自2000年至今，國家自然科學獎銀獎曾多次空缺，至2019年只頒出過13項。這次，2020國家自然科學獎銀獎頒出了兩個，其中一個頒給中科院教授、復旦學院物理系院長趙東元。憑著《有序雜化高分子和碳材料的創制和應用》這一重磅成果，趙東元摘獲銀獎，這也是北京科學家時隔18年后再度奪得國家自然科學獎銀獎。
趙東元領銜的課題組首次將雜化材料從無機組成擴充到有機高分子和碳，在分子水平上闡明有機-有機自組裝機制，提出了多元協同共組裝新策略，成功合成了有序雜化碳—氧化硅復合材料，這些新型材料厚實而輕，甚至能立于一株蒲公英上。這一成果前所未有地為無機和有機鈣鈦礦材料架起了一座橋。
課題組構建了體系化的合成方式學，闡明了雜化奇特的物質輸運和界面反應規律，解決了多孔傳熱限制和大孔活性位點少的困局，實現了高比容量、高功率和長循環穩定性電物理儲能元件，為奇特的新一代抗生素合成催化劑、仿生離子通道、柔性微流控元件等的構建奠定了基礎，創造了巨大經濟效益。
全新的材料以“復旦”命名，提出的有機-有機自組裝新思想被全球60多個國家和地區的1500余家科研機構采用和研究，各國科學家共發表4萬多篇相關論文。
更令人感嘆的是，這一成果的論文只有薄薄的七張紙，其背后匯聚著三年來無數次的探求，以及總結實驗失敗教訓的智慧結晶。“基礎科學在研究創新的過程中，失敗常常是主曲調，而一旦實現從0到1的突破，都會帶來嬗變。”日前，趙東元接受了本報記者采訪。
做一些“異想天開”的事
這些快樂科學家最懂
“得獎并不重要。我們從事基礎科學研究，大部分時間都是磨難，成功的一瞬就已是對我們最大的贊譽。可以說，一切困厄都是為了這一刻。”趙東元說起科研過程，頓時眉飛色舞。
好多時侯，科研總是與獎項、發表論文的數目、影響因子甚至科研人員的“帽子”捆綁在一起，但對趙東元而言，科研目標很純粹，有突破性的快樂就夠了。
伴隨著快樂而至的，才是別人眼里的所謂“成功”：
聚焦雜化高分子和碳材料創制，課題組發表了200多篇SCI論文，他引近30000次，其中，8篇代表性研究論文共被他引3825次，研究成果被國際同行覺得是“首次”發現、介孔材料領域“里程碑式”和“先驅”的進展。趙東元被列為雜化材料領域發表論文及引用率的世界第一位。
“基礎研究的魅力就在于可以做一些異想天開的事。”趙東元告訴記者，雖然這次得獎的成果，也是“來自拍耳朵的靈感”。
自1992年公司發覺雜化材料以來，雜化材料主要圍繞無機固體舉辦，關于有機鈣鈦礦高分子和碳材料的自組裝合成仍然空白。誰能想到有三天，他會“異想天開”地想做有機鈣鈦礦高分子材料。
不過，在他提出這一構想后的整整兩年，研究沒有任何進展，期間也有課題組中學生想打“退堂鼓”，但最后還是堅持了出來。由于中學生說，“在這個課題研究上，趙老師比我們更拼、更投入、更堅持，誰會樂意退出這樣的課題組？”
趙東元課題組招收專科生和博士生也只有一個條件：必須真的熱愛科學。只有真正熱愛科學的人在一起，就會相互鼓勵，更不會輕言舍棄。
總算，三天半夜，趙東元接到課題組的專科生顧棟從實驗室打來的電話——“成了！”學生的聲音興奮到發抖。趙東元同樣興奮得一夜未眠。第二天一早，趕赴實驗室一看，他曉得，自己打開了雜化材料新世界的門。
趙東元正在介紹研究成果（吳金嬌/攝）
基礎研究的價值
在于照亮世界并創造價值
當趙東元完成了有機鈣鈦礦高分子和碳材料合成后，他第一時間發表論文，將合成路徑向全世界公布。
“基礎科學研究的原創性成果是可以共享的。當我們沒有完成這個發覺時，這個領域可說是一片黑暗，但當我們有了原創性的發覺，全世界科學家都可以共享我們中國科學家的基礎研究成果，并在此基礎上進行更多探求。這是讓我自豪的事，也是讓我繼續研究的最大動力。”趙東元說。
