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[通讯]陆春华:把光谱材料性能做到极致

时间:2021-04-21 来源: 作者:朱琳 摄影: 编辑:赵蕾 上传:
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三年前,云顶集团4118.com材料学院院长陆春华教授弄丢了一块玻璃,这是1998年陆春华科研生涯中成功烧制的第一块玻璃。这块玻璃和其它玻璃一样晶莹剔透,不同的是,它被掺杂了特殊的离子材料,经过1450℃高温烧制,最终冷却后,可以成功地吸收激光。

近日,陆春华荣获第二届“江苏建材行业十大科技人物”称号,当记者问到“成果与收获”时,他却分享了自己最大的“失去”。因为,从这块玻璃开始,陆春华和光谱材料结下了不解之缘,也才有了科研的起步、衍生与发展。

从1998年到2021年,“光谱材料家族”越来越壮大,从吸收激光用以防止军事探测,到利用光转换促进植物生长,再到吸收紫外光和可见光用于光催化降解污染物或制氢,光谱材料的性能被发挥到极致,它和它的主人陆春华一起,“照亮”着更广阔的世界和更长远的未来。

第一块成功“吸收”激光的玻璃

1998年上半年的一天,在读研究生二年级的陆春华突然接到导师许仲梓教授一个任务:做一种国内前所未有的防激光玻璃材料。得知这是国内急需的一种材料,国内几所顶级科研院所都不敢接手这个难题,陆春华毫不犹豫地接下这块“硬骨头”。可是转念一想,面对从未有过的材料,该从何处入手呢?“当时关于这种玻璃材料一点概念都没有。它的原理是什么?该如何设计?没有任何经验。”“一无所有”的陆春华选择了从文献调研做起。

他翻遍了当时学校乃至整个南京的图书馆,关于防激光玻璃的外文文献竟然是空白。陆春华不得已前往北京国家图书馆,开启了“日出而作、日落而息”的文献调研的日子。当时,陆春华住在大学同学单位的会议室,每天坐着单位的水泥搅拌车,雷打不动地第一个进图书馆,到最后关门时间才出来。15天过去了,陆春华翻遍了图书馆关于激光防护材料方面的文献,可资借鉴的却几乎为零。

回到学:蟮穆酱夯,决定从最基础的《颜色玻璃》开始学习。“需要吸收的激光波长是确定的,我就开始以此着手,不断地尝试哪种离子可以吸收该波段的激光。”经过了一年半时间,吃、喝、住都在实验室的陆春华,试过了几乎所有的金属离子材料,包括20多种过渡金属元素及其无数种不同价态的离子。

直到1999年的一天,实验室的显示屏上,保持了一年多的直线终于“急转直下”,试验材料显示出良好的激光吸收属性。陆春华终于烧出一块可吸收激光的玻璃。突破性的进展让陆春华喜出望外,他一鼓作气,通过调整材料的剂量、负载纳米材料,满足了项目要求千分之一透过率的严苛要求。

合成光“辐射”制冷材料

早在1997年,陆春华刚考上研究生的时候,导师就问过他想做什么课题,他曾毫不犹疑地回答:想做有挑战性的课题。实际上,在陆春华的科研生涯中,这种挑战性的课题也一直没有停止过。

由于陆春华所在的课题组最初的研究对象是玻璃质材料。2012年,陆春华突然有个特别的想法:是否可以将玻璃体系设计思路拓展到陶瓷基体上去?“玻璃烧到1400℃已经是液体,但是陶瓷烧到1700℃还是固体,显示出更强的耐高温、抗激光的良好性能。”这项发现随即也申请了国家发明专利,学院传统的研究领域也得到进一步拓展。

在课题组倪亚茹眼中,陆春华院长永远有冒不完的想法和使不完的劲。激光吸收材料研究大获成功后,好奇心又驱动着陆春华去做更多地拓展:材料吸收光后太热影响性能怎么办?红外检测仪可以探测到过热装备怎么办?材料吸收的光是否可以直接转换成光而不是热?在反复的思量中,“连锁反应”开始出现。

