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研途人物③|物理科学与技术学院博士 张宏

【来源:兰州大学研究生会 | 发布日期:2016-06-01 】     【选择字号:

    张宏,女,汉族,中共党员,博士学历,物理科学与技术学院凝聚态物理专业毕业生。

    博士在读期间学习认真、踏实努力。20137月至9月期间,在英国谢菲尔德大学纳米实验室做访问学生;201511月至今,在美国阿贡国家实验室纳米材料中心学习,曾发表第一作者研究论文两篇,专利四项,其中Sn-3.5Ag一维纳米焊料工作(NANOTECHNOLOGY)被英国皇家物理学会会属nanotechweb.org网站报道,并有超过十家媒体转载了这一报道。另一项关于微纳米尺度隐蔽的识别系统的工作被发表在英国皇家化学会的期刊《材料化学C》并作为封面文章(一区);同时,文章还得到了编辑的高度评价,并以“Fighting crime with cover nanowires”为题在英国皇家化学会化学世界网站(Chemistry world)上进行专题报道。曾荣获“百年兰大群英谱”先进典型;入围2015诺贝尔见面会面试;2014年于第二届西北四省电子显微学学术会议上作口头报告,并获“最佳poster及论文摘要奖”一等奖;获西北五省第七届电镜学术交流及技术研讨会“最佳poster及论文摘要奖”。

追梦路上,不作折翼之鸟

 
 
 
 
 
 


为什么读物理博士?坦白说这也是我经常思考的一个问题,原因好像很多,但又似乎没有。记得小时候的语文写作中经常有这样一个题目“我的理想”,那时永远写着我的理想是当一名科学家,好像这是证明一个人成才对社会有贡献的最高境界。再大一些,知道了科学家也是分种类的,有在实验室做各种化学实验的,也有在野外观察花草树木、飞禽走兽的。高中时知道了科学家的最高成就是获得诺贝尔奖,不仅有巨额的奖金,而且也是对一个科研工作者最大的肯定。可惜当时还没有一个中国本土培养的科学家获得过诺贝尔奖。今年,正值我毕业之年,当屠呦呦因其“证实了青蒿粗提物的高效抗疟作用”而获得诺贝尔生理学或医学奖时,我和每一个中国同胞都在欢呼,同时也在心里悄悄问自己,什么时候中国能出现一个获得诺贝尔物理学奖的科学家?“没有梦想的生命就像折翼之鸟,困于笼中,对于视线以外的天地茫然不知”,我想成为一个有梦想的人,虽然我只是一个从事物理学基础研究的博士生,但我也想站在诺贝尔奖的领奖台上。

勇敢的心,敲开物理之门
 
 
 
 
 
 


其实我并不是一开始就对物理学感兴趣,甚至高中时我的物理课成绩是所有成绩中最差的。但青春年少的我还是凭着一股不服输的劲头报考了兰州大学物理学院。大学前三年在学习物理理论知识,机械的学习也不知道学到的知识有什么用。直到一门课程“电子显微学”,开启了我认识物理学的新大门。物质的底层存在大量的空间,并且确确实实能被显微镜看到。尽管那时我还没有机会接触到扫描电镜和透射电镜,但是我已经被这奇妙的微观世界深深吸引。大四做毕业论文时,选择题目和导师,偶尔得知物理学院新来了一位萃英特聘教授正好是电镜方面的专家,于是我凭着一腔热血找到了彭勇老师,我想这是我人生最重要的一次选择,他的绅士风度、幽默以及对物理知识独到的理解、对电镜的专业解说,可以说秒杀了我。之后,我加入了他的课题组,彭老师给我安排的第一件任务就是买一本书“Transmission Elctron Microscopy: A Textbook for Materials Science”,第二件任务是他亲自带我们学习操作透射电镜(FEI TecnaiTM F30)和扫描电镜(Hitachi S-4800)。每天都面对着大量的全新的知识,这点燃了我的学习兴趣,恨不得一头扎进去不出来。此外,彭老师也会经常讲一些物理学的奇人异事,讲透射电镜的发展历程,让我觉得物理真的是从神坛走进了我的生活。

只为人先,走在科学前沿
 
 
 
 
 
 

