2013浙江大学EMBA“眼见为实”探求真知

    

    丰富多彩的现实世界，科学家们“刨根问底”的方式之一，就是进入材料越来越细微的微观世界，试图去“看”清材料的内部结构。“简单来说，我们的工作就是要追求‘眼见为实’。”王勇说。(EMBA招生：emba.22edu.com/embazhaosheng/)

    

    “同是由碳元素组成，钻石为什么这么硬，铅笔芯（石墨）为什么这么软，就跟它们的微观结构有关。” 一般来说，材料的性能是由其微观结构决定的。但人体的肉眼只能看到约0.1毫米的尺度。再小，就需要用到光学显微镜。它的“可见度”约0.2微米（1微米=0.001毫米）左右，能看清某些细胞的微观结构。扫描电子显微镜的诞生，则把材料的研究推到纳米量级，科学家们可以直接观测到材料表面的纳米量级的形貌变化。扫描电镜只能研究材料的表面结构，要深入“透视”材料内部的微观世界还得借助于透射电子显微镜，这种高端电镜的分辨率一般为2埃米左右。但这仍然无法满足“野心勃勃”的科学家的需求，最新一代的“眼镜”——球差矫正电镜分辨率可以达到0.5埃米左右，科学家可以在原子级别研究材料的微观结构及其对性能的影响。”一纳米相当于一根头发丝横切面的六万分之一，而埃米仅仅只有纳米的十分之一。

    

    在浙大电镜中心，有一台全国高校第一台引进的具有原子级元素分辨能力的球差矫正电镜。“一般的光学显微镜有凸透镜和凹透镜，可以相互组合消除球差，而一般的透射电镜只有电磁凸透镜，那我们就需要采用特殊的‘矫正’方法。”如此一来，“看”就变成了一个技术含量很高的事情。此外，以往的透射电镜是在真空的环境下观察材料，电镜中心购置的全国第一台“环境透射电镜”则能引入真实的气体和压力环境，以了解材料在实际的服役条件下的真实属性。 “球差矫正电镜”和“环境透射电镜”正是王勇的“当家武器”。

    

   

    

    王勇专注研究的材料之一，是化工和太阳能领域应用广泛的催化剂和热电材料。“如何提高催化剂活性，这就要到微观结构里去找线索。”王勇说。铂Pt、钯Pd等这些常见的金属颗粒催化剂，催化剂，最早都是以纳米颗粒的形式出现，后来，科学家发现这些材料被制备成特定的形状后，催化效果更好。“现在的研究目标，主要集中在真实环境中、原子尺度下研究各种表面的催化机理，探索提高催化活性的新途径。”王勇说，“如果这些研究能应用于现实，将大大提高能源工业的效率。”

    

    2013年5月，国际著名学术期刊Nano Letters上发表了张泽院士和王勇教授指导的博士生姜颖在拓扑绝缘体/热电材料的结构、缺陷分析上取得的重要进展。文章首次在原子级别上报导了Bi2Te3, Sb2Te3等拓扑绝缘体/热电材料的微观结构，揭示了Bi2TexSe3-x (x=0-3)“三元”体系的层间化学成分的演变，发现一种新的7层结构并证明了其堆垛顺序；并研究了三元体系的演变机制及7层结构缺陷的能带性质。这一工作对有效调控拓扑绝缘体/热电材料的物理性能有极大的指导意义，为该体系材料在拓扑绝缘体及热电等方面的应用起到了积极的推进作用。“研究的关键，是我们摸索出了一种特殊的‘刀法’，用这种刀法 ‘切’出的材料，再加上先进独特的球差矫正电镜就能清晰的看到一个个原子的排布结构。”王勇说。

    

    材料领域，其实有很多与企业合作开发新材料的机会，但王勇目前还“不感兴趣”，他目前对自己的要求是，先在实验室“闷”几年，基础研究做深，再考虑做产业和行业技术转化的事。“我希望通过5—10年的时间，在基础研究上取得一些突破，这样学术的整体水平和潜力才能提升。”在这方面，王勇说自己在澳大利亚昆士兰大学的合作教授逯高清院士和美国加州大学洛杉矶分校的合作导师王康龙教授都是很好的榜样。王教授70多岁高龄还坚持在实验室做基础研究，同时他在产业上又有产生了很好的影响力。”