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【启梦成电】王宁:吾辈长存好奇心

我要评论(0) 字号:T T 2015年10月29日 14:19:14 来源:电子科技大学

【导读】“特斯拉对未知世界充满了好奇。”说起交流发电机的发明者和推广者特斯拉,王宁教授眼神明亮,语带激情。“他有很多伟大且不可思议的发明,敢想别人不敢想的事情,敢做别人不敢做的事情。特斯拉不追求什么名利,好奇心引领他走向科学的巅峰。”

——记电子科技大学“百人计划”入选者、微电子与固体电子学院王宁教授

“特斯拉对未知世界充满了好奇。”说起交流发电机的发明者和推广者特斯拉,王宁教授眼神明亮,语带激情。“他有很多伟大且不可思议的发明,敢想别人不敢想的事情,敢做别人不敢做的事情。特斯拉不追求什么名利,好奇心引领他走向科学的巅峰。”

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王宁,用略带东北味的豪爽口音,给记者描绘了他心目中伟大科学家的形象。而他,也正追随着他们的脚步,风雨兼程、一路攀登。

“材料科学是人类文明、世界发展的重要基础”

“塞贝克效应是指任何物体只要存在温度差,电子就会从热的一端向冷的一端‘跑’,形成电势差。我们就是要寻找一种从热到电转换效能高的材料。”原来常用的材料是合金、稀有金属或有毒的铅等重金属材料,王宁带领团队尝试着从氧化物热电材料入手,探索一种低成本且高温可利用的材料。

“氧化物热电材料原来的特点是热电优值ZT值比较低,我们希望把优值提高,一种方法是把电导率提高,另一种是把热导率降低,二者其实存在矛盾,很难兼顾。”

怎么办呢?对科学充满好奇心的王宁积极尝试,他的团队设计了一种方法,利用在材料的晶界和晶内的小纳米粒子。“这些处于声子平均自由程尺度范围的纳米粒子可以实现选择性散射,即只散射声子,却不散射电子。声子被散射,热导率就降低;电子不散射,电导率就很高。同时晶粒也会异常长大,电导率显著提高。”王宁团队这项重要研究成果发表在《Scientific Reports》杂志。

除了氧化物热电材料,王宁团队还致力于“光电—热电”复合器件的研究。传统的纳米晶薄膜太阳能电池是半透明的,它的好处是可以和建筑结合起来,既不影响透光,同时还能让窗户发电,是未来科技发展的趋势。

对科研前沿具有敏锐眼光的王宁发现了一个问题。“有的地方并不需要透光,如果使用了这种薄膜电池,透过去的光就浪费了。”因此他的团队在薄膜光电材料下设计了一层薄膜热电器件,使透过的红外光再次被利用。“由于纳米晶太阳能薄膜电池主要吸收可见光的部分,那么近红外光的部分我就用热进行转变。先把光变成热,再把热变成电。” 在光电—热电叠层器件方面,王宁团队做出让人惊喜的原创性工作。他通过材料和器件的设计,达到比较高的转换效率,并将这一成果发表于《Energy & Environmental Science》杂志,2015年影响因子达20.5。

当前,王宁的主要研究方向有薄膜光伏电池的光阳极、电解质、电极材料及光电化学性能、钛酸锶基热电材料调控、光电-热电复合器件、微小型能源发电与收集器件、微系统热管理等领域。他在Energy & Environmental Science、Scientific Reports、Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Power Sources、Applied Physics Letters等国际知名SCI期刊上发表论文50余篇,申请国家发明专利10余项。

采访间隙,记者问王宁,如果可以重新选择一次专业,他会选择什么。王宁稍加思索,便爽朗地回答道:“依旧是材料科学”。

在王宁看来,纳米技术的基础是材料科学,材料科学是极其重要的专业。人类的发展史离不开材料的发明,从石器时代、铁器时代、火药时代到后来的蒸汽时代、电气时代、信息化时代,材料科学都起到了非常关键的作用。材料在日语中叫做“物质”,所有的物质都是材料,事物的发展离不开它。即便到现在,材料领域依旧有着数不清的未知等待探索。“这是我非常喜欢的专业,它有无穷无尽新的东西等待发现。材料是科技发展的基础,随着时间的推移,这个专业一定会越来越重要。”

科研长跑,“好奇”引领创新

王宁2007年博士毕业,来到电子科大任教,2008年前往日本名古屋大学,任JSPS博士后研究员,2013年在美国加州大学伯克利分校做访问学者,归国后回到电子科大工作继续科研事业。

王宁在采访中分享了一段小经历。博士毕业后,他曾到证券公司工作。一段时间后,他觉得兴趣寥寥,又回到了高校。究其原因,王宁分析道:“在证券行业,我不是科班出身,浪费了学到的知识。我还是想回到大学里,继续满足自己的求知欲。”他觉得,在材料科学大发展的时代,有很多的未知和空白点可以去探索。既能保持好奇心,同时又能把理念和知识传递给学生。     