硕士期间我的课题是“纳米操纵器焊接技术中纳米尺度上的焊接机制”,这一课题新颖而富有挑战。我的导师彭勇教授常说,“科研只有第一,没有第二”。我也相信,一味的重复别人做过的实验必定不能成为一个合格的科研人员。所以,我选择对未来在纳米空间上的核心工业技术纳米焊接技术中的基础问题——纳米操纵器焊接技术中纳米尺度上的焊接机制进行研究。我采用电化学方法制备出锡基纳米焊料,并通过对其形貌、结构、成份、电学和力学等物性的测量,重点研究和控制锡银系纳米焊料的制备工艺;利用电镜原位纳米操纵器对纳米焊料和纳米焊接母体在焊接过程中互相浸润、扩散、物相转变、异质材料键合等机制和机理基础问题进行实时、原位、图像化和动态化研究。这一研究不仅将为我国获得每个国家都必须掌握的纳米尺度下核心工业技术,而且将为我国发展空间站建设等航天方面的真空焊接技术提供理论和实验依据。目前,我作为第一作者的研究论文“Nanoscale characterization of 1D Sn-3.5Agnanosolders and their application intonanowelding at the nanoscale”已发表在Nanotechnology25(2014)425301,并被英国皇家物理学会nanotechweb.org网站报道,同时申请了三项发明型专利。该工作介绍了一维Sn-3.5Ag纳米焊料的详细制备方法及其在纳米电学焊接中的应用,相较与先前的工作Sn99Au1纳米焊料,Sn-3.5Ag纳米焊料表现出优异的润湿性,焊点结实可靠。目前,我正在进行的工作是研究锡基纳米焊料在透射电镜电子束辐照下的性能变化。通过实验发现非共晶相的纳米焊料在高强度电子束辐照下也可迅速回流,实现电子束焊接。这既能避开锡基焊料的缺点,如熔点高,又能很好的应用其优点,如强度高等,开启了新的应用方向。同时,锡基合金也是固态相变材料,实验证明,电子束辐照可引起锡银合金和锡铅合金可控的周期性相变,这一发现将在信息存贮、条形码、侦测等方面产生重要应用价值。这一工作部分已整理发表在英国皇家化学会的期刊《材料化学C》并作为封面文章(J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 5389-5397)。同时,文章还得到了编辑的高度评价,并以“Fighting crime with covert nanowires”为题在英国皇家化学会化学世界网站(Chemistry world)上进行专题报道。

我的下一步研究计划分为两个方向:第一,对已经制备的一维锡基纳米焊料,分别研究其在纳米电学焊接和电子束焊接中的焊接机制,重点研究纳米焊料在不同基底上的润湿性能和利用纳米操纵器研究焊点的力学性能;第二,开发一种新的一维纳米焊料的制备装置,采用真空熔炼结合电纺丝的设备,拉拔出可缠绕的纳米线焊料,让其能真正投入工业化应用。

天高海阔,必当志存高远我知道,一味在实验室埋头苦干会让人视野狭隘,没有开阔的眼界就没有光明的未来,因此我十分珍惜参加学术会议和对外交流的机会。2013年暑假,我申请了访问学生前往英国谢菲尔德大学工程材料系进行合作实验。第一次出国,导师彭勇教授为了锻炼我的自理能力,所有流程全让我自己全权负责,从学校审批,去北京面签,第一次坐飞机,在英国租房、买生活用品,到在英国开展实验,这些经历对我有很大的帮助和提高。在英国交流的三个月期间,我认识了很多朋友,其中导师Beverley J Inkson教授给了我最大帮助。她每周都与我讨论实验结果,为我指导实验方向,有些仪器因为权限我无法使用,她便在百忙中亲自和我一起做实验,让我受益匪浅。当然,我也利用这次契机去了英国的很多小镇游玩。到英国的第二天,时差还没倒过来,我就被新认识的朋友拉着一同前往峰区国家公园爬山,真是“痛并快乐着”!我最喜欢的小说《傲慢与偏见》的拍摄地查茨沃斯庄园当然也没错过人因梦想而伟大,心怀梦想,幸福就会降临。正如我选择了读博士、做科研,从我敲开物理学大门的那一天起,我就坚信自己能在这条道路上越走越远,最终走出自己的一片天。