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张楠:投身科研是一场华丽的冒险

作者:本刊记者 陈 浩  来源:科学中国人  发布时间:2017-8-1

导读:  在科研领域,女科学家们的存在一直是一个“物以稀为贵”的状态,尽管有些女性对科研有着强烈的热爱,但是一些客观因素总是阻碍着她们前进的步伐。坚持到底做科研,对于每一个女科学家而言,都是一个勇敢的抉择,一场华丽的 “冒险”。张楠,就是这样一位对科研抱有巨大热忱的女科学家,在自己的科研历程中,她信念始终,十年如一。

    
  在科研领域,女科学家们的存在一直是一个“物以稀为贵”的状态,尽管有些女性对科研有着强烈的热爱,但是一些客观因素总是阻碍着她们前进的步伐。坚持到底做科研,对于每一个女科学家而言,都是一个勇敢的抉择,一场华丽的“冒险”。
  张楠,就是这样一位对科研抱有巨大热忱的女科学家,在自己的科研历程中,她信念始终,十年如一。
  
兴趣与机遇,铸就科研之路
  
  金陵名城,人才辈出。作为一名南京人,张楠从小就对数学和逻辑有着浓厚的兴趣。上大学之前,她也曾经苦恼过要选择什么专业来作为自己学习的开端,最终她在老师的建议下,选择了物理系。作为一门以实验和观察为基础的自然科学,物理学在数学等各学科知识的辅助下,揭示着科学界中事物的道理,这一切对于张楠来说充满着魅力。也许是“命中注定”,张楠从此和物理结下了不解之缘。
  在学习与钻研的过程中,张楠并没有感觉这一切枯燥乏味。相反,科研这个领域仿佛发射着巨大的磁场吸引着她。深入接触之后,张楠更是被科学研究那种严谨而又理性的魅力所征服,也正是这种坚定的信仰,让她在这条道路上一直保持着极大的热忱。
  “路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”。2005年,张楠拿到了牛津大学 Clarendon Fund全额奖学金资助,漂洋过海前往牛津大学继续自己的科研之路。在牛津,张楠师从国际晶体学会副主席A.M.Glazer教授攻读博士学位。在博士学习期间,张楠主要从事的是铌酸钾钠材料的结构研究的工作。铌酸钾钠是一种很有潜力的无铅压电材料,张楠的工作主要是通过高分辨率中子和X射线衍射方法,来作为认识铌酸钾钠微观结构的重要途径,以此确定铌酸钾钠不同成分下的结构,从而对其不同结构模型之间做出比较细致的区分。功夫不负有心人,最终,张楠在博士毕业之际,确定了铌酸钾钠的相图。到目前为止,铌酸钾钠仍然是一种具有代表性的无铅压电材料,而现如今的很多研究者,在做相关研究工作的时候,也会参考张楠和她的小伙伴们所做出的相图,这对张楠来说充满着成就感。
  博士毕业之后,张楠留在牛津大学物理系,先是参与开展了英国工程与物理科学研究基金会关于铌酸锂和钽酸锂的光学晶体研究项目,并成功获得了牛津大学和华威大学的共同国际专利。在这期间,她开始接触锆材酸铅这种经典压电材料。在衍射技术的帮助下,张楠得到了一个具有非常好的分辨率的数据,通过对锆钛酸铅平均结构的计算和精修得到结构模型,这对以后深入到微结构的研究大有裨益。
  
