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“911先生”张加涛:科研不能有半点“杂质”

2018-11-05 08:58:10

  “对光电器件而言,纯半导体是无用的,但加入杂质后可实现‘点石成金’,让这些材料具备发光、发电等性能。”北京理工大学材料学院徐特立特聘教授张加涛对科技日报记者说,大家耳熟能详的硅之所以能被加工成为电子器材,正因为在纯半导体硅中掺入了杂质,使其纯度下降,令其具备了发光、发电等性能。“不过,我做的不是硅这类传统半导体,而是Ⅱ-Ⅵ、Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米晶材料。”

  近日,张加涛团队首次实现不同巯基配体和有机溶剂协同作用,相关论文发表在化学领域顶级期刊《德国应用化学》上。2018年3月,因在无机纳米材料化学领域作出了突出贡献,43岁的张加涛受聘为英国皇家化学会会士。

  挑战国际难题,实现精准掺杂

  在半导体纳米晶材料的研究中,要想使材料得到广泛应用,关键要解决纳米级的精准掺杂问题。但半导体纳米晶材料尺寸小,其具备的自清洁效应使杂质在其中很不稳定,因此实现精准掺杂难度很大。如何使杂质在半导体纳米材料中稳定地发挥作用,成为该领域的国际性难题之一。

  近三年,张加涛带队利用纳米化学方法,通过一种离子交换反应,调控其反应的热力学和动力学过程,实现了Ag+、Cu+离子等在Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米结构中的深度取代性掺杂,并且使掺杂浓度可控。“这个过程能让半导体材料具备其他性能,让该材料发挥出更大的作用。”张加涛说。

  张加涛把自己的研究比作改变食材本身的味道。“通常,炒番茄会加入各种调料让味道变好。我们的工作则是在番茄生长初期就介入,掺入少量‘杂质’,让其味道发生根本性改变。”张加涛说,在半导体形成初期加入1%至2%的杂质就可以让其性能发生根本性的改变。

  张加涛课题组与意大利赛吉奥·布罗维利(Sergio Brovelli)教授课题组合作,全面而系统地研究了Ag+离子掺杂CdSe纳米晶的激发衰减过程,相关成果于今年发表在国际纳米科技权威杂志《自然·纳米技术》上。

  对工作异常执着,被称“911先生”

  张加涛认为,科研工作者一定要严谨、实事求是,“科研工作不能有半点儿‘杂质’”。对每个实验项目,他们都反复讨论,不放过每个细节。“实验过程中,我们碰到的很多东西都是未知的,把未知变成已知需要用数据说话,用试验和理论证明。”他说。

  张加涛对科研工作有着异乎寻常的执着。他常对学生讲:“世上无难事,只要敢想敢做、坚持去做、努力去做,一定会有所收获。”在国外求学期间,张加涛每天早上9点进入实验室,晚上11点才离开,他也因此被称为“911先生”。他每天中午只在实验室隔壁的小屋子里用半个小时吃饭,之后便又一头扎进实验室中。

  这样的科研态度也让张加涛近年来收获颇丰。他以第一作者、通讯作者身份在《自然》《科学》等顶级期刊发表论文50余篇,ESI高被引3篇。

  张加涛说,突破难点才能发表高水平文章,受国际同行认可。“科研为什么叫攻关呢?因为要攀登科学高峰、追求极致,不能只爬个小山坡。”正因为在纳米材料化学领域的不断突破,他在留学回国后受邀成为北京理工大学首位徐特立特聘教授。

  “不轻易错过闪现的灵感。”张加涛鼓励学生追求极致,发现细节中存在的问题,而且他特别重视培养学生们的自主创新精神。他的两名学生曾在用离子交换法制备CdS量子点的实验中,发现本该发黄色荧光的量子点发出了红色荧光。他们原以为做实验出了差错,于是羞愧地向老师张加涛说明情况。

  但经仔细分析论证,张加涛发现这个情况不是错误,而是一种新现象。于是他和两位学生一起研究该现象,最终发现在掺杂异价离子后量子点可以发出红光,并将研究成果发表在《先进材料》杂志上。“科学发现有时就在不经意之间,关键是要搞清楚这个不经意的过程。”张加涛说。(实习记者 代小佩)

来源:科技日报
编辑:姚怡梦

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