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杨培东:开创新领域,才会有原创性发现

生意场 2016-05-19 09:56:09 来源:搜狐科技

  他是世界上最优秀的材料科学家,在路透社“最优秀100名材料科学家”榜单里排名第一位;只花了4年,就成为了伯克利大学化学系的华人终身教授;因为在纳米材料领域里的突出贡献以及精彩的创造力,去年他获得“麦克阿瑟天才奖“。

  在今年5月3日,他当选美国科学院院士。

  他是杨培东,他说:“当你在研究一个全新的领域,才会有新的发现。”

  杨培东研究的是一类有着独特性质的“半导体纳米线”,纳米线大约只有人类头发宽度的万分之一,这些纳米线有些可以转换热能、光能为电能,有些则可以作为纳米激光器,应用广泛,潜力十分巨大。杨培东一直是这个领域的领军人物,“废热发电”、“最小纳米激光器”、“人工光合作用”,都是他纳米导线研究之路上结出的累累硕果。

  尽管已经是终身教授、纳米公司的合伙人,杨培东仍然花了很大的精力在中国推进纳米材料学的研究和教育工作。他经常提到的一个词是“原创性”,认为做研究就要做原创性的,别人没有做过的研究。

  果壳网科学人与杨培东教授见面时,他正在为上科大物质科学与技术学院的组织与建设奔走。作为该院的创建院长,杨培东告诉科学人:“我来,就是为了发展国内的科研人才。”杨培东希望有志科研的学生们在学习基础知识的同时,从本科开始就对学术研究进行创造性的思考。

  

  杨培东说,在科学研究里,“当你开创新领域,才会有原创性发现”。图片来源:scpr.org

  “做创新的东西,才会有新的发现”

  科学人:为什么选择做纳米材料这个方向?

  杨培东:我在中国科技大学的时候,导师是钱逸泰院士。当时我们在做高温超导体实验。做高温超导体也好、做纳米材料也好,这些都是材料学科的分支,所以实验方式和实验手段是很接近的。我本科毕业去哈佛,就开始慢慢进入到纳米材料这个领域。

  在我读研究生的时候,那时候大家都在做碳纳米管和C60。不过,那时C60太多人在做了,所以我在研究生选题的时候决定不去做这个方面,那个时候我们就决定挑选一个根本没有人涉猎的方向。碳纳米管也是一维材料,我们就想做一维材料的其他方向——半导体纳米导线。

  然后在1994年,我和我哈佛的导师开创了半导体纳米导线的全新的领域。因为在做新的东西,才会有全新的发现。这也是第一次把半导体纳米导线这个概念在科学界定了下来。

  后来博士毕业,在我看来博士后需要要学点新的东西,就离开了半导体纳米这个领域大概18个月,选择了纳米材料的自组装。所以,我在研究生阶段和博士后阶段做了两个完全不同的东西。

  去伯克利大学组建自己的研究组的时候,则决定把研究方向定为半导体纳米导线。纳米激光器延续了纳米导线有趣的光学性能,2001年,我们做的纳米激光器获得了里程碑式的成功。去年汤森路透的“引文桂冠”奖就是嘉奖了我们在纳米线光子学方面的研究。

  

  杨培东(右)在接受科学人采访时,反复强调“原创性”在科学研究中的重要。摄影:科学人

  “我做的是基础研究”

  科学人:半导体纳米导线是比较偏应用的研究,你选择研究方向时,会更多地偏向应用性的研究吗?

  杨培东:其实我研究组里做的基本上都是基础研究。比如废热发电,外界理解叫废热发电,我们组里面叫“热电材料性能”。人工光合作用呢,在实验室里就是研究“光吸收半导体材料”,这些其实都是基础性的东西。

  “麦克阿瑟天才奖”就是奖励我们研究组这10年来的所有的关于纳米材料的研究。表彰了我们在纳米导线领域的工作,它也点到了半导体纳米线,点到了人工光合作用和废热发电。

  科学人:您的很多科学研究,也已经转化为了实用技术。

  杨培东:热电材料的功能特点就是能够把热能转变成电能。大家一直在寻求一种材料,在高温区间能够有一个很好的热电转化效应。我们发现硅纳米导线可以做这个事情,并且成本足够低,就决定把它推入市场。

  现在我们正在尝试大面积地应用在发电厂、炼钢厂,也可以用于收集汽车排气孔附近的废热。把实验室中基础的东西在比较短的时间内转化为技术,这是一个很成功的例子。

  科学人:你在“人工光合作用”相关的应用的研究方面也是领军者,这个计划目前进行到哪里了?

  杨培东:人工光合作用更复杂。大约在上个世纪60年代就有人开始做人工光合作用了,最多的是“水分解”。而我们组里最关键的一个技术是把半导体纳米导线的阵列引入到人工光和作用领域当中。

  光合作用,“光”是吸收光,“合”是化学反应。从对太阳能电池的研究上,我们已经对光吸收的知识有了基本的了解,另外一个就是怎样做化学反应。

  要做化学反应的催化,首先要引入一种高比表面积的高性能的半导体。这样我们的半导体纳米导线就是一个非常好的开始。在我们之前还没有人用半导体纳米导线,我们在概念上引入了这个东西之后,就把高比表面积的半导体纳米导线和催化剂建立了联系。

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