張磊正在美國(guó)賓州州立大學(xué)實(shí)驗(yàn)室做科研
大屏智能手機(jī)和超大尺寸平板電視越來(lái)越受歡迎，而傳統(tǒng)的顯示屏制作材料價(jià)格卻急劇攀升，找到可以替代的新材料迫在眉睫。12月14日，武漢留美博士張磊以第一作者身份，在線發(fā)表在《自然·材料》上的一篇研究成果報(bào)告成功地預(yù)測(cè)和證實(shí)了一類(lèi)新材料，他發(fā)現(xiàn)的新材料有潛力減少現(xiàn)有顯示屏95%以上的材料成本，且導(dǎo)電透光性能更強(qiáng)。這項(xiàng)研究成果的發(fā)表引發(fā)了世界關(guān)注。
作為一名在讀博士，他并非一直埋頭做科研，在經(jīng)歷讀研工作之后，他更清楚地認(rèn)準(zhǔn)了未來(lái)的目標(biāo)，他笑稱(chēng)自己是“非典型”博士。12月19日，荊楚網(wǎng)記者采訪到正在美國(guó)賓州州立大學(xué)讀材料學(xué)博士的張磊，揭開(kāi)他發(fā)現(xiàn)新材料的過(guò)程之謎，以及他的科研心路歷程。
初中就心懷科研夢(mèng)想
張磊是土生土長(zhǎng)的武漢人，生于1985年的他，從讀初中時(shí)開(kāi)始，就對(duì)物理學(xué)非常感興趣。在初中畢業(yè)的暑假，一本叫做《十大物理學(xué)家》的科普讀物深深吸引了他，書(shū)中記載的十個(gè)物理科學(xué)家推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)科技進(jìn)步的故事讓他深受感動(dòng)。
沒(méi)有任何的猶豫，高考時(shí)張磊直接填報(bào)了武漢大學(xué)物理學(xué)系。2007年，張磊從武漢大學(xué)物理系本科畢業(yè)后，收到全額獎(jiǎng)學(xué)金的他赴美，在亞利桑那州立大學(xué)就讀研究生。
然而進(jìn)入研究所后，張磊卻遇到了困惑，他發(fā)現(xiàn)很多教授的研究與實(shí)際有些脫節(jié)，很多研究者甚至都不能明確說(shuō)出他們的研究動(dòng)機(jī)和具體想解決的問(wèn)題。此時(shí)，學(xué)校向他提供了一個(gè)來(lái)自美國(guó)能源部太陽(yáng)能項(xiàng)目的研究機(jī)會(huì)。
“目的性明確，實(shí)際價(jià)值與科學(xué)研究結(jié)合得更好，于是我加入了他的課題組。研發(fā)新的材料促進(jìn)能源和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成了我新的目標(biāo)。”張磊說(shuō)道。
曾婉拒英特爾公司的工作機(jī)會(huì)
碩士畢業(yè)后，張磊面臨兩個(gè)選擇：一是導(dǎo)師推薦他加入位于舊金山灣區(qū)硅谷的一家太陽(yáng)能電池初創(chuàng)公司，繼續(xù)高效太陽(yáng)能電池的研發(fā)；二是英特爾公司位于鳳凰城研發(fā)中心向他發(fā)出了現(xiàn)場(chǎng)面試邀請(qǐng)。
在硅谷，面試他的初創(chuàng)公司聯(lián)合創(chuàng)始人約瑟夫·巴赫博士對(duì)于科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的聯(lián)系的理念與張磊的想法不謀而合，兩人在他入住的酒店吧臺(tái)相聊甚歡，一直聊到深夜11點(diǎn)。巴赫博士當(dāng)場(chǎng)錄取了他。
回到鳳凰城后，張磊婉拒了英特爾公司的現(xiàn)場(chǎng)面試邀請(qǐng)，來(lái)到了加州被稱(chēng)為硅谷心臟的桑尼韋爾市。張磊的很多同事都曾在英特爾、應(yīng)用材料、高通和波士頓咨詢(xún)等公司擔(dān)任過(guò)高管并有著豐富的閱歷。“這應(yīng)該是我學(xué)習(xí)提高最快的兩年。”張磊說(shuō)到。公司于2011年得到了世界銀行成員國(guó)際金融公司的入股，在浙江嘉興正式籌建耗資5000萬(wàn)美元的工廠。由于在公司表現(xiàn)優(yōu)異，張磊于2011年升任高級(jí)工藝整合工程師，并于隨后年多次回國(guó)，幫助公司建立了測(cè)試檢驗(yàn)中心，用于質(zhì)量控制，大大提高了產(chǎn)品良率。
不走尋常路發(fā)現(xiàn)新材料
“英語(yǔ)里喜歡說(shuō)Thinking outside the box，很多時(shí)候，解決問(wèn)題需要獨(dú)辟蹊徑，不走尋常路。”在硅谷工作的兩年里，張磊認(rèn)識(shí)到：“改良”和“改進(jìn)”成本比較小，失敗可能性小，但是提高卻往往有限。而創(chuàng)新式的“改革”正是學(xué)?？梢宰龅?，學(xué)校有經(jīng)費(fèi)有人才，而且科研人員擁有的靈活度更大。
2012年夏天，張磊放棄前景光明的事業(yè)，選擇了重新回到校園，到材料方向久負(fù)盛名的賓州州立大學(xué)攻讀材料工程博士學(xué)位。公司董事會(huì)主席、美國(guó)電子電氣工程師協(xié)會(huì)院士阿肖克·辛哈博士，和公司中國(guó)區(qū)總裁，國(guó)家“千人計(jì)劃”專(zhuān)家賴(lài)?yán)谄讲┦吭偃炝簟５撬麄兟?tīng)了張磊的想法后，都表示支持，同時(shí)給予其豐厚的股權(quán)獎(jiǎng)勵(lì)。
