王素蘭 ─ 樂在造物的化學家

摘錄自遠見出版《她們，好厲害》一書

「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第六屆得主

被王素蘭畢業於台灣師範大學化學系，而後取得台灣大學化學研究所碩士學位。她的專長是在結晶學與固態無機結構化學，在清華大學服務的二十六年期間，建立了一流的晶形奈米孔洞材料合成實驗室，迄今已發表超過兩百七十餘篇SCI論文。近年來在奈米孔洞材料的研究上屢有創新突破。

人們老是說：「水木清華」，想像中，要找清華大學各系館，就得在鬱鬱森森的林蔭山水中尋覓。但是，清華化學館可不然。一入清華大門，往右一望，沒有任何遮蔽，看到的第一棟建築物就是化學館；方形、橢圓等幾何造型堆砌成的建築，偌大一幢建物，卻無離奇之處，甚至有些平淡。從踏進清華大門直入化學館大廳，只需三十秒左右的時間，彷彿化學系就是清華的門面。

清華化學系給人的整體印象，是樸實、中規中矩而爽朗，風格像極了每天在這裡認真研究的第六屆「台灣傑出女科學家獎」得主王素蘭。
 

樸實靜謐的學術花園

事實上，化學系也當得起清大的門面。二○一二年Academic Ranking of World Universities公布世界大學排行榜，清華化學就排名化學類科第四十三位，不僅在奈米材料領域表現出色，更與清華材料工程學系、化學工程學系、工程與系統科學研究所奈米材料組、奈米工程與微系統研究所，聯手成就了奈米研究中花團錦簇的學術花園。

而近年花園中最璀璨的一朵學術花朵，便是王素蘭領導的奈米孔洞材料研究團隊。這個團隊利用人工合成方法，製作出全球最大的七十二元環晶型奈米孔洞（代號NTHU-13），成果刊登在二○一三年二月《科學》（Science）期刊。在國際奈米超大孔徑金屬磷酸鹽合成領域，她的團隊無疑是領先全球。

近年來，王素蘭的團隊也屢屢有創新突破，她並將新發現的化合物材料成果，以清華大學（NTHU-n）為名，從二○○一年合成出第一個二十四元環的NTHU-1鎵磷酸鹽開始，一系列的化合物已經發展到NTHU-13了，形成了一個獨特的典範晶形奈米孔洞系統，讓清大名號在國際上發光發亮。

這些以清大為名的化合物，各自有令人矚目、精彩的特性。例如：NTHU-6可放黃光，NTHU-7可放綠光，NTHU-9可放紅光。這些新創造出來的化合物螢光粉，完全不含一般導致發光的鑭系金屬，未來極可能推進照明的變革。而可以放白光的NTHU-4，更已取得台灣及美國的專利。

二○○九年，王素蘭更合成出第二個雙孔洞結構的NTHU-8，有顯著的氫氣吸附性質，極有潛力成為儲氫材料，使用於能源儲存，協助解決能源危機。
 

以簡馭繁的研究學者

主導這一切國際級傑出研究的王素蘭，身材如同聲調般微高，吐字是字字清晰又毫無贅語，語調是輕快板小步舞曲，聽著聽著彷彿腳會跟著動起來。清爽的長型研究室，一開門映入眼簾便是左右兩翼的兩大幅化學元素表，好像跟訪客直率昭示：「我就是化學家！」她對化學的熱愛可以想見。

王素蘭連說話也充滿科學風格，習慣要找出簡單原則來歸納所有事物。「化學不難，其他理科也不難，不管再怎麼複雜，只要用二分法就看到本質。其實化學就是陰離子、陽離子，就是陰陽，就像我們兩性社會一樣，」她輕鬆說著，好一個一切以簡馭繁的化學家！

化學之於王素蘭不但是志業，更讓她樂在其中。她每每跟學生強調：「學化學是多麼幸運的事！因為化學是唯一可以創造新穎物質結構的科學家，」說這話時，她幸福溢於言表，還打比方：「如果科學家是探究人類知識新大陸的哥倫布，那麼我們就是創造新大陸給哥倫布來研究。」