1998年，趙東元從海外歸來，入職清華學院。當時，科研條件很堅苦，只有三億元的啟動經費，每月只有一千元薪水，還有一間空空的實驗室，設在校園外的一家校辦企業里。要做實驗，沒有水熱釜？就用塑膠杯子！但他堅持了出來，“這沒哪些好埋怨的，這是我的祖國嘛，你會埋怨你自己家里窮嗎？”趙東元說。
1999年趙東元（左一）和李全芝、Andre+Stein、黃立民在清華學院校門前
上世紀80年代初，他第一次出國深造，去的是以色列的學院。當時，中國院校的學術水平還比較落后，仍未和日本等發達國家的頂級院校構建交流機制。在以色列，他聽到當地科學家在動亂時依然堅持在實驗室搞科研。“以色列如此小的國家，卻有這么強的創新精神和干勁，過去幾六年中早已有了六位科學家獲諾貝爾獎。”也是基于這段經歷，趙東元總是苦苦思索著一個問題：我們怎么早日追趕？
“即便不考慮發達國家相對雄厚的科研基礎和科學家的投入程度，她們還有先天優勢。”趙東元剖析，她們日常使用的就是英語，看文獻資料都比我們快的多。“怎么辦？我們怎么超越？那只有投入更多的時間。她們花一小時，我花兩小時唄。”
當他加入清華后，幾乎每周工作80小時。好多時侯，為了腦中一閃而過的靈光，他可以連續泡在實驗室里十幾個小時。這個“習慣”，直至現在他仍然保持著。
基于趙東元課題組取得的科研突破，目前，世界各國都有實驗室以及企業在做各類元件和傳感，有些已步入模擬商業化的階段。“一旦商業化這條路走成功，她們就須要訂購我們中國的專利，甚至依照中國的科研成果制訂標準。基礎科學原創成果的意義就在此。”趙東元告訴記者，他的課題組現在在既有成果的基礎上也取得了新進展，且申請了專利，部分成果也早已步入了產業化的階段。
接受失敗是“必修課”
要學會把磨難弄成人生“財富”
直至現在，趙東元仍然堅持在教學一線，每年給大專生上“基礎物理”。由于他眼里，強基礎很重要國家自然科學獎，人才是科技發展永恒的動力，從事基礎科研的人才隊伍壯大，就會帶來源源不斷的創新。
這么，該怎么從最佳“球員”變成一名更好的“教練”呢？這是趙東元以前不斷問自己的問題。幾六年如一日固守在教學一線，他有了一套自己的答案：中學生如同一張白紙，她們的天賦要靠導師來開掘。
了解趙東元的人都曉得，他愛才且惜才。不論中學生是否作出成績，即便努力了，趙東元總是鼓勵有加。在他看來，創新是培養中學生最好的途徑，在不斷突破、創新的過程中，創造知識就是培養中學生的最好媒介。他常說，“用創造的知識啟迪他人是人生最大的滿足。”
要真正做到因材施教，老師必須拿捏好分寸。他總認為，當老師的人不應吝惜夸獎，由于每位人的天賦不同，個性不同，學習進度自然不同，老師一句小小的夸獎和鼓勵卻可能給中學生注入無窮的動力。
指導研究生做實驗
同時，老師也要有一種自覺，用他的話說，“學生不好就是老師太笨了！”他要求中學生在做科研的同時，把接受失敗作為一門選修課。做實驗失敗了，確實會給中學生帶來情緒上的嚴打，此時，導師須不斷鼓勵她們，幫助她們把這種磨難弄成人生的一筆“財富”。在趙東元的課題組，不少學生還會把不斷遭到失敗時的經歷記在電腦上，保存出來作為記念。
中學生的實驗電腦（吳金嬌/攝）
桃李不言下自成蹊。趙東元指導的中學生中，已有三位獲全省優秀百篇博士論文國家自然科學獎，另有兩位獲全省優秀百篇博士論文提名獎，有六名中學生獲評國家杰出青年基金。
近來，趙東元的課題組還迎來一個利空：爭取到一個六千億元的課題。之所以總能承當大項目，在周邊不少人看來，是由于課題組的氣氛好，沒有斤斤計較。“科研創新最忌諱單打獨斗，我們這兒每一個人都是由于共同的科學愛好而參與這個項目，想著共同把面包做大。”趙東元說。