【中國科學(xué)報】北京理工大學(xué)材料學(xué)院副院長張加濤：做別人沒有的才有趣
發(fā)布日期：2018-09-10 供稿：中國科學(xué)報 編輯：吳楠 審核：王征 閱讀次數(shù)：
原文標(biāo)題：北京理工大學(xué)材料學(xué)院副院長張加濤：做別人沒有的才有趣
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“我很榮幸作為教師代表在此發(fā)言，有兩點體會與大家分享，與大家共勉。第一，勤勉自勵，十年磨一劍，鑄就工匠精神。第二，教學(xué)相長，化育棟梁，傳承家國情懷……”不久前，在北京理工大學(xué)本科新生開學(xué)典禮上，教師代表張加濤慷慨激昂地說道。
張加濤既非院士、長江學(xué)者，也非“萬人計劃”教學(xué)名師，何以被選作教師代表？實際上，他是北京理工大學(xué)徐特立特聘教授，迄今為止，該校得此殊榮者僅3人，而他是首位。今年年初，由于在無機納米材料化學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)，他被授予英國皇家化學(xué)會會士。
他的科研故事就像一本書，正待人翻開。
讓納米半導(dǎo)體1+1>2
對張加濤的采訪，是從一塊色澤偏藍(lán)的玻璃開始的。這塊看似平常的玻璃，背后卻蘊含奧秘。它摻雜了納米材料，也就成了“太陽能熒光聚集器”。比如，大廈的窗戶使用少許這種材料，就可以自動收集光能，收集到的能量可以用作取暖，或和光伏電池連接起來用作供電，因此也被稱為“智能玻璃”或“智能窗戶”。
張加濤告訴《中國科學(xué)報》記者，高分子的好處在于容易改變和控制形狀，如3D打印，其核心就是形成一個三維有序結(jié)構(gòu)，一旦與光的波長相匹配，就可能會對光產(chǎn)生影響。“如果半導(dǎo)體納米晶材料結(jié)合高分子3D打印實現(xiàn)對光的控制，就可以發(fā)揮更大的作用；比如科幻電影中的隱身衣，就是通過改變光的折射角度，使人眼陷入盲區(qū)。”
事實上，人工光合成只是張加濤眾多研究項目中的一個。而要論起他最主要的研究，就不得不提他利用納米化學(xué)方法制備半導(dǎo)體摻雜納米晶。“通俗點說，就是讓雜質(zhì)可控地固定在納米晶內(nèi)部的精準(zhǔn)位置，這對納米半導(dǎo)體材料的意義重大，可以讓雜質(zhì)參與到半導(dǎo)體的能量傳導(dǎo)過程，并且成為不消耗能量的真正‘雜質(zhì)’，從而實現(xiàn)為非硅半導(dǎo)體納米材料加入雜質(zhì)的‘1+1>2’的效果。”
據(jù)他介紹，半導(dǎo)體納米材料形成更多種類的異價摻雜后，組裝成膜可以形成多種PN結(jié)器件，進而可以制作成場效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、太陽能電池等。
“新原理、新方法，之后才會產(chǎn)生新材料。我們做的是探索最前沿的原理和方法，為日后學(xué)界和業(yè)界新材料的制造、應(yīng)用提供指導(dǎo)性意見，說不定還能引發(fā)一場材料界的工業(yè)革命呢！”說起自己的研究，張加濤很自豪，“做別人沒有的，才是有趣的！”
不鳴則已，一鳴驚人
2000年在北京理工大學(xué)攻讀碩士期間，張加濤就參與了納米研究。但真正接觸納米材料是他讀博的時候，當(dāng)時，張加濤師從清華大學(xué)教授、中國科學(xué)院院士李亞棟。
“我在國內(nèi)課題組做得不是最好的，便想著出國進一步深造。”張加濤先去了德國，后又去了美國。在他眼中，德國與美國的科研風(fēng)格迥異，前者按部就班、相對悠閑，“做科研要搶占先機，結(jié)果比他人晚一步就不值一提”，于是他又去了節(jié)奏緊湊、比較拼命的美國。
在這里，他與馬里蘭大學(xué)教授歐陽敏合作，將化學(xué)與物理相結(jié)合，對納米材料作進一步研究。
