能源的消耗利用，极大地改善了人类物质生活，同时也让环境污染问题迫在眉睫。近年来，具有良好的再生性和环境友好性，作为可以替代传统化石能源而又在自然界中普遍存在的天然高分子被广泛关注。

　　依照天然高分子的结构属性，改性修饰或者纳米化研制开发出适合于人类可持续发展的、无毒害、易降解的高分子材料，成为了当今全球节能环保领域重要的研究方向。“能源问题势必会引起环境问题，把自然界中的生物质作为一种能量，通过循环使之得以释放，可以极大地减少对化石能源的依赖性，同时也不会对环境造成不良影响。”南京信息工程大学环境科学与工程学院化学系教授刘大刚如此认为。

　　

　　

　　出生于20世纪70年代末的刘大刚成长于革命老区大别山脚下，自小玩耍于山间田野，一束花草、一颗粒石、一只甲壳虫……都可以让他玩得不亦乐乎。因历史原因，当地十分贫困，食不裹腹并不罕见。在此等生活条件下，读书成为一种奢侈。

　　他的爷爷是以前的私塾先生，在当地算得上知识分子，“家里的教育传承还可以”，因此，刘大刚才能一路从小学、中学读到大学，最终成长为一个前线教育工作者，科研人员。谈及小时候的生长环境，刘大刚很是兴奋，“那时候上学也不是全身心地在学习上，而是喜欢跑到山沟沟里到处去玩”。

　　自然界各色各样的生物，种种神秘现象，填满了刘大刚的少年时代。“我喜欢一些自然、天然纯粹的东西，同时也喜欢思考自然界中的五颜六色是怎么来的一类问题”。开阔的山间田野塑造了他自由、崇尚天然的性格，对各种自然现象高度好奇培养了他对自然的无限兴趣。可以说正是在这种兴趣的指引下，让他在今后的科研过程中以自然为导向，一步一步走进大自然深处。

　　从大学时期的化学专业，到留美期间的可再生资源研究，再到目前所从事的环境友好高分子纳米材料研究，刘大刚把他感兴趣的自然生物一点点转移到实验室里的瓶瓶罐罐中，热衷于探索天然高分子结构的不规整性、分子间键全作用的复杂性、难溶解、手性以及亲水性等特征，为寻找可替代原料不遗余力。

　　“自然界中有很多生物质，其通过自然本身的循环作用，把这些生物质当作一种能量利用起来，通过不同形式的排列组合直接转化为人类所需要的能源材料，这是我一直想做的”，刘大刚始终认为，科研要取于自然，回归自然。“利用丰富的可再生材料，实现功能化仿生，使用后也是天然环保，这才是正确的循环发展的道路”。

　　

　　

　　当前，传统能源在消耗过程中不可避免出现有毒物质，危害生态环境的正常发展，同时也损害人类身体健康。随着近年来国内外天然高分子领域研究脚步的加快，人们逐渐对天然高分子的聚集态结构、材料的降解循环利用有了深入了解。

　　刘大刚带领团队将淀粉、纸浆、甲壳素、壳聚糖、丝蛋白等通过机械物理的方法分别制备成天然高分子纳米颗粒，通过对流变分析淀粉、壳聚糖、甲壳素在尺寸降低的过程中纳米颗粒的溶胶—凝胶转变，研究了尺寸转变和形貌等对颗粒性质的影响。该技术克服了传统化学污染或者生物酶技术的不足，为天然高分子半结晶性纳米颗粒以及水分散胶体提供了有效的制备方法，并得到了学术界和工业界的广泛认可。这些纳米颗粒有效地增加了比表面积和相对官能团数量，却保持了原始的刚性特征，当嵌入柔性高分子链段中易形成“海-岛”结构。他们将天然高分子纳米晶或者纳米纤维与高分子进行共混，实现软硬两相之间的有序结合，增加材料的抗蠕变性能。他们的研究受到关注并受邀撰写书稿和综述。

