工学界不乏巾帼。在北大工学院，女教师犹如绿叶丛中一点红，但数量少不代表分量轻。她们以柔克刚，出色地书写了工学女性的一片天空。适逢三月回春迎来女性节日之际，我们采访了数位工学院女性科学家，并推出工学女科学家系列专题，从不同侧面展现工科女性学者的生活，讲述她们以科学为信念的付出与收获，她们耀眼风采背后的酸甜苦乐。本期的主角是工学院应用物理与技术研究中心特聘研究员王前">王前。

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【人物简介】王前">王前，北京大学应用物理与技术研究中心特聘研究员，博士生导师。1985年获西南大学物理学学士学位，2001年获日本东北大学工学博士学位。近年来主要在碳基磁性材料、稀磁半导体材料、高能密度材料、纳米结构及其组装材料等领域开展研究工作。已在SCI刊物上发表论文150余篇，入选2014 和2015年“中国高被引用学者”；多项研究成果被 Physics Today, Materials Today, Chemistry World, Science News, China National News等科技新闻媒体亮点报道。其研究工作“五边形石墨烯”在2015年中国科学十大进展遴选中从256项推荐中入选前30项候选进展。自2006年起担任美国能源部(The Office of Basic Energy Sciences)基础能源科学项目的评审专家；自2007起担任亚洲计算材料学术讨论会国际顾问委员会成员，担任长江学者和长江学者成就奖的通讯评审专家。多次担任国际学术会议的分会主席；在国际学术会议上作大会报告或邀请报告数10次。

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        在王前">王前的办公室里见到她时，她正在为其执教的高等数学科目备课，这门大课有150位学生，而这个数字是课堂所能容纳的最大限。这位热情开朗、备受学生好评的女性教师亲切平实的谈话极富感染力，让人极想结识这位碳纳米材料科学领域的“缪斯”——2014与2015年连续两年被世界知名学术评议数据库榜单评为高被引学者，在相关研究领域，她的理论成果为无数研究者带来灵感，正在指引研究者们深入探寻常见元素的无穷潜力。而她对科研源源不息的灵感和动力，正来自对最习以为常的生活所抱有的热情。

 

人生如路 柳暗花明

        王前">王前的父亲是外科医生，后来做了医院院长，“非常能干，做事情干脆利落”，对孩子要求也十分严格。王前">王前深受父亲熏陶，学业一向优秀，“干脆利落”的方面也体现得淋漓尽致。本科就读于西南大学（当时为西南师范大学），从安徽大学硕士毕业后回到西南大学任教，88年任教，91年成为讲师，当年全校青年教师课堂教学比赛理科第一名，第二年起就陆续担任教研室主任、副系主任……

        在当时的环境下，王前">王前对于这样一个又能搞科研，又能教学的状态比较满足，直到1995年她有了一次国家公派出国的机会，到日本东北大学金属材料研究所做三个月的访问。

        “感觉开了眼界”。王前">王前当时就想，自己在这样一个小范围里做了这么点东西还挺满意，但实际上就是坐井观天。她对爱人说，一定要走出去。当时已是青年教授的爱人被日方邀请去访问三个月，机缘巧合之下留日工作。王前">王前也随之前往，开始读博生涯。

        “理论、实验、模拟是自然科学研究的三大支柱。”王前">王前面临着专攻方向的选择。那时孩子还小，如果每天在实验室做实验到晚上九十点，孩子怎么办呢？做计算模拟的话一台电脑在家里远程登陆就能做，倒也正和王前">王前的兴趣一拍即合。从此王前">王前白天在学校，放学接孩子回家，孩子睡下后继续刻苦工作。虽然面对语言等困难，但幸好一些基础课在之前的教学工作里就驾轻就熟，只需要触类旁通更上一层。

        2001年，王前">王前在日本东北大学金属材料研究所获得工学博士学位，夫妻俩又去了美国。当时小学上到四年级的孩子也跟了过去。异国环境带来的文化冲击，却给年幼的孩子打开一扇通往自由释放天性的窗口，孩子适应速度之快，王前">王前形容为“amazing”。而随遇而安的王前">王前也进一步扩大了学习、交流和研究的层面，研究业绩为日本东北大学100周年校庆专题报道。就这样到了2011年，王前">王前再一次随着家人的步伐回国，当时北大工学院应用物理研究中心的贺贤土">贺贤土院士向她伸出了橄榄枝，王前">王前欣然接受。

