游弋在计算机和物理科学中的化学家

昆山杜克大学 · 教授故事

文 | 祁蕾

四年清华本科，五年杜克博士，六年耶鲁和哥大博后……张凯的学术之路走得心无旁骛，始终沉浸在自己的软物质世界。这样的背景没让他自矜。他说自己没什么野心，鲜去描摹十年、二十年后的样子，总是立些三五年内的目标，把脚下步子踏稳，然后不断攀高向上。

如今，他是昆山杜克大学的化学助理教授，给本科生科研加码研究生的难度，指导的学生即将在重量级期刊发表论文。教学科研之余，他爱读历史，读人类演化，和同事不谈学术时，也会聊聊生活和育儿。被问到对学生有什么建议，他摇头，“大家都是成年人，应该去独立地思考。”

张凯?摄影/王启铃

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博士与博士后生涯

高考那年，张凯撞上非典，考完数学觉得砸了，问一圈同学，发现大家都发挥不太好。成绩常年排在年级前列的他最终报考清华大学，顺利获得录取。

张凯的本科毕设题目围绕量子化学，进入杜克大学读博士之后却对另一个领域——软物质计算模拟——产生兴趣。软物质又称软凝聚态物质，是一种处于固体和理想流体之间的物质，一般受到外力会发生显著的形变，如细胞、DNA、液晶、高分子、生物膜、颗粒物质等。可以说，我们就生活在一个软物质遍布的世界里。

从组成不难看出它交叉学科的特性，知名期刊《软物质》（Soft Matter）这么形容：软物质就是物理遇上化学遇上生物（Where physics meets chemistry meets biology）。但多年来，三个领域的科学家都各自为阵，直到1991年法国物理学家皮埃尔-吉勒·德热纳（Pierre-Gilles de Gennes）在获诺贝尔物理学奖的演讲中首次提出“软物质”概念，不同领域的语言才逐渐统一。

张凯选择软物质，正是因为这个学科形成时间不长，未知问题多。它的特性、实用性探索空间广阔，对生命科学、化学化工、医学医药、材料、环境等诸多领域都影响深远。

软物质科学的研究对象举例：极小曲面、硬球堆积、高分子构型、纳米粒子自组装?图源/张凯

于许多研究者而言，科研过程并不总是坦途。和灵光一现的短暂时刻相比，更漫长的是艰难甚至孤独的探寻。张凯也遭遇过不顺，比如一个研究课题做着做着发现一开始计划是错的，进入了死胡同，要推倒重新来过；又或预计一两个月可以完成的事，却绕了些路，不得不花成倍的时间。

他对此看得开阔，“人生值得担心的事太多了，比如身体健康、家人平安。相形之下，研究中遇到的挫折真不算什么。读博训练的就是解决问题的能力，遇到问题就想办法去解决。”

学术道路维艰，不少同学转行去做了计算机工程师，因为研究中涉及大量编程，直接就能上手。张凯也短暂尝试过工业界，但发现初心与热忱始终在学术。

五年杜克读博期间，他用分子模拟的方法来计算软材料的结构和动力学性质；2012年博士毕业，他进入耶鲁做了三年博士后研究，主攻金属玻璃的玻璃形成能力的预测；2015年，他进入哥伦比亚大学，又花了三年时光埋首钻研用聚合物膜和聚合物纳米复合材料进行气体分离。被引用逾五百次的二十余篇论文，是他这十一年科研的见证。

如今，他和昔日的导师和同门还常有联系，多数时间只聊学术。“导师和我一般只聊科研进展，不大闲谈，像个机器人，不过我喜欢机器人。” 他觉得科学家之间的交流，最重要的不是生活八卦，而是学术。比如科学界有项传统：一个备受尊敬的科学家过生日，其他科学家会聚在一起，为寿星开一个关于其一生研究成就的学术讨论会。

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“遇到这些学生，我很幸运”

2019年1月，张凯加入昆山杜克大学，任教化学。今年读大三的于越是最早几位和张凯联系上的学生之一。他自大一就开始寻找从事研究的机会，2019年年初，他收到一封张凯招学生研究助理的邮件，于是发去申请。没一个钟头，于越就收到了张凯的回复，邀请他去办公室详聊。一聊觉得合适，当即敲定下来。

几个本科生初进研究组，张凯就将他们当作研究生看待，布置的课题和任务，难度不低。他观察到学生吃力，于是给了许多领进门的指导，但没想过要降低难度。“我尽量用他们能理解的语言去讲，让他们尽可能跟上，他们后来也的确都跟上了。这些学生的基础都非常好，接受新知识很快。遇到他们，也是我很幸运的地方。”

张凯和学生李丁宁（左）、曲忠航?摄影/王启铃

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