感恩与信仰,让她不忘初心
  
  对普通人来说,他们或许不知道压电材料,不知道那些复杂的化学物质到底有着何种“功效”?但对张楠来说,这是她一直倾力研究的对象,不仅充满神奇的魅力,还关系国计民生,被广泛应用到军事、医疗、工业等领域。但令人遗憾的是,现用的这种材料98%都是含铅的。从2006年开始,国际上就有一种要逐步淘汰含铅材料的趋势,而张楠的主要研究方向就是:从探索已受到广泛应用的高性能压电材料的晶体结构角度出发,研究高压电响应材料的结构与性能关系,并将这一思路应用于新材料开发,以解决目前无铅材料在性能和通用性上难以与已有含铅材料相媲美的难题。在衍射工具和大科学装置的帮助之下,对钙钛矿晶体结构和畴结构进行深入的分析,对开发新材料起到更好的铺垫作用。
  在科学研究中,张楠她和研究伙伴们针对近十年来国内外对于铅基压电材料性能提高以及无铅压电材料开发的迫切需求,对锆钛酸铅陶瓷材料进行了系统地结构研究。不仅系统建立了锆钛酸铅材料的平均结构模型和局部结构模型,并基于材料独特的局部结构揭示了其高压电性能的内在机理,为开发新一代环保无铅压电材料提供了新思路。其中,有关锆钛酸铅局部结构以及与高压电性能的关系工作还获得了美国陶瓷学会颁发的2015年度Spriggs相平衡奖,相关论文被评价为“2014年度陶瓷材料相平衡关系的文献中最有价值的贡献”。
  众所周知,铅,不管是对于我们的身体还是环境的伤害都非常之大,无铅材料的开发不管是对我们的实际生活还是自然环境都大有裨益。所以,尽管相关研究繁琐深奥,但张楠及其科研同伴依然为之坚持。这样的科研态度,其实与她的过往经历有很大的关系。
  在国外,张楠有着亦师亦友的师长,也就是她的博士导师——国际晶体学会副主席A.M.Glazer教授。当年,张楠作为博士后离开牛津大学的时候,正好是他的导师最后一个项目结题将要退休之际,所以张楠应该属于他的关门弟子。A.M.Glazer教授虽然享受过无数的荣誉,但仍然保持着对科研的巨大好奇心。在每个做科研分析的日子里,他总会坐到张楠的旁边,跟她一起花费一个上午或者下午的时间,共同解决问题。即使在喝咖啡的过程中,他也会随时解答张楠在数据分析中所遇到的困惑。作为当年还在读博士的张楠来说,有这样一位悉心指导她且不吝啬自己时间的导师,对她的整个科研思路和结果,无疑是影响巨大的。
  虽然在国外发展顺风顺水,但在完成了自己的学业之后,张楠还是毅然决然的选择了回国来继续自己的科研事业。对她来说,虽然国内的科研环境与国外有所不同,但是国内那种相似领域的专家和学者想要合作的愿望,那种想要把科研工作做得更好,并且将成果转化的愿望深深地感染着她。于是,张楠选择了西安交大这个平台,专心的做自己感兴趣的科研。之所以选择这个平台,张楠是受到了西安交大的青年拔尖人才计划的影响。西安交大的国际电介质研究中心,在国内享有很大的知名度,有着完整的团队基础和实验设备以及平台,也培养了许多电陶陶瓷方面的人才,更利于全身心的投入到科研当中。对于张楠来说,能在一个相对不受干扰的情况下,做一些独立研究,无疑有着巨大的吸引力!
  
热情与执着,让她一直在路上
  
  2016年,立志于无铅材料开发的张楠,成功申请了2017国家自然基金青年项目。这个项目是国家自然科学基金人才系列的重要类型,最重要的是它支持青年科学技术人员在国家自然科学基金资助范围内,自主选题开展基础研究工作。这是给培育基础研究后继人才的一个鼓励和肯定,也正是张楠这些年来研究“铁电压电材料”工作的延续。
  凭借这一项目支持,一方面,张楠基于之前对居里点温度以上钙钛矿材料的局部研究,提出并证实了立方顺电相中存在局部氧八面体扭转结构的一个阶段性研究成果,继续研究钙钛矿晶体的结构和性能关系,还有一些性能较好的压电材料的机理。另外一方面基于已有的科研成果,继续无铅材料的开发。
  目前,张楠和她的团队还参与了一些薄膜材料的研究。回国之后开展的畴结构的研究工作,也在顺利进行中,与此同时,张楠还不忘保持与国际同行的交流与合作,与德国锡根大学物理系、日本千叶大学、英国华威大学、捷克科学院以及欧洲同步辐射中心,也都有一些相关项目的沟通与合作。她每天都过得忙碌而又充实。可以看出的是,在压电材料的开发这个课题上面,张楠一直在坚持不懈地钻研着、探寻着。因为张楠在科研领域所取得的优秀成果,她还成功入选了第13批国家“千人计划”青年项目,这无疑是对她科研成就的重大肯定。
  投身于科研当中,对于很多人来说无疑充满了后顾之忧。但是张楠对这份事业有着强烈的求知欲,在科学研究中,在微观世界里,在科研这个“冒险”的旅途中,她感到幸福而又满足。
  近日,微博热搜上的一个演讲视频引起了网友的广泛关注,视频的主人公清华大学生命科学学院的颜宁教授透露了国内科研的一个现状:“在中国的大学里面,特别是独立领导实验室的女科学家的比例确实很少,而我去瑞典的时候发现他们竟然有50%。”其实,在科研这项事业中,并没有性别之分。像张楠一样,追随自己那颗爱科研的心,执着向前,定会走出属于自己的精彩。
  
  
专家简介:
  张楠,西安交通大学电信学院电子科学与技术系教授、博士生导师,第13批国家“千人计划”青年项目入选者。主要从事铁电压电材料与器件、功能材料结构与性能关系、钙钛矿晶体材料微结构和畴结构研究、中子和X射线衍射等方面的研究。2005年本科毕业于南京大学物理系,2009年获得牛津大学物理系博士学位。博士毕业后,分别在牛津大学和加拿大西门菲沙大学担任博士后,2015年受聘于西安交通大学青年拔尖人才计划。
  曾主持和参与了包括中国国家自然科学基金会、英国工程与物理科学研究基金会、美国海军研究局、美国国家科学基金会等发起的多项科研项目。已在Nature Communications等国际著名学术期刊发表22篇学术论文,多次担任如Scientific Reports,Journal of Physics D:Applied Physics,Physica Scripta等国际重要期刊的审稿人。
  

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