        她谦虚地说自己“能做一些自己喜欢的事情就很满足了”，因为喜欢北大的学术氛围，又有志同道合的伙伴，在这里无论教书还是做研究，她都如鱼得水。

        人生际遇充满不确定性，王前">王前感慨道，当时如果就留在日本不走，现在会是另外一个样子，也许更好，但不一定。她始终对待过的地方都怀有深厚感情，对于出国求学乃至后来种种，她也甘之如饴，“这就是生活。”

 

结缘碳基 源自日常

        到北大之前，王前">王前主要做磁性半导体材料研究，和应用联系非常紧密。当时磁记录材料需要小型化、高效率，就要寻找新的材料，比如在氧化锌等中加入锰、镉可以产生磁性，但是加入的量不同，测出来的磁性也是不同的。“我们就从机理上来计算需要加多少，并揭示其磁耦合的机理，随后做实验的人根据我们的测算结果做出了理想的材料，这对我们是很大的鼓励。”

        从理论到实验，再到实际生产是有一个过程的。王前">王前通俗地解释了理论计算模拟在科研界的重要性，“像炒菜一样，调料加多加少，按经验去做很费时间，如果有理论指导就不一样。做计算模拟的每发一篇文章，一般都被要求做可行性论证，这就需要做大量仔细的计算和分析。”

        用理论来模拟实验，指导实验，这是王前">王前的工作，也像一种“点金术”。

        现在王前">王前的研究重点，一个是碳基材料，包括探索碳、氧、氮等轻质元素系统。为什么研究碳？“碳无处不在，也很廉价，如果能把它变成金属，也许可以带来一场工业革命。”

        另一个是硅，这也是非常普遍的材料，太阳能芯片等都能用到。王前">王前认为，目前这方面很多基本的问题还没解决，比如，单晶硅吸收太阳能的转换效率是个问题，科学家们正在探索能不能设计出更好的、光谱吸收范围更广的硅制品。“目前工业发展已经到了瓶颈，光电转换效率的进一步提高必须要有新的材料。这也就是美国提出材料基因工程的原因。”

        2010年，两位发现碳的二维新结构的科学家获得了诺贝尔奖，他们从石墨中剥离出了只有一个原子厚度的二维材料石墨烯。王前">王前的课题组在此之前也开始了一些石墨烯相关的工作。2015年，他们通过深入计算模拟研究发现只用碳五元环也可以构成稳定的准二维碳结构，并模拟合成了称为五边形石墨烯的碳的新同素异形体。

        这一成果的灵感，来源于王前">王前的日常。一次她和朋友去大都会购物中心吃饭，看到商店墙上有种五边形的图案，当时灵机一动用相机拍了下来。那是一种名为“开罗五边形瓷砖”的传统装饰图案。她把这张照片做成原子坐标图，传给博士生张顺洪，鼓励对方在计算机上做结构设计，并预言“一定能模拟合成五边形的石墨烯！”

        王前">王前笑言那时她是在“骗”学生说放手去做，“一定做得成”。

        这可以说正是一种科学家式的直感，源于对科学之美的敏感。最终，五边形石墨烯的模拟成功。五边形石墨烯研究的重要意义不仅在于推广了碳的二维结构，而且还在于对数学家们所提出的模型提供了材料实现的基础。1900年德国著名数学家希尔伯特在巴黎数学家大会上提出了“希尔伯特23个问题”，其中第18个问题就是“如何用多面体构造空间”。在此基础上，1928年莱茵哈特提出了如何用五边形密铺二维空间的问题。从1928到2015年这87年间，数学家们共计找到了十五种可以用于实现二维镶嵌的凸五边形。美国《科学》杂志网站在2015年8月17日对此进展进行了报道。然而在数学家的模型中，五边形的顶点是纯粹的几何点，既无质量也无大小。在现实世界中如何实现数学家们所发现的数学模型？这需要把几何上的“点”代换成物理上的原子。五边形石墨烯的研究正为数学家们提供了材料科学的基础。因此，Physics Today, Materials Today 等国际知名媒体对此进行了报道。