重回學(xué)校的張磊，把研究目標(biāo)放在了透明導(dǎo)電薄膜上。“在以前的工作中，透明導(dǎo)電薄膜在高效能太陽(yáng)能電池產(chǎn)品成本中占了極大的比重。我們花了很大力氣改良銦錫氧化物材料，效果有限，而目前潛在的替代材料在性能和工業(yè)生產(chǎn)可行性上還有差距。”張磊說(shuō)，“特別是，透明導(dǎo)電材料最大的應(yīng)用是平板顯示，大屏手機(jī)成了如今市場(chǎng)的主導(dǎo)，但目前的手機(jī)屏幕，比如蘋(píng)果手機(jī)的觸摸屏模塊占據(jù)了40%的生產(chǎn)成本。手機(jī)屏幕使用的材料主要是銦錫氧化物，銦礦不易開(kāi)采，價(jià)格高于金屬銀，售價(jià)大約是每公斤750美元。未來(lái)智能手機(jī)和平板顯示器因?yàn)榇蟪叽缧?yīng)，還會(huì)變得越來(lái)越昂貴。同時(shí)，大尺寸平板電視也需要更導(dǎo)電的材料，而便攜設(shè)備需要更透光的材料。銦錫類(lèi)氧化物材料已經(jīng)被研究了60年，性能提升空間也非常有限。”
什么樣的材料才能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性能更強(qiáng)透明度更高呢？張磊打破常規(guī)，大膽嘗試新的材料。傳統(tǒng)的科研人員認(rèn)為，設(shè)計(jì)透明導(dǎo)電薄膜，要從“玻璃”材料（寬禁帶半導(dǎo)體，比如銦錫類(lèi)氧化物）出發(fā)，進(jìn)行“摻雜”加入電子讓它導(dǎo)電。張磊卻琢磨：能不能有一種金屬，從良導(dǎo)體出發(fā)，讓它變得透明呢？但這一觀點(diǎn)在早期卻被很多人質(zhì)疑和否定。但張磊頂住壓力，一開(kāi)始就將尋找的材料鎖定在強(qiáng)關(guān)聯(lián)金屬上。強(qiáng)關(guān)聯(lián)金屬在研究人員的傳統(tǒng)觀念中，主要是用來(lái)研究電磁材料和高溫超導(dǎo)體的，從來(lái)沒(méi)有人嘗試將其用于透明導(dǎo)電薄膜。
在研究過(guò)程中，張磊每天會(huì)在實(shí)驗(yàn)室待上10個(gè)小時(shí)以上。有時(shí)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過(guò)程中專(zhuān)注和興奮，也漸漸忘了時(shí)間，不經(jīng)意“熬”了通宵。張磊所在的學(xué)校凌晨2至4點(diǎn)不讓停車(chē)，在2014年夏天，張磊曾為此收到學(xué)校的4張停車(chē)罰單。隨后，導(dǎo)師破例為他向?qū)W校后勤部門(mén)申請(qǐng)了24小時(shí)停車(chē)牌。
功夫不負(fù)有心人，在2014年底，張磊終于合成了釩酸鍶（鈣）這種新的材料。“釩的售價(jià)為大約是每公斤25美元，而鈣鍶比釩更為廉價(jià)。”該項(xiàng)研究成果可以使大屏幕顯示器、智能窗、觸摸屏和太陽(yáng)能電池更加高效和廉價(jià)。
展望未來(lái)科研之路：一切才剛剛開(kāi)始
從入校開(kāi)始，張磊很多時(shí)間都花在實(shí)驗(yàn)室中，很少休息。俗話(huà)說(shuō) “光說(shuō)不練假把式，光練不說(shuō)傻把式”。張磊認(rèn)為，早期的科研過(guò)程中，往往會(huì)遇到很多失敗，所以保持良好的心態(tài)和導(dǎo)師、同事之間的良好溝通非常重要。這也是得益于他在公司里工作的習(xí)慣。他說(shuō)：“我目前研究的成功得益于有個(gè)好導(dǎo)師。總結(jié)失敗的教訓(xùn)和與導(dǎo)師包括同學(xué)的溝通，是和做實(shí)驗(yàn)同等重要的事情。”
張磊說(shuō)，他的科研之路和絕大部分的科研學(xué)者不太一樣。“我接受采訪是有一些猶豫的。我的湖北同學(xué)中已有不少是知名大學(xué)的教授或者是國(guó)家‘千人計(jì)劃’專(zhuān)家了。我只是覺(jué)得可以和聽(tīng)?wèi)T了‘學(xué)霸’故事的讀者，特別是對(duì)科研感興趣的朋友，分享一點(diǎn)我自己的科研歷程，找到一條適合自己的道路，堅(jiān)持走下去。”張磊說(shuō)。
“我的科研之路才剛剛開(kāi)始”，張磊表示，自己的目標(biāo)是做一名高校的老師，做有影響力的科研。他曾經(jīng)和賓州州立大學(xué)材料工程系主任加里·梅辛教授請(qǐng)教過(guò)，知名高校的材料系會(huì)怎么樣錄取教職申請(qǐng)者？梅辛教授的回答是“申請(qǐng)者的閱歷、經(jīng)歷、潛力和獨(dú)立工作的能力，比有影響力的論文更重要”。張磊說(shuō)：“我會(huì)盡量在這個(gè)方面努力，我也希望未來(lái)能更好地結(jié)合科學(xué)研究和實(shí)際技術(shù)需求，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研的共同發(fā)展。”
京公網(wǎng)安備11010802046783號(hào)