在日本名古屋大学做博士后时,王宁师从国际热电领域学术权威河本邦仁教授。这之前,他一直在光电转换领域进行研究,而河本邦仁教授主研热电材料。跟随老师研究的过程中给了王宁一个灵感——光电、热电材料可以结合起来,打开一个创新的广阔的领域。恰好当时有一个中日的国际合作项目,于是王宁就开始交叉领域的研究,并取得了独创性的成果。

在伯克利做访问学者时,王宁发现国外的教授“像孩子一样”,对未知领域充满了求知欲与好奇心。“从事引领性科学研究的科学家才是整个社会科技发展和工业发展的弄潮儿和开拓者,”王宁很佩服,“他们有很独到的思维方式和科研能力,同时很好地把好奇心传递给自己的学生,一代影响一代,一代感染一代,这样才能创造出像IBM、苹果、谷歌、特斯拉等强大的企业。我认为,好奇才能引领创新,而且一定要做原始创新。”

问到科研过程中的辛苦,王宁思索了很长时间,最后只是望着天花板摇了摇头。“在科研过程中,不断满足好奇心,这个过程是非常享受的。就像跑步一样,如果真的热爱,虽然累,但并不辛苦。”王宁回忆,刚到电子科大的时候,实验室里什么都没有。从第一个烧杯,到现在实验室里相对齐全的光电性能和热电性能测试设备,他很享受白手起家、迎难而上的过程。现在,团队有两位教授、一位讲师、11位博士硕士生。团队规模初成,王宁希望做更多想做的事。“人生其实很短,如果能在科学的历程上留下一点东西,这已经是很大的成就了。”

“外面的世界很精彩,多出去看看”

谈到在国外做科研的感受,王宁分享了他的见闻。

在国外,大学老师的研究普遍比较单纯,多数是“跟着兴趣走”,而且以基础性研究为主。王宁说,基础性研究短期效应可能不强,但它的长远效益特别突出,非常有价值。“做基础性研究的人,他们是开拓者,为人类的发展做出了巨大贡献,这也是为什么诺贝尔奖多颁给基础性研究的原因。”他感叹说。

王宁还发现,国外在产业方面的创新主要集中在企业。国外企业研究的能力超强,例如日本丰田有十万员工,其中两万就是研究人员,这和国内产业界有巨大的差异。

对于“科教兴国”,王宁深信不疑。“国家的富强的根源来自科技创新,只有科技创新才能成为世界的领导者。”科技创新主要体现在两个方面,第一是最基础性、最前沿的研究。如果能发现一种新原理或者新方法,其他人将从中获得很多灵感,做出新的发明,最终造福人类。第二种是要做产业化的研究,主要针对产业中的关键实际问题。国内的工业与发达国家的相比有一定的差距,尤其是涉及到装备、基础材料方面。所以产业化的研究也非常重要,能够直接带来经济收益和社会效益。

对比了国内外科研环境的差异,王宁在他的团队和课堂里融入了一些独特理念。

“搞研究要交叉、跨界。用其它领域的思维、方法论,去分析自己领域,可能会找到新的空白点。”王宁兴致勃勃地谈到,“事实上很多的研究都是可以融合在一起的,看研究者怎么去发现其中耦合的契机。比如说交叉性的纳米电子、纳米机械、纳米生物、生物电子等等,都是交叉领域。” 通过积极与外界的跨界合作,他的团队开发了超轻的碳气凝胶电极材料,应用到光伏电池,展现了比贵金属铂更优异的性能。

在教学上,王宁觉得学生要保持奋斗精神和好奇心两个重要品质。“外面的世界很精彩,我会鼓励学生走出课堂、走出电子科大,走进企业、融入企业,在新的环境里探索未知。”

“在学生遇到自己不能解决的困难时,王老师会鼓励我们,不要轻言放弃,一定要想出办法来解决。”他的学生如是说。研二学生高丽娜感受到:“在教研室里,女生和男生是一样的。不被看轻,也无优待。”

对学生严格要求的王宁,更有一个材料领域的“梦”。“在科研的道路上,还会有很多的困难和障碍,希望一直保持好奇心,哪怕到六七十岁,也能坚守初心。”他更希望能发现一些新的材料和现象,或者能解开一些科学界的“未解之谜”,为材料科学的发展尽一份绵薄之力。

在历史的长河中,无数的帝王与高官被人遗忘,但是科学家们的显著成果却留下了浓浓的印记,为人类的发展做出了积极贡献。选择科学远方的王宁,也正风雨兼程。

[责任编辑:李玥玮]
标签:科学 材料 百人计划
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