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一个颠覆性的新发现登上顶刊，中国科大毕业的他计划明年回国

材料学网 · 公众号 · · 2024-08-11 21:11

正文

“难道是我眼花了？" 一阵惊喜掺杂着矛盾在张礁石心头翻涌。当他首次观察到那极具特色的新粒子生成现象时，他知道这可能是一场科学革命的开端。急切地搜集了更多的视频资料，并细致入微地逐帧分析后，一个突破性的观点在他脑海中闪现：这些新粒子大多并非如传统理论所述，在云外流区形成！这一观点无疑颠覆了现有科学界的普遍看法。受到导师王坚教授的鼓励与支持，在接下来的四年里，张礁石坚持不懈地探索并收集数据，最终以确凿证据证实了他的革命性发现。

近日他的研究成果被著名学术期刊Science所确认，并正式发表出来，为粒子生成机制开辟出一块全新的领域。这项工作的代表着中国及世界科研界值得骄傲的时刻：美国圣路易斯华盛顿大学能源、环境与化工系下气溶胶科学与工程中心的博士后研究员张礁石担任第一作者；而该校同一系主任教授、中心主任王坚则是论文的主要通讯作者。外界切莫低估“80后”张礁石这位一直在路上探索前行者的坚韧精神和卓越才华：2012年电子工程硕士毕业后投身于顶级科技公司成为程序员；2013年大胆离开舒适区选择重返学术海洋攻读环境科学博士学位；从中国科学院的工作跳转至美国的继续深造……每一步的选择不仅映照出他对知识的渴求和对未知世界的好奇之心，也昭示着他科研职业道路上不断自我挑战和超越的决心与勇气。

张礁石

不过，张礁石笑道：“如果能做一些有意思的事，‘折腾’一点也没关系。”

一个颠覆教科书的发现

当我们仰望天空，很少有人意识到我们头顶上方的大气层实际上一个庞大的化学实验室。这间实验室充斥着各式各样的气体分子和微小颗粒，它们持续不断地碰撞与作用，创造出云朵、降水等熟悉的自然现象，并深远地影响着全球气候。你知道吗？环境中的许多颗粒物源于“新粒子生成”（New Particle Formation, NPF）过程——这是一种气态物质在洁净空气中均相成核形成新生微小颗粒的过程。这些新生的微粒直径极小，通常是人类头发直径的千分之一到万分之一。

传统理论告诉我们在对流层中产生新粒子时常常伴随云的形成，在云外流区域尤为常见——这里所在的空气被认为更为清洁纯净。低空中漂浮着大量的气态前体物得以借助对流传输至该环境并促发新粒子生成型的条件搭建起适宜的平台。 2020年，在张礁石深入分析飞机从北大西洋空中采集回的数据后，他惊讶地发现了一些令人困惑的现象：众多理应围绕云雾的新粒子生成事件远非如此简单！没有预期中的云雾为这些事件发生提供了条件；他们抽检的几个样本区域中生态环境检测出了大量未预知的新特征凝结现象发生点的存在。

激动之余他将这一惊人之发现快速反馈给了王坚教授，并得到了他的积极响应与支持，“何不一试？” 他对张礁石说以鼓励的态度表达了创造力思维的重要性及推动科学前行的力量。这一简单的对话启动了他们的探险旅程：挑战传统假设、深化我们关于环境科学和全球气候复杂性的理解之旅就此开始，并可能彻底改变我们的世界观识图理解世界的多种可能性的服务提供了有影响力的视角和观点提供的研究方法是基本的要求但同时也是必要的步骤进行实验考验现有的认知是需要勇气和智慧的道路需要的是勇于探索的精神力量提供的是一种新型视点通过现有的、前沿的方法。

王坚教授团队（左三王坚，左四张礁石）

在2022年，张礁石教授借助北大西洋上空飞行收集的宝贵数据，克服重重困难完成了论文初稿。尽管初期的数据支持并不完善，但王坚和张礁石并未气馁。他们壮志踌躇地将视野拓展至全球范围，历时一年研究国际相关机载观测资料，在历史的高度完成对地球表面至平流层高空、南极到北极的详尽审视。这份不懈追求终于迎来硕果：通过对大规模数据细致入微的分析揭示了新粒子生成的重要机制——对流层上部的新粒子不单是云外产生的产物，而是在平流层与对流层空气交织的独特环境中孕育而生。

