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用“纳米”打开非凡材料世界

——记中国石油大学(华东)理学院教授、博士生导师薛庆忠

  薛庆忠

中国石油大学(华东)理学院教授、博士生导师,山东省泰山学者特聘教授,山东省教学名师,山东省有突出贡献的中青年专家,教育部新世纪优秀人才入选者,山东省高校新能源物理与材料科学重点实验室主任、国际刊物《PhysicsEx-press》 的 编 委 ,《Jour-naloftheAmericanChemicalSociety》、《Advanced Mate-rials》等36种国际权威刊物的审稿人,国家科技部“863”计划课题评审专家,国家自然科学基金评审专家。他的课题组和美国哈佛大学、美国麻省理工学院、丹麦奥胡斯大学等国际著名大学建立了稳定的合作关系,是美国哈佛大学的访问教授、客座研究员。

“搞科研就像做侦探,一步步接近真相,一点点揭示秘密。”5月22日,中国石油大学(华东)理学院教授、博士生导师薛庆忠和他的侦探团队共同完成的“纳米碳材料的表界面调控及其物理性能增强机理”项目获得山东省自然科学奖一等奖。

广泛涉猎跨专业攻读博士

“社会发展很快,交叉很多,有时候品味不只通过专业知识提高,要广读书,多思考。”

学术研究离不开扎实的专业基础。“专业知识要学深,要学精!”求学期间,薛庆忠十分重视专业课的学习,他的专业课成绩名列前茅,多次夺得年级第一。“专业知识对于我理解一些物理现象,建立物理模型有巨大帮助,扎实的专业知识是科学研究的基础。”

除了学习专业知识,薛庆忠通过读书拓宽自己知识面的广度。“那时电子设备还不发达,娱乐活动也特别少,去图书馆读书成了我最大的乐趣。路遥、李存葆……还有很多知名作家的小说,我都喜欢。”薛庆忠说,在书中,他体验到了各式各样的人生,涉猎了多方面的知识,这些积累对于他未来的学术生涯也产生了很大影响。“知识面决定了你思考的宽度,专业知识决定了你在特定领域思考的深度,两者对于科研来说都是非常重要的。”

随着知识广度和深度的增加,薛庆忠发现,很多学科的发展都和物理规律息息相关,甚至一些学科都是在物理的基础上不断发展和建立起来的。掌握深层次的物理知识对于从事科学研究来讲,有着得天独厚的条件。所以,他选择了跨专业攻读清华大学材料科学与工程的博士学位。

薛庆忠在读博期间,偶然读到美国阿岗国家重点实验室一篇关于“纳米流体”热导率的实验论文。“纳米流体”的热传导性能非常优越,但传统理论却无法解释他们的实验现象。这是世界上首次提出“纳米流体”的概念,薛庆忠对此很感兴趣,他认真分析了该课题组的实验结果后,首次引入了界面热阻概念,建立了物理模型,解释了在碳纳米管纳米流体中观察到的热导率异常增加现象,成为该研究领域具有里程碑意义的论文,建立的模型被称为“XueModel”。与之相关的“新型碳基复合材料中的表面与界面效应”项目于2011年获山东省自然科学奖一等奖。

勇于探索厚积薄发结硕果

“揭示科学规律获得的成功感是任何事都无法取代的。”

当碳材料的尺寸小到纳米量级的时候,其表面积会被放大几万倍,乃至几十万倍,它就会表现出一些神奇的性质。例如,1克的纳米碳材料的表面积可以铺满整个足球场,它的强度可以达到钢的200倍。薛庆忠的团队做的就是探究纳米碳材料中的这些表界面结构,揭示纳米碳材料的表界面结构带来的各种新奇的现象和特性。

伴随着可移动智能设备、云存储和大数据处理的广泛应用,迅速发展的信息产业对未来的半导体芯片提出了前所未有的要求。与硅材料相比,碳材料具有更高的导电性、电化学稳定性、完美和高度有序的晶体结构等优势,碳基半导体有望从根本上改变未来的半导体芯片和整个信息产业的发展。薛庆忠的团队首次提出利用碳纳米管诱导石墨烯卷曲制备碳纳米管/石墨烯(核/壳)纳米碳基半导体结构,利用这种纳米碳结构可以制备出世界上最薄的二极管。

科研侦探携团队二次获奖

“搞科研就像做侦探,一步步接近真相,一点点揭示秘密。”

5月22日,薛庆忠教授的“侦探团队”再一次告捷。在山东省委、省政府召开的2016年度全省科学技术奖励大会上,由薛庆忠、邢伟、郑庆彬、阎子峰等完成的“纳米碳材料的表界面调控及其物理性能增强机理”项目获得山东省自然科学奖一等奖。薛庆忠代表他的团队参加奖励大会,从山东省省长龚正手里接过了凝结着奋斗成果的获奖证书,这是薛庆忠第二次获得该奖。

记者了解到,“纳米碳材料的表界面调控及其物理性能增强机理”项目发现了多种纳米碳材料的表界面调控原理,并利用表界面调控技术开发了多种具有优异电学、力学、气体吸附等性能的新型纳米碳材料。目前,该类新型纳米碳材料已在信息计算、新能源电池、二氧化碳利用等领域表现出极其重要的应用价值。

Nature出版集团将该项目研究成果作为“研究亮点”进行了报道,指出“薛庆忠等探索了利用碳纳米管和石墨烯获得新结构的可能性”,相关代表性的论文被 NatureChina选为“TOP10”论文。该项目提出的相关理论分别得到了美国哈佛大学、麻省理工学院等课题组的实验验证。(张鹏 陈琪)

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