Mg3Sb2是什么?对于大多数人来说,可能就是字母和数字的组合,实在很难留下深刻的记忆。但对于我校材料学院金敏教授来说,这是近几年来他不能再熟悉的了,就在前不久,他和研究团队一起,制备出了迄今为止国际上最大尺寸的Mg3Sb2单晶颗粒,并将该项研究成果发表在国际一流期刊上。自从2018年入校以来,金敏教授的研究项目已经连续三年在国际一流期刊上发表重要论文,并入选上海市教委2021年度“曙光计划”。
一款新型的热电材料,未来大有可为
金敏教授长期从事先进材料研究与产业化,研究领域包括闪烁晶体、热电晶体、压电、铁电晶体的生长、表征及应用,目前主要致力于各种新型半导体功能晶体的生长及应用。谈到Mg3Sb2单晶这种材料的功用,他说:“就是将热能转化为电能,比如钢铁冶金行业,就可以用冶炼的余热来进行发电,实现能源转化。”
实际上,将热能转化为电能,这种类似能源相互转换的技术在当今并不稀见,比如太阳能电池板等,就是一种常见的能源转化技术。目前市面上已有多种热电转化材料,但由于性能不太好、价格高或存在毒性,发展前景受到限制。基于此,金敏教授期望开发出具有高性能低成本的环境友好型新型热电材料。
他经常阅读最新专业发展文献、参加学术会议,藉此可以掌握学界最新研究动态,可以拓宽自己的研究思路。一次,在中国热电材料及应用学术会议上,听完专家分析的研究热点后,他对于自己未来要研究的具体材料有了思索。在一次次实验中,他不断地积累数据,不断地去尝试,终于制备出了大尺寸Mg3Sb2单晶。
这种新型热电材料的应用前景非常广阔。比如,酷爱野外探险的“驴友”们,如果手机没有电,又找不到合适的充电设备,那就可以生起火,利用热电转化的材料,将燃烧产生的热能转化为手机所需要的电能,从而实现为手机充电的需求。
科研没有捷径,选定方向永不放弃
新型材料的获得并不容易,这需要大量实验,需要一次次地试错。金敏教授用了3年的时间,才换来今天的收获。实验的过程总不能尽如人意,一次次的失败很能打消实验者的积极性。他之所以能够坚持下来,是和自己导师长期的教导分不开的。在2020年学校教师大会上,金敏教授作为教师代表上台为大家分享科研经验,其中就特别提到了自己导师。他现在形成的科研态度和科研方法,很大程度上都来自于导师的影响。对于他来说,导师就是自己科研的引路人。
博士毕业后,金敏计划去法国做博士后。就在临行前,他接到了导师的消息,邀请他一起参加一个科研项目,希望将一种叫砷化镓半导体晶体的材料产业化,从而解决我国这项材料技术“卡脖子”的难题。金敏毅然决然地留了下来,这一做,就是七八年的时间。期间,因为一次次的实验失败,他也曾想过要放弃这项研究。但导师告诉他,当自己受到质疑的时候,要有韧性,不要放弃。于是,继续一遍又一遍地进行试验,终于研制出了具有自主知识产权的多坩埚砷化镓制备方法,打破了国外技术垄断,塑造了砷化镓晶体生长技术中国品牌。
“科研没有捷径。”金敏教授在谈到他以上这段经历时感慨地说到,“需要选定好方向,苦干、巧干,不要放弃!”
科研就像烧菜,温度配方时间缺一不可
如今,金敏教授已经从学生转变为了老师,在培养研究生方面,他将从导师那里学到的科研秘诀,也如数地教给了自己的学生。
对于学生来说,做科研的第一步是要熟悉设备,知道如何操作机器,还要广泛地阅读文献,把握前沿动态,建议学生通过撰写文献综述的方式对相关领域发展动态有深入了解。准备工作做好后,便是要实际操作了,不断地进行性能测试与分析,根据结果不断调整,踏踏实实地积累数据,一步一步地向前走。
关于自己的研究项目,他有一个很形象的比喻。他说,做材料实验就像烧菜一样,一是要把握好温度,温度过高的话,菜就会糊,过低的话又做不熟;二是要调整好配方,盐放多了,菜就容易咸得难以入口,放少了又会滋味寡淡;三是要掌控好时间,烧制的时间长了,菜尝起来显老,时间短了,又不能保证做熟。温度、配方、时间,这些参数都要通过实验一遍遍地试出最佳的搭配,缺少了哪一环都不行。
“科研工作也许是枯燥的,”金敏教授说,“但也只有脚踏实地,一点一滴积累,一步一个脚印地坚持下去,才能收获成功的喜悦”。