未来研究方向的思考

先考虑大的方向,再慢慢考虑到眼前。

虽然将来我会继续增值,但目前来看,还是以流变学这一不太长的特长为主,所以要考虑流变学发展前景。其实现代的流变学已经分为两大块:非牛顿流体力学和非平衡态的软凝聚态物理。McKinley的研究比较偏前者,而Weitz的研究偏后者。两方面的研究,发展到今天,都需要建立新的实验硬件。非牛顿流体力学的研究需要流场表征手段,加上目前已经进入微流道microfluidic时代,在这方面的基础研究会推动很多未来的产业,因此需要制作微流道流变测量器件。而非平衡态的软凝聚态物理需要各种时间和空间分辨的结构测量手段。这些手段在我们实验室都不具备,有待建立。从我们实验室已有设备来看,在原有的动态光散射仪基础上,可建立DWS。在原有的旋转流变仪基础上可增加PIV。同时,利用973的资助还可以建立基于光学显微镜的particle tracking。问题只在于具体选择什么科学问题来研究。由于搭建仪器本身就需要时间比较长。现在只能注意跟踪研究前沿,等自己的仪器快要搭建好的时候,再按到时的研究前沿考虑研究课题。研究进展日新月异,现在想了也白想,只能够大致决定搭一台具备什么功能的仪器。

选择什么研究体系,研究什么问题,凭空想是很难有创新性的,靠天天看文献,也超越不了拾人牙慧。我觉得创新的来源应该从自己课题组以往的积累中获得。课题组长期从事什么体系的研究,就会积累很多“独家”的问题。可是,在流变学方面,课题组之前的研究(临界凝胶点)跟我现在的差别比较大,而且暂时也想不到有什么可深入的余地。我现在的研究(Laponite体系),又太多人研究(我基本上是跟着Joshi屁股走),而且跟他们(特别是法国那堆人)相比我的研究手段太单一,目前关于Laponite体系剩下的问题难度都很大,光靠旋转流变仪,除了能验证一些已提出的理论之外,基本上做不到什么探索。因此,我的打算是把延迟屈服这一块做一做就收摊了,需要寻找新的研究体系。是不是要在广阔的complex fluid海洋里随机挑选呢?microgel、emulsion、foam之类的,说出来都感觉很陈旧,目前无论怎么做也是超不出Larson那本书的视角的。目前我也没有好的主意,但希望按照两个原则。第一是希望选择一个既有理论问题可做,又能成为有功能的产品的体系,方便我发文章;二是寻找到反直觉(counter-intuitive)的现象,例如剪切增稠、应变硬化、负泊松比、自驱动、自增强之类。

选择研究体系,还要考虑课题组的仪器设备情况。从目前来看,除了那台拉力机之外,我们课题组仪器基本上是做流体的,而不是做凝胶的。两台旋转流变仪,动态光散射、粒度和zeta电位等等等,甚至包括将来可能搭建的particle tracking微流变。因此,研究凝胶相的仪器其实就一台拉力机。但是,课题组以往的研究工作,都是凝胶,而且还是高力学性能的凝胶(不是胶体凝胶),所以所积累的科学问题都跟凝胶相有关,我也不想抢他们做拉力的饭碗。所以综合来看,研究剪切增稠是一个比较合适的选择。趁最近几年流变学的空间表征手段大爆炸还集中在colloidal gel(剪切变稀体系)的时候,快点做一点剪切增稠的体系,希望可以赶在前面。

DWS和PIV的建立,应该是不需要等到973拨款的。所搭仪器方面,目前想尽快动手的就是搞那台动态光散射。实验体系方面,完成Laponite的延迟屈服研究之后,想开始寻找剪切增稠的模型体系。有两大方向,一是高分子体系(associative polymer),二是colloid体系。应用面广的还是后者。如果不难的话,希望两者都试一下,在机理上两种截然不同的体系能够作比较研究,或许能够找到一些共性甚至是普适性,为建立剪切增稠的一般理论提出参考。