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。