这一发现颠覆传统认知：富含臭氧且干燥的平流层层与潮湿丰沛的对流层次相互混合时产生的高效氧化羟基自由基(OH)正起着核心作用。成果一经公布便引起学术界极大反响；2024年7月12日，《Science》在线等科学期刊正式尊崇该发现为“划时代的突破、极具冲击性的新知”，检修现行模型及气候预测的理论盲点，并为应对未来潜在更为频繁的环境挑战提供了深入人心的思路和方法论指导。审稿人更对其深远的应用前景表示激赏：

“这不仅填补了理论研究空白区域而且有推倒重建现有认识架构的力量”。这项原创性研究不但阐明了大气化学进程中的一粒关键接点，在环境科学的案例书推出全新的篇章；通过其深刻的示范效应鼓励着更多的学者何以狂热深究科学未知领域的真谛以及期待于此解开更多影响人类文明进程的巨大谜团。

从程序员到大气科学领域学者

张礁石原是一名出色的电子工程师，但数字和数据的海洋却是他望而却步的地方。这位曾在国防科技大学潜心修习的毕业生，在取得硕士学位后，踏入了充满创新气息的智能手机系统开发领域，并迅速赢得了互联网巨头的青睐。然而，随着时间流逝，重复的工作逐渐消磨了他的热情。

就在这时，中国各地雾霾四起的天空触动了他的心灵，并唤醒了他对于环境保护的热情与担当。面对全新的领域——环境科学——张礁石决定挥别过去的自己，勇敢地迈向新的道路。2013年，在舍弃稳定生活之后独自踏上攻博之旅的同时面临着种种挑战：学术论文读不懂、数据分析拦路前行……但他凭借对学位论文内容的理解与自身电子工程背景的优势逐渐展露头角。

如今，《中国科学报》专访中透露出他对料想中的难题表达出了前所未有的从容不迫：“我理解了许多实验设备的原理并独立研发仪器进行实时分析大气颗粒物的数据分布。” 换言之，在科技创新的道路上砥砺前行的他不仅收获了技术层面的进步而且找到了属于自己的使命感：将科技应用于更有社会意义的研究之中 —— 这不失为一个人的漫长旅途中一段独特且富有意义的转折点。

心之所向，素履以往

张礁石的天赋在行动力上得到了充分展现，他不仅拥有与生俱来的技术头脑，在学生时代就显露端倪。从自行装配电脑到帮助同学们解决软件瑕疵，这一系列技能为他的科研之路打下了坚实的基础。2016年，张礁石带着博士头衔投身于中国科学院合肥物质科学研究院的研究工作，并迅速展现了他对大气颗粒物观测的独特见解。一个偶然的机会让他被王坚教授团队研发的气溶胶粒径分布测量系统（FIMS）所吸引——这款具有1秒极高时间分辨率的设备突破了常规飞行采集中快速精确测定气溶胶成分的传统限制。因此，在2019年，他毅然跨海寻求加入“飞云之上”的世界前沿课题组继续博士后学习。在那里，张礁石接到了一个艰巨的任务：对FIMS进行小型化改装以适应现代环境监测的需求。随后几年里，“捉虫少年”成长为研究领域的健将——经过不懈的努力与创新思维的激发，在2023年成功研制出体积缩减至1/20、功耗降至50W的新方案系统，并借此成果申请国际PCT专利后不久又向美国气溶胶学会期刊投稿论文分享研究成果。此项改进不仅大幅提高了设备在轻量化移动观测平台适配度和实用性，也诸多从业者带来了清晰可见的市场潜力和发展机会。

张礁石和FIMS

张礁石，具有六年美国科研经历的资深专家，对于他的开创性发明——一种能够迅速部署在无人机、探空气球和移动监测车等平台的微型气溶胶粒径测量系统，饱含信心。这一创新技术将大幅度提升快速获取气溶胶分布的能力，填补现有固定观测站无法覆盖的空间探测空白。张礁石并非独行侠，在杰出导师王坚的带领下与团队共同打磨这一精密仪器，并展望着与之相关的产业化进程。在这个探索求知的过程中，“心之所向，素履以往”不仅是他的座右铭也是他的人生信条。站在职业生涯的新起点上，张礁石毅然选择专业转换、放弃稳定且高薪的工作机会攻读博士学位——一切为了追求自己对学术的热情与决心。放眼未来，在对变革性的科学工作充满期待的同时，他亦心怀故土之情：归国之际已指日可待，并准备在我国气溶胶科学研究和技术创新的道路上贡献自己的一份力量。

一个颠覆性的新发现登上顶刊，中国科大毕业的他计划明年回国

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一个颠覆教科书的发现

从程序员到大气科学领域学者

心之所向，素履以往

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