工艺是静电纺丝,即用针头一根根地拉拽,生产效率很低。“气泡本身具有数学美,而它一直是传统纺织工程中很难避免的问题,我就充分考虑到气泡的数学特性,即气泡极小的表面张力这一特点。”谈到自己钟爱的研究,他很兴奋。 

经过试验,何吉欢发现气泡纺丝是可行的。纺丝液表面产生的若干气泡可以瞬间破裂,形成很多射流,在静电力、气流等外力作用下将射流进一步拉伸而完成纺丝,这极大地提高了纳米纤维的生产效率。 

不让学生成为“打工仔” 

新生座谈会,研究生们拿着本子、笔,老老实实地来到教室,等待着开学第一课。 

可是,何吉欢似乎没有要介绍工艺、原理的意思,一上来就让学生们自己设计一套纺丝方案。这个实验室最擅长的是气泡静电纺丝,可第一项任务竟是让他们寻找一套新方案。 

“在科学研究中,我不喜欢走别人走过的路,我也一直鼓励学生要走别人没走过的路,最好是自己走出一条道路来。”何吉欢说。 

一群学生里,有人想到用气流纺丝,这得到何吉欢的鼓励。当然,这还不算完,他还鼓励学生进一步验证方案的合理性。只见学生找来两个电吹风吹气泡,用最简单、最直接的方式证实了方案的科学性。 

不仅如此,何吉欢还有很“特立独行”的高招。比如,出试卷不设正确答案,只要学生把思考的过程写出来,逻辑正确就算正确;教导学生看文献的时候,特别强调学生要跟着研究者的研究思路“走一遍”。 

他鼓励学生勇于质疑权威理论,敢于提出自己的思想见解。“因为现有的知识和结论往往会产生思想束缚,学生们学会了发散思维和创新思考,就可以在他们感兴趣的领域有所作为,不至于成为老师的‘打工仔’。”何吉欢说。 

产学研,我们一起进步 

产业化过程中遇到的问题包罗万象,实验室往往只能遇见“冰山一角”。如何让学生们接触到更多应用上的问题呢? 

去年,何吉欢成立了自己的公司,使气泡纺丝工艺走上了产业化的道路——用气泡纺丝技术生产纳米纤维,再把纳米纤维做成纳米膜,用于过滤自来水,去除杂质、保留矿物质。 

但产业化过程不是“用电吹风吹气泡”就可以了,光信书本上的理论,就可能出现“机器在实验室中正常,产业化中只转了5小时就罢工”的情形。 

“产业化过程能真正暴露科研理论和工艺技术问题,反过来想,我们也有了很多新的研究课题,让我们在这一领域做得更好、走得更远。”何吉欢表示,如今公司已变成了科研团队的第二课堂和实验室,生产过程中遇到的科研问题都由学生和老师合作攻关。带着产业化上的新发现,有些学生还走出了国门,进行访问交流。 

获得了“小成就”激励的学生们“每时每刻都处于思考状态”,早上何吉欢不用担心学生睡懒觉不进实验室,甚至半夜里,师生还会为某一科研灵感,打电话讨论得热火朝天。 

就在对对错错的争论之间,“学生常有令人惊讶的观点,不仅大大提升了他们自身的实操能力和解决问题的能力,也带动我一起进步”。何吉欢说。 

目前,他正致力于民用纳米产品的量化生产,研发更多的纳米纺织产品,在培养创新人才、服务地方经济发展的同时,也将自己钟爱的纳米数学发扬光大。

(新闻中心)
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