只是，傳統華人認為，化學這個領域，好像比較適合男性，醉心於化學的女科學家，相對而言是極少數的。

其實，王素蘭會走上這條路，不是規劃出來的，而是順其自然。

大學以前，王素蘭最熱愛的學科是數學，在學校是數學解題高手，國小時還每天早自習在黑板上出數學題目給同學練習。
從小功課好又自動自發，是父母親的驕傲。父母親疼她，但也放任她自由學習。

在那個年代，許多家庭經濟都不夠好，王素蘭不想增加父母的負擔，想到師範大學有公費，於是她大學聯考的志願表，就只填了國立師範大學理學院三個系，結果進入第一志願的化學系就讀。

不過，王素蘭的哥哥唸明志工專化工系＊，她知道化學的出路不錯，便填了化學系，一切都這麼水到渠成。原本，出國深造也未在她的規劃之中，她後來認識先生後，決定跟他一起出國唸書，也是順其自然。

王素蘭的先生李光華，現在是中央大學副校長，早生華髮、一派儒雅；同年的王素蘭，外表依舊年輕有活力，兩人同學又同行，一位是鈾化合物結構的權威，一位是金屬磷酸鹽孔洞材料的天后，堪稱台灣化學界知名的「神鵰俠侶」。

當年王素蘭與先生一同去美國愛荷華州立大學唸博士學位，兩人不刻意選擇名校。「我們也申請到了麻省理工學院，但MIT化學走的是傳統化學，愛荷華大學的分析與固態化學在全美排前幾名，我們選系不選校，」不過，王素蘭也坦白說：「獎學金也是重點，MIT第一年不保證給獎學金，我們很務實吧！」性格的坦率、不迷信光環的態度，表露無遺。

至於王素蘭對於結晶學的興趣，來自就讀台灣大學化學研究所碩士時，追隨現任中央研究院副院長彭旭明教授，接觸當時在台灣化學界才剛起步的單晶X光繞射技術，這對她最後選擇專攻的領域，有決定性的影響。

 

做學問如蹲馬步

對於做學問，王素蘭強調，「按部就班」是最重要的，大學時該學好什麼，就學好什麼，這些在未來都可能派上用場。她反覆提及「扎實」這個字眼。

「基本概念就像學功夫一樣，要學『扎實』。馬步蹲好一點、肌肉練『扎實』一點、耐力練強一點等。現在的學生資訊太多，但都分心了，很多東西都只練一點點，都不『扎實』，所以往往不能專注、深入，」她說。

王素蘭對「扎實」的要求，學生體會最深刻。愛徒黃惠琳博士指出，台灣其他相同領域的研究團隊，實驗出來的材料，都是送貴重儀器中心檢驗，但身兼貴重儀器中心指導教授的王素蘭，嚴格要求每個學生都要能操作X光單晶繞射儀，並且要能夠獨立解決重要的結構問題。

「擁有這樣動手操作能力的團隊，台灣並不普遍，但好處是在老師的要求下，我們更能解讀數據，發現問題的癥結點，」黃惠琳發現王素蘭學生們的優勢。
 

享受克服難關的淋漓快感

一方面隨遇而安，正面思考所處的環境與磨練；另外一方面，從來不怕挑戰，勇於離開舒適圈。這樣的態度，使王素蘭有著很強烈的正面思考能量。她記起到美國唸博士班、剛加入實驗室第一個月時，指導教授就要求她將一個計算晶體結構的PL-1程式，改寫成FOTRAN程式。

在這之前，王素蘭完全不懂PL-1，對FORTRAN也僅有些微概念。但在榮譽感與想學電腦程式的雙重鞭策下，她苦讀工具書，並不恥下問，兩個月後竟然順利達標。當她示範成果的那一刻，享受著無比愉悅，也體會到什麼是「天下無難事，只怕有心人」。

不過，唸到博三時，指導教授又給王素蘭出了一道難題，這一次是幫一部配備陽春的EXAFS光譜儀編寫控制程式，必須用最原始的二進位程式碼。她硬著頭皮自修，花了大半年時間，還是順利破關；而且在寫論文期間，為了更瞭解結晶學中與相位相關的機率，她還選修數學系的數值分析課程。後來她當老師，發現跟她一樣勇於接受挑戰的學生，最後能力也會最出色。
 