2009年,在做光的选择性吸收研究时,陆春华开始尝试做光谱的选择性反射与吸收辐射一体化功能材料。“夏季很多建筑物环境温度高,需要空调制冷,消耗了大量能源,我们就想研发一种降温材料,让它既能高度反射太阳光,又能通过大气窗口强烈辐射红外线,但最大的难点在于,一种材料表面如何同时具备这两种好的光谱特性。”通过近十年的艰苦研究,他成功将材料的内部热能通过红外选择性热辐射方式向外传输,发明了太阳光下可以“辐射制冷”的纳米功能膜,由于利用了材料特殊分子结构实现热能的转移,因而其能耗为零。

烈日当空的正午,实验环境温度有32℃,陆春华和课题组成员给涂层铺上一段辐射降温功能膜,开始了制冷效果的验证实验。温度计显示屏“28℃”的字眼令大家兴奋不已;而夜晚连降10℃的效果更是坚定了陆春华对“辐射制冷”的信心。

近些年,陆春华研究团队研发的辐射降温功能膜已经从实验室走向应用,走进日常生活。辐射制冷百叶窗、食品包装袋、化学储物罐被施了“膜法”,一批公司慕名而来。“光的‘辐射’给了我很多新挑战,也给予我很多新思路。”陆春华说道。

织一张“催化”发展的网

记者采访时,恰巧遇到陆春华课题组的一名研究生,他叫陈明学,正在写关于辐射降温材料的毕业论文。研究生一年级时,陈明学就开始跟着陆老师做辐射降温材料,进展顺利的他却“卡”在了最后一个环节上:把降温材料涂到需要降温的PET镀铝膜上。由于这张膜非常柔软,极难贴合,陈明学没少想过放弃,但是每到崩溃想要放弃的时候,陆春华老师总是鼓励他“不要放弃,一定可以成功”。看着陆老师,看着课题组大家这种争当先锋不掉队的精气神,陈明学就这样在“绝望五十天,成功五天”的日子里挺过来了。

在美国公派留学的博士生代宝莹也有过类似的经历。2015年,陆春华带着她研究如何通过太阳光光催化材料的氧化还原反应降解有机物污染物,从而保护环境。这项研究课题一度让代宝莹感到痛苦。“走投无路”时,她会找陆春华聊一聊:“他总是有很多奇思妙想,开导我、激励我,很有治愈力。”陆春华则说自己的奇思妙想不是来自成堆的书籍和文献,就是来自大自然:“自然界中的生物具有自愈系统,可以帮助其抵御外界的损伤或攻击,它们的强大能力是我们宝贵的思路来源。”

在导师的启发下,代宝莹在藤蔓植物中找到了灵感,她将压电复合材料设计为螺旋结构,使其在风、水流等自然流体介质作用下发生变形产生压电势,从而提供能量驱动自修复内建电。迪至斯獯呋实某中嵘,相关研究成果发表在《先进材料》《先进功能材料》等期刊上。

早在2010年,应装饰混凝土龙头企业南京倍立达新材料股份有限公司邀约,陆春华就开始尝试做光催化,研究通过材料吸收太阳光中的紫外光和可见光,产生自由电子和空穴,通过氧化还原反应降解有机物污染物,从而达到环境保护的功效。

“始终保持一种好奇”,陆春华不断拓展材料的性能;“始终不抛弃、不放弃”,陆春华像做科研一样细心栽培学生。

采访结束时,陆春华从包里掏出一块红色透明玻璃,原来,三年前那块玻璃遗失后,陆春华又随身带上了另一块玻璃。这块玻璃与三年前遗失的那块玻璃一样,有着同样的使命:不断鞭策激励自己。在陆春华眼中,“永远有更好的材料等着科研人员去开发”。朱琳

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