張加濤回憶，歐陽敏提出了金屬@單晶半導(dǎo)體核殼納米結(jié)構(gòu)這一“完美”結(jié)構(gòu)，對自己來說是一個很大挑戰(zhàn)。根據(jù)傳統(tǒng)材料合成原理是不可能的。“對我來說，挑戰(zhàn)傳統(tǒng)科學(xué)成形的理論是非常困難的，但博士后必須去挑戰(zhàn)一些不可能。如果做不好，還有可能失去與他人合作的機會。”
張加濤憑借所學(xué)的無機合成化學(xué)經(jīng)驗做了一兩年時間，“可以說已經(jīng)瀕臨崩潰”，最后終于柳暗花明，還是無機合成化學(xué)的方法，改變工藝上的一個點，將這一結(jié)構(gòu)制備了出來。
“這個過程可謂‘厚積薄發(fā)’，離不開我博士期間、德國學(xué)習(xí)期間的積累，但更關(guān)鍵在于厚積的過程是否堅持下來。在實驗過程中，我也常和導(dǎo)師爭論，甚至很多時候爭論得面紅耳赤，用實驗數(shù)據(jù)說話。”張加濤回憶起這段經(jīng)歷，仿佛就在昨天。
這項名為“大晶格失配下金屬@單晶半導(dǎo)體核殼納米晶的合成及在光—物質(zhì)—自旋調(diào)控方面的新應(yīng)用”的研究很快發(fā)表在《科學(xué)》和《自然》雜志上。《科學(xué)》評價其為“完美的不匹配”，《自然》對它的評價是“光—物質(zhì)—電子自旋的完美調(diào)控”。不鳴則已，一鳴驚人。一年之內(nèi)，先后在兩大頂級科研期刊發(fā)表文章，在國際上都罕見。
“它是我科研信心增長的關(guān)鍵點。讓我感受到科研的興趣，來源于不斷的努力和堅持，也證實了我有做科研的興趣和能力。”張加濤說。
抓住意料之外的“不好結(jié)果”
就在眾人為他歡慶，恭喜他能在美國輕松地找到一份不錯的職位之時，張加濤卻毅然決定回國。心中的那份家國情懷，牽動著這位從山東沂蒙革命老區(qū)走出來的教師。2011年，他回到了母校北京理工大學(xué)任教。
“徐特立老校長曾說‘實事求是，不自以為是’，我理解的是一定要嚴(yán)謹(jǐn)，做科研本身是‘求是’的過程，做人也應(yīng)當(dāng)如此。第一，要跟學(xué)生做到心與心的交流；第二，要努力發(fā)現(xiàn)別人的優(yōu)點；第三，做人要嚴(yán)謹(jǐn)、誠實。”張加濤說。
在北理工的科研生涯中，有一件令張加濤難忘的事。這還得從他帶的第一批碩士研究生趙倩、劉健說起。他們在做用陽離子交換法制備CdS量子點的實驗時，發(fā)現(xiàn)本該發(fā)黃色熒光的量子點發(fā)出了紅色熒光。劉健、趙倩以為實驗操作過程中犯了錯誤，找他說明情況時還面帶愧疚。當(dāng)時，大家并不太在意，然而，一年后再次測試，依然發(fā)紅光。張加濤發(fā)現(xiàn)這并不是實驗操作過程中的錯誤導(dǎo)致，而是一個新的現(xiàn)象，于是深挖下去，解決了摻雜能級和摻雜發(fā)光穩(wěn)定性這一國際難題，并最終將研究成果發(fā)表在《先進材料》雜志上。
“科研結(jié)果沒有好壞之分，也許一個意料之外的‘不好結(jié)果’，其中就暗含著全新的理論或方法，因此在實驗中一定要抓好每個細(xì)節(jié)。”張加濤后來總是這么對學(xué)生說。
在博士生白冰眼里，導(dǎo)師張加濤善于用簡單的方法解決復(fù)雜的問題，就像“太極中的四兩撥千斤”。而博士生張二歡眼中的導(dǎo)師，“一開始很嚴(yán)肅，接觸之后發(fā)現(xiàn)他很接地氣”。
張加濤所在的辦公室樓層有一個乒乓球臺。平時，做實驗不順、心情郁悶時，就照著乒乓球抽兩下，“這是很好的解壓方式”。
采訪快要結(jié)束，門口露出一個“小腦瓜”來找爸爸，張加濤珍惜和孩子在一起的時光，“誰說搞科研不顧家，帶孩子的時候才是腦子完全放松的時候”。
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