適當的寬容對待

儘管對學生要求嚴格，但王素蘭頗為自豪她的實驗室溫馨氣氛，不但習慣用正面態度看待事物，當學生犯錯時也願意採取比較包容的態度。

對學生的寬容，來自於留學第一年曾經發生一件意外的影響。當時指導教授帶著學生，調整一個光譜儀的聚光晶片，也讓旁邊觀摩的王素蘭小試身手，沒料她一不小心用力過猛，讓晶片斷裂。指導教授當下鐵青著臉，一言不發地離開。

王素蘭當時嚇壞了，那聚光晶片十分昂貴，數十倍於她的獎學金，但隔天到實驗室卻沒人提及此事。這也讓她此後對待學生犯錯，一概正面包容；她認為，重點在於學生能不能從錯誤中汲取教訓並改正，如果有，那麼一切都值得了。

包容的心態，讓自我要求嚴格的王素蘭多了好媽媽的味道，這不只在實驗室對學生如此，也擴及對女兒與其他年輕人。她回顧過往，父母寵她，讓她自由發展，因此她長大後，同樣以滿滿的愛疼惜女兒，也深信這樣對小孩最有利。

甚至，學生時代的王素蘭老是納悶，文學院女生愛打扮，「女生幹嘛要這樣浪費時間跟男生撒嬌？」但如今的王素蘭不同了，在街上看到打扮出色的女孩會非常欣賞，「女孩該在婚前享有這樣的特權，我現在非常鼓勵年輕女孩盡量去跟男生撒嬌，盡量多被寵愛。因為女生婚後當了媽媽，都是穿球鞋、T恤，身上背滿東西追著小孩跑的，」她說。

 

尊重人生的不同

慣用陰陽二分法看事情的王素蘭，坦然面對男女有別的情形。她也了解華人文化，沒法期待另外一半能有像西方一樣的方式與態度，「而且先生也不是不願分擔，只是他們就是沒法像妳一樣細心，例如：抱小孩時就是不留意口袋有筆，會刺痛弄哭小孩，」因此在小孩還小時，她曾放慢一點腳步，陪伴小孩，小孩大一點，她再發力追上。

早期跟先生一起掛名發表論文，曾受外界刻板印象的質疑，王素蘭對此也是處之泰然，只是繼續努力、堅持理想。她認為：「誤會是在所難免的，總有化解的時候。」她也做到了，過去十多年來，一直朝向前沿材料化學前進，屢次在學術上創新突破；二○一三年二月登上《科學》的文章，更是她多年來主導奈米孔洞結構研究上，最精采的一個篇章。

過去多年來，王素蘭鼓勵女學生從事化學研究，現在實驗室內過半是女同學。她表示：「女性相當適合走化學這條路，因為化學領域很廣，也有相當多的分支。」

話雖如此，王素蘭也尊重學生的興趣。早期的學生楊雅晴博士，便十分感謝老師協助她轉換人生跑道。由於王素蘭深知國外大型儀器公司都聘有博士級人員，專司對客戶的教育訓練與開發應用研究，於是建議在台灣的儀器公司比照提升，並推薦楊雅晴負責相關的工作。「我的工作等於是老師創造出來的，」她感激地說。

但如果學生願意走學術路線，王素蘭更是歡迎。黃惠琳在大學專題研究時，便投入王素蘭門下，「我想徹底了解一個成功的女科學家生涯是怎樣，而不是憑空想像，」黃惠琳目前已進入博士後研究，不悔地朝女化學家道路邁進。
 

不怕失敗挫折的生活態度

黃惠琳分享這些年從老師身上所學習到的，「她讓我看到了一個生活方式的可能，示範了科學家對於學術的嚴謹要求，同時也讓我了解到，要當一個化學家更必須具備耐性、挫折忍受力跟正面思考的態度，因為化學家是合成未知物質的職業，過程當中是不斷地試錯，面對完全未知的世界，必須有這樣的特質才能有所突破。」