　　像纤维素纳米晶这样的尺寸小、比表面积大的聚集体，可以通过缓慢的自组装恢复其生物体内纤维的胆甾相有序结构。但是若在三维尺寸范围内实现有序组装，必须在聚集体中间引入如电荷排斥等排斥力，刘大刚及其团队通过调节纳米晶表面电荷密度和手性旋转调控具有长程有序结构的胆甾相液晶膜，而且这种手性向列相液晶可以选择性地反射可见光，表现出结构颜色现象。这种彩虹色的薄膜被用于传感膜、防伪涂层材料。这一研究发现受到国内外的广泛关注，获得较高的引用。

　　此外，基于生命体中天然高分子聚合存在的特征，他提出利用杂化形式实现对天然高分子材料结构性质的调控和应用。比如大豆蛋白质是一种优良的钙离子结合物，利用球蛋白亚单元7S和11S作为模板，通过无机纳米颗粒的识别效应，区分出大豆蛋白质球蛋白的二级结构单元，建立起7S和11S的有机/无机纳米晶之间的识别/组装模式。通过杂化增强等方式解决了大豆蛋白材料的吸水性强、韧性差的问题，并且将离子键合/螯合作用力用于增强大豆蛋白质/木材的胶合界面，提出复杂的有机/无机杂化纳米胶黏剂在粘接木材中三相界面作用力的胶合机理。相关的胶黏剂产品并已实现了该技术的工业化，在环境公益和工业方面贡献了技术力量。

　　众所周知，重金属离子污染极大地破坏了当前生态环境，利用天然高分子微纳米颗粒的多功能活性基团和高比表面积，可以实现对重金属离子的吸附分离，有效地减少了二次污染。刘大刚带领团队成员将大豆蛋白微球、甲壳素、壳聚糖纳米纤丝等微纳米尺寸的天然高分子颗粒应用于重金属离子等污染物的去除，取得超高的吸附量和吸附效率。在过滤器件的应用上，为快速、高效的污染处理开辟了新思路。

　　在今后的科研过程中，刘大刚认为，分离出细小的半结晶天然高分子纳米结构单元，改变、调节这些聚集体之间的作用力，调控手性结构特征，继而控制绿色组装过程合成功能、智能材料，实现从仿生到创造智能材料的转变是重中之重。

　　

　　

　　留美期间，刘大刚的科研态度有了一些改变，“相对来讲，美国的科学家更注重科技成果的转化，实现产学研紧密联合”。随着国内科研成果与产业化相对接趋势的日益加强，他敏锐地感觉到，今后的科研之路要向技术自主创新和新产品研发方面发展。

　　“大自然是最伟大的材料大师，要从大自然中寻找灵感，重新做实验设计，然后尝试着去完成”，刘大刚认为科研的灵感要来自于自然，比如孔雀开屏很美丽，那能不能把这种自然呈现出来的颜色搭配及图案等转移到人类的衣物制作上，而不是仅仅通过化学印染，这种自然组合，能够美得更真实、更环保、更有利于人体健康。

　　回国后，刘大刚就走上了南京信息工程大学的三尺讲台，开始了执教生涯，并在这里一一实现着自己当初的设想。“搞化学科研，并非都是和有毒物质打交道，在我们实验室里都是一些天然的东西，是自然界中普遍存在的天然高分子，比如淀粉、甲壳素、纤维素、蛋白质等，很常见”。在指导学生做科研方面，他说，大自然才是人类的老师，鼓励学生多接触自然，在实验里做基础性研究时，只需要结合自然界中的现象来执行就可以了。

　　放手让学生自己去寻找实验灵感，去探索自然奥秘，才能培养出高超的动手能力以及自主创新思维。刘大刚常常告诫学生，“要想成为专业人才，基础知识的学习是必须的。拥有极强的目标感，从多方面寻找解决问题的途径以达到目标，这样才会有更多更好的东西被创造出来”，激发学生的自主性及兴趣点，他认为这是教师的职责所在。

　　诚然，以自然为导向，以生活为根基，取之于自然应用于自然的科研技术，才会具有长远的生命力。