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【科技自立自强】李飞:在国家需求中寻找自己的价值坐标

日期:2023-05-05    点击数:     来源:

“简单来说,从2006年到现在这十几年,我的科研成果主要体现在这三张图上……”一见到记者,西安交通大学电信学部李飞教授就开门见山,介绍起他在弛豫铁电单晶领域的原创性科技成果,语气谦逊而温和。

李飞教授在西安交大电子陶瓷与器件教育部重点实验室做铁电测试

李飞主要从事高性能电子材料与器件方面的研究工作,研制出了一系列具有高压电性能的单晶与陶瓷材料,推动了我国在高性能压电材料与超声换能器方面的科技进步。以第一作者或通讯作者在《自然》、《科学》等期刊发表学术论文100余篇,引用超过13000次,研究工作入选2020年度中国科学十大进展,在国际国内重要学术会议做大会报告2次,分会邀请报告30余次。获得2022年度陈嘉庚青年科学奖、2020年度IEEE Ferroelectrics Young Investigator Award,2020年度美国陶瓷学会Ross Coffin Purdy Award、2018年度中国物理学会电介质物理专委会“优秀青年奖”、2015年国家自然科学二等奖等学术荣誉。李飞积极指导青年学子参加科技竞赛,提升科技创新能力,指导学生团队获得2019年“互联网+”大学生创新创业大赛全国金奖、2020年挑战杯金奖等竞赛奖励。

“科研就是在诸多不确定性中选择坚持”

弛豫铁电单晶是电子科学技术领域重要的功能电介质材料,具有优异的介电、压电、电光和热释电性能。我国在医疗超声诊断、水声探测、精密驱动、电光技术等领域对这类高性能材料有着重大需求。然而,自弛豫铁电单晶发现以来,其高性能的起源问题一直没能解决,阻碍了晶体介电、压电性能的进一步提升,无法满足当前电子器件多功能化、小型化、高灵敏度的发展需求。

2006年,在西安交大读研期间,李飞一脚踏进了科研的门,师从徐卓教授,开启了对弛豫铁电单晶长达十几年的研究。弛豫铁电单晶的关键微观结构特点是什么?微观结构与宏观性能之间是怎样一种关系?探究这些问题,必须基于大量实验,对实验结果进行分析,探索不同微观结构弛豫铁电单晶物理性能上的细微差异。

这个过程异常枯燥无趣,常常要面临的窘境是,已经做了大量实验,但仍然找不到突破点。“坚持还是放弃?”每当脑海中盘桓起这个问题,李飞的回答都是:坚持。他坚持下来的原因有两点,一是科研兴趣使然,二是西迁精神和西迁前辈潜移默化的影响。李飞坦言,“每次思想斗争的时候,都会反问自己,当初选了科研这条路,不就得耐得住寂寞、受得了挫败吗?不能轻易放弃!同时,脑海中还会不自觉地浮现出白发苍苍的马知恩教授精神矍铄地讲课的样子,也会想起中国科学院院士姚熹教授对我们的教导。他们那个年代的教学科研条件比我们差远了,我们得向他们学习,我还是一名中共党员,不能因为困难就轻言放弃,要坚持下去!”

本硕博阶段,李飞的研究课题横跨微电子与固体电子学、材料物理化学、凝聚态物理。“对弛豫铁电单晶的研究,既需要精通材料制备与微观结构调控方法,又要掌握诸多实验表征手段,做好晶体结构测试,还要熟悉相场模拟等材料计算理论与方法,才能把研究更深入下去。”2015年,李飞到美国宾夕法尼亚州立大学深造,学成归国时,没有丝毫犹豫回到了母校西安交通大学,继续锚定弛豫铁电单晶开展研究。

沉淀十几年后,科研取得了进展。2016年,李飞首次在介观尺度上阐明了弛豫铁电单晶中极性纳米微区与高压电效应贡献的内在关系,为高性能压电材料的设计与开发提供了理论支撑。研究成果得到了国内外同行学者的高度关注,被评价为“是弛豫铁电领域的一个里程碑”。这项研究也成为了李飞在国际铁电材料领域的重要学术标签。

2020年,李飞的研究成果入选2020年度中国科学十大进展,获得了2020年美国陶瓷学会Ross Coffin Purdy Award、2020年IEEE UFFC Ferroelectrics Young Investigator Award等荣誉。