不過，雖然鼓勵學生投身化學研究，王素蘭也提醒，化學家必須避免增加環境污染，也要注意身體。

王素蘭留學前進行牙齒根管治療，當時牙醫師竟沒法為她麻醉，只因為她過去頻繁地接觸化學藥品，可能吸入大量丙酮、乙醚之類的溶劑。現在她常提醒學生，盡量避免使用揮發性溶劑，她老是苦口婆心地說：「實驗室如果被我聞到有任何溶劑的味道，老師會不太高興！」

對學生關心有加的王素蘭，十分尊重學生選擇自己的研究子題。二○一三年，以「大環團隊」順利摘取了學術成果，成功攻堅頂級期刊，這是她首次組織起實驗室中七位學生（加上三位他校的協同研究教授），要求大家同心協力、限時完成的結果。她說：「這是一次難得的經驗，實驗室每一個人都感受到前所未有的競爭張力與成長。」

問起未來對挑戰大型題的想法，有著滿滿好奇心支持「尋寶的執念」，王素蘭馬上回答：「我們正朝另外一個很有希望的重量級題目努力，期待做出重大的突破呢！」
 

王素蘭的科學突破引領國際

王素蘭研究的奈米孔洞物質是什麼？其實，如同文字，就是以奈米為尺度的孔洞物質。這種材料在天然界也存在，最具代表性的就是「沸石」（zeolite），結構內部有○．三至○．七奈米大小的孔洞，可容許小分子進出，化學實驗常可看到沸石添加在溶液當中，使溶液氣泡綿密，避免突沸。

王素蘭研究的，就是沸石這類微孔洞物質，差別在於她是透過化學方法，人工合成類沸石化合物，從二○○一年NTHU-1開始，便開啟了創造新穎孔洞物質的尋寶之旅。

在奈米無機孔洞材料研究當中，依孔徑尺度分為三大領域：第一類為微孔洞，尺度為○．三至二奈米（nm）；第二類是介孔洞，尺度為二至五十奈米；第三類是大孔洞，尺度為五十至五百奈米；其中，後兩類不具晶形結構。目前微孔洞領域的世界紀錄是三十元環，王素蘭突破性的學術貢獻，便在於把微孔洞領域的奈米無機結構孔徑大小，一口氣推進到五十六、  六十四、  七十二元環，同時竟然還能夠維持晶型。這是第一次介孔洞無機奈米物質可以出現單晶，超越了科學界過去對奈米孔洞物質的認知。這個突破，精彩之處在於，突破了微孔洞與介孔洞的界線。時髦的說法，就是讓兩個領域研究打通任督二脈，完成了「無縫接軌」。

更了不起的是，目前天然界最大孔洞是三十六元環，在王素蘭之前，人工孔洞材料大小停滯在三十元環。換句話說，王素蘭是讓人工孔洞合成物首度超越天然孔洞界線的先驅，還一口氣從四十元環、四十八、  五十六、  六十四推進到七十二元環。如果這是奧運的舉重比賽，那麼等於是一口氣數次打破世界紀錄的天后了。

王素蘭的實驗團隊，在二○一一年利用水熱溶劑熱方法，加入單胺分子，利用這些分子於溶液中形成聚集式模板的方式，首度做出四十元環化合物。類似的方法，過去僅能用在介孔材料領域，王素蘭成功將之引入微孔領域，對未來合成晶型奈米孔洞物質會產生重大技術革新與影響。

當團隊達到四十元環時，王素蘭並不急著發表，一來是謹慎，其次是為了「取法乎上」。如同她所說，科學家就是去森林尋寶的「尋寶者」，知道哪裡有寶相當重要，她敏銳地察覺，這次突破裡有寶，毅然決定不輕易發表，除非將這個問題徹底理解，並把整個寶藏起出來。

於是，王素蘭組織「大環團隊」，號召底下的研究生一起攻堅，發展出來獨一無二的系統，透過不同長度尾巴（碳原子數量）的單胺分子引導孔洞大小，「系統性合成」孔洞物質，幾個月的時間內把元環數推展到七十二元環後，將系列成果彙整發表，果然一舉登上了《科學》期刊。「我們目前正嘗試跨系統研究，希望把這套策略用到極致，繼續創造新的可能性，」黃惠琳表示。