        另一项让王前">王前自豪的工作，是她们进一步在金属碳的理论设计与研究方面取得的最新进展：设计出了相互嵌套的三维碳结构，证明了由这种结构单元的奇妙组合所构成的三维碳结构不仅能在常温常压下稳定存在，而且表现出金属性。此工作也发表在美国科学院院刊PNAS上。国内外诸多科学媒体纷纷撰评，认为这一发现将极大丰富人们对碳材料的特性的认识并拓宽其应用领域。

        她热爱、珍惜着科研工作以及获得的成果，像对自己的孩子一般精心照料。成果发表、文章登杂志时的配图，包括“五边形石墨烯”的科学图片，都十分精美，问起王前">王前来，她一脸得意：“那些都是我们自己画的，我们从来没有找过职业作图师！”原来这位女科学家不仅爱科学，还有画画的业余爱好。她“供认”道，读本科大四时学习不算很忙，就去美术学院学画画，后来读研究生时还经常画，被导师批评了以后，“偶尔才画了”。她还会自己设计工作网站，十年前就自制主页，“喜欢捣鼓这些东西”。

        展示自己的成果，对于一个科学家来说，也是一种鼓励和鞭策。“我很乐意看到成果上封面，杂志也愿意展现，这会让我们两方的工作都做得越来越好。”

 

教学相长 不忘初心

        “教学是教师的天职，是一件神圣的事情。”或许因为出身师范院校，王前">王前对教课成不成功很在乎，教学永远是她的第一位。她的课饱受好评，被同事称为“金牌课”。

        “不光要让学生听懂，还要让他们爱上学习。”王前">王前笑称自己是“接地气”型的。

         她确实是个接地气的人，生活气息在她身上体现得随性又怡然。孩子已经独立，王前">王前夫妻俩过得都很自由。“我吃饭不讲究，胃口好，天天食堂吃不厌。”她还会跟学生约着去打球锻炼，“虽然经常到了时候又去不成了。”来到北京后买不上车，王前">王前充分发挥阿Q精神，“走路上班就当是锻炼身体”，总是乐呵呵的。

        她是个大忙人。有科研工作，周六日还要指导研究生，但哪怕再忙她也会认真备课，力求把知识点深入浅出地讲透。她算了一笔账，“我认真备一堂课多付出150分钟，若使每个学生能节约10分钟去掌握知识点，这就是1500分钟啊，比我的150分钟宝贵多了。”她觉得教学同时也是自己对知识加深理解的过程，教学相长，对自己科研也很有帮助。

        目前王前">王前带着六个研究生，其中两个是女生，她开会、出访，常会带着学生一起，说起学生语气都是亲昵爱护。“我喜欢坐办公室，学生在我在，他们不在的时候我还是在。但我周末不会去查学生，现在的孩子兴趣爱好多，活动范围也更大。”她对学生不做限制，谈恋爱、课外活动都支持，但她只反对一件事就是浪费时间。比如在网上买东西一逛就是许久，王前">王前说，自己一样喜欢网购，但她会跟朋友交流，及时沟通获得信息，果断入手，这样既节省了逛商场的时间，也不会在网上泡太久。“男生女生都一样，做学问这件事，不上心、不付出足够的时间的话，会一事无成。”

        作为女性科学家，要在科研上做出成绩，王前">王前认为重要的是集中力。做家务带孩子，王前">王前一样的不逊色，朋友评价她做菜是教授级别，“因为我是重庆人嘛！”

        “并不是说这些事就不去做，但主要是做完事回到办公室马上要静下心来，专注到工作上。若这边改论文心里还想着那边的事情，是搞不好的。”

        对于女性来说，家庭生活确实是本难念的经。即使有家庭，男性相对在事业上更能做到心无旁骛，这是现状。王前">王前的建议是不一定“往前冲”，但一定不要“待下来”，时刻保持自己在这个领域，能跟得上进展。她早已养成即使在最需要陪孩子忙家务的时期，也一定会在睡前翻阅科学期刊的习惯。

        王前">王前说，女性学生毕业后通常比较希望进入大学等机构，找一份固定职业，然而现在这方面的竞争是非常激烈的。“当她们没有紧迫感时，我总是鼓励她们，每个人智商都是一样的，成功与否在于是否合理地安排自己的生活，利用好时间。”

        她总结了这些年来自己的人生路，依然还是那四个字“天道酬勤”，“再加上一条，不能三心二意。”简单而率直，正如王前">王前给人的印象，也一语道破科学世界中的不变法则。