2020年Ross Coffin Purdy奖的获奖成果是西安交大电子陶瓷与器件教育部重点实验室徐卓、李飞教授团队的“设计具有高压电效应的铁电陶瓷材料”,该成果在高性能压电陶瓷的设计合成方面取得了突破,通过引入局部结构无序,首次合成出了稀土元素Sm掺杂的Pb(Mg,Nb)O3-PbiTiO3压电陶瓷,获得高达1500 pC/N的压电系数,是商用软性压电陶瓷的两倍。该成果于2018年发表在Nature Materials期刊上,发表后被Nature Materials期刊News&Views专题介绍,也被美国能源部网站、Pro-physik、Phys.org等报道并引起学术界广泛关注。采用类似的方法,课题组在相似成分的压电单晶中获得了超过4000 pC/N的压电系数,2019年在《科学》期刊发表。

美国陶瓷学会于1949年设立Ross Coffin Purdy奖,用于奖励陶瓷领域前两年出版的学术文献中作出最有价值贡献的作者,全球每年只奖励一项研究成果。1985年,姚熹院士曾因其在“铌酸锂陶瓷的晶粒压电共振对其介电谱的影响”方面的研究工作获得此奖,西安交大35年后再次问鼎国际陶瓷的殊荣,彰显了西安交大在铁电压电材料研究领域的深厚积累和世代传承。

“国家和社会需要牵引着我们的科研目标”

“基础研究对学科发展的支撑作用是很强大的,在基础研究领域,想要取得一点点进展都是很难的,但是不能因为难就不做,因为只要有一点进展,就能由此衍生出很多新的研究方向和应用技术。”这是李飞对基础研究的认识。

得益于前期科研成果,李飞的科研触角延伸到了弛豫铁电单晶的应用领域,包括新一代医疗超声探头、机械振动能量收集器、压电马达、光声成像探头、电光调制器等重要电子器件的设计与开发。

2019年,获悉李飞的研究成果后,国内知名手机厂商OPPO找到了团队寻求合作,共同研发基于压电马达的手机镜头模组,压电马达中的核心部件就是弛豫铁电单晶等压电材料。“这是一个全新的模组, 去年我们与OPPO公司一起研发出了原理样机,目前,已经取得了阶段性进展。”李飞介绍。

2021年1月,陕西煤业化工集团有限责任公司和西安交通大学联合组建的“陕煤集团5G+工业互联网研究院”在中国西部科技创新港揭牌。李飞团队和陕煤研究院开展合作,开展高性能压电陶瓷的研发工作。“我们希望新材料能够助力国内医疗超声诊断设备的发展,辅助医生更准确判断病症,守护人民群众的健康。”

2022年,李飞获陈嘉庚青年科学奖,以表彰他在电子材料领域所做出的重要学术贡献。陈嘉庚青年科学奖是由陈嘉庚科学奖基金会设立的,在中国科学院学部平台运作的社会科技奖励,每两年评选一次,共设6个奖项,每个奖项每次评选一人,奖励在中国独立做出重要原创性科学技术成果的40岁以下的青年科技人才。

2023年初,西安交通大学研究生院开展“青年优秀导师”评选活动,表彰10名45岁以下的、在学校学位与研究生教育工作中有突出贡献的青年研究生指导教师,李飞入选。他担任主讲之一的《电介质物理》课程曾被评为国家精品课程,目前该课程已在MOOC上线,先后获得2021年西安交通大学第十七届教学成果特等奖和陕西省教学成果一等奖。

近期,李飞教授与哈尔滨工业大学、澳大利亚伍伦贡大学等单位合作,采用新开发的钝化籽晶模板工艺制备出了锆钛酸铅(PZT)织构压电陶瓷,解决了几十年来PZT陶瓷无法被织构化制备的学术难题。相关研究工作以《晶粒定向排列的锆钛酸铅陶瓷》(Lead zirconate titanate ceramics with aligned crystallite grains)为题发表在国际顶级期刊《科学》上,为高灵敏度传感器、换能器的性能提升带来了新的契机。这是李飞教授的第四篇《科学》研究成果。

李飞教授所在团队党员占比超过80%,他们是西安交大电信学部电子材料支部的成员。李飞说:“大家平日忙于教学和科研,不太擅长表达情感,但是一说到国家和社会需要,大家都无怨无悔、加班加点去干。这就是对党和国家最深沉的热爱。每个人都需要有家国情怀和精神追求,不然很难找到自己的价值坐标。”

谈到未来,李飞说:“作为老师,我将培育更多优秀人才;科研方面,希望能继续有新的突破。”

文字:李莉

图片:李莉 受访者提供

编辑:张玥

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