老子有言：天下萬物生于有，有生于無。有無相生，難易相成，長短相形，高下相盈，音聲相和，前后相隨，恒也。也就是說，一切事物，相反的兩種屬性同時也是相互融合、相互統一的。從這里，我們又可以想到：矛盾無處不在，矛盾無時不有，矛盾雙方既是對立，又有統一。
最近，江雷院士發表了一篇經典perspective文章，對材料科學中的自然辯證法和二元協同材料進行了深入的闡述和總結，相信聽過江老師報告的讀者，對此應該不會陌生了吧！
圖1. 哲學家老子、班固和恩格斯及其核心思想
圖2. 自然界中不同尺度上可能存在的二元協同現象。依次為原子、離子晶體、細胞膜、DNA、骨骼、蛋白石、地球及宇宙
二元協同材料，一般來說是指通過調控兩種結構單元之間的距離與本征物理尺度常數匹配，達到臨界距離產生協同效應，呈現優異物理、化學性能的一類新材料。二元協同材料不同于傳統的單一體相材料，是在材料的宏觀表面或體相內建造二元協同納米界面結構。該材料設計原理是，在介觀尺度引入不同甚至完全相反理化性質的納米微區，在某種條件下具有協同的相互作用，以致在宏觀上呈現出超常規物性的材料。這一新原理的關鍵是找出這兩種組分間的協同距離，該協同距離應該與物理或化學中的某一特征常數相關。這一設計原理可以拓展到材料科學的多個領域，用于指導制備各種新型功能材料。
根據自然界和人類歷史的發展，恩格斯的自然辯證法可以歸納為以下三條法則：（1）量變到質變；（2）對立與統一；（3）否定之否定。
通過對近代材料科學發展過程中的重要成果的總結，江雷院士提出第四條法則：協同距離原理。
基于向自然學習和對立物性的二元協同理念，江雷院士于2000年提出二元協同納米界面材料的新概念并應用于超浸潤材料體系。目前，超浸潤二元協同材料體系已經成為引領國際納米材料發展的前沿方向之一。這種二元體系可以進一步擴展，比如：親水和親油、氧化性和還原性、導熱和絕熱、鐵磁性和抗鐵磁性、p型和n型、正膨脹和負膨脹、高介電常數和低介電常數、強熱電性和弱熱電性、離子和空穴、電子受體和電子供體等等。總之，自然界廣泛存在的二元協同互補現象和大量的研究成果足以證明，這種全新的設計思路將創造一個完全不一樣的功能材料的世界。
圖3. 二元協同材料在分子級材料設計中的范例。從上至下依次為堿基對、表面活性劑、主客體識別分子、分子篩、兩性離子聚合物、共軛分子、生物大分子
圖4. 二元協同材料在材料科學中的范例。從上至下依次為巨磁阻效應、高效太陽能電池給體/受體異質結、高效離子導體、高性能熱電材料、量子阱器件、STM、超雙親表面、超雙疏表面、高效催化劑、高強復合材料、光子晶體、氣凝膠
圖5. 二元協同材料的設計原理和組裝原理。a）自然界中的基本二元物性； b）零維、一維、二維、三維納米結構單元及功能復合納米材料
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