本刊记者  徐 赛
　　
　　　　　
　　1959年，物理学家理查德·费曼在美国物理学会会议上做了题为“在底部还有很大空间”的演讲，虽然没有使用纳米这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。1974年，日本教授谷口纪男在一篇题为“论纳米技术的基本概念”的科技论文中，给出了新的名词“纳米”。时光飞逝几十年，现如今的纳米技术已经从当初的伟大设想变为了现实，并有了迅速的发展，被广泛应用在医学、航天、航空、环境、生物技术等领域中。
　　作为中国科学技术大学精密仪器与精密制造系教授，赵旸的科研人生，与纳米领域有着千丝万缕的联系。一直以来，她始终将从事纳米领域的研究工作当做自己奋力拼搏的方向、潜心笃行的心灵坐标。无论是在国外从事科学研究还是归国继续科研工作，她始终在纳米领域的基础研究工作中默默前行着，十几年来始终如一。
　　

在纳米领域发现未知的自己

　　在赵旸的科研世界里，“笃行”“开拓”始终贯穿其中。本科和硕士阶段，赵旸均就读于中国科学技术大学固体力学专业，并顺利获得了硕士学位。
　　人生就是不断地尝试，不断发现新的自己，赵旸并不害怕尝试，硕士毕业之后，她并没有固定自己的专业学习方向，顺利被美国加州大学伯克利分校机械工程系录取的她正式开始接触纳米领域的研究工作，可谓“水到渠成”。赵旸在美国加州大学伯克利分校机械工程系攻读博士期间，研究课题为“基于微悬臂梁阵列的红外成像系统”，在这一研究中，他们在国际上率先利用金属—氮化硅双材料微悬臂梁阵列结合非接触式光学读出系统实现红外成像，具有很大的创新意义。
　　2002年，博士毕业之际，纳米领域的发展前景一片大好，很多人都转向了这一领域的研究工作，跟随着这一潮流，赵旸决定继续在美国加州大学伯克利分校机械工程系从事纳米领域的博士后研究工作。如今看来，赵旸的选择似乎都带有偶然的色彩，但正是这份偶然，引领着她发现了未知的自己，并在这一领域不断地突破着、前行着
　　在美国进行科研工作时，赵旸的主要的研究方向是：高性能界面导热材料的设计和研制、以热电能源转换为背景的纳米复合材料的设计和研制以及基于纳米线技术的红外微传感器。
　　当时，她所在的团队纵观纳米领域的发展趋势，紧跟科技发展前沿进行研究，从2002年开始，就已投入到了高性能界面导热材料的设计和研制研究中，是领域内最早从事这一方面的研究工作的团队之一。2004年，赵旸开始在美国Atlas Scientific公司任首席研究员，负责基于碳纳米管阵列的热界面材料的研制。2007年，她加入了美国加州大学伯克利分校机械工程系纳米能源实验室任助理研究员并兼实验室主任，在科研方面继续开拓。
　　在美国从事科研工作多年来，赵旸通过自己的不懈努力与探索，取得了多项创新性的科研成果。
　　在以热电能源转换为背景的纳米复合材料的设计和研制中，热电材料是一种能将热能和电能直接转换的固态功能材料，对材料的热导率要求很低，而如何有效干预热量在材料中的传输对于提高热电材料的效率具有决定性的作用。针对这一问题，赵旸研究团队通过引入不同尺度的散射因子，例如调节纳米颗粒的大小，引入合金材料等方法，对材料热导率进行控制与调节，以达到提高热电效率的目的。在美国进行科研工作时，他们还曾尝试用硅的纳米线，来降低材料的热导率，并取得了很好的效果。
　　

不忘初心 回国继续科研探索

　　祖国的发展牵动着每一个在外求学的游子的心。2012年，赵旸入选国家第八批“青年千人”计划项目，结束了在外十几年的科研工作，来到中国科学院物质研究院先进制造技术研究所任研究员，并在2013年5月转调入中国科学技术大学精密仪器与精密制造系任教授。
　　回到祖国之后，赵旸并没有停止在科研方面的探索，基于之前在美国时的研究方向以及所做出的研究成果，她希望能在科研方面有更大的突破。
　　在高性能热界面材料的设计和研制中，赵旸于2015年申请了国家自然科学基金项目“基于纳米线阵列的热界面材料热力耦合状态下的实验研究”，在这一课题中展开了新的探索。
　　随着半导体工业与技术的发展，微处理器芯片中电子器件的密度越来越高，导致电子芯片的功率密度也大幅提高，电子芯片及器件的热管理变得越加重要，并逐渐成为制约电子工业发展的因素之一。电子芯片或器件热管理技术的发展是进一步提高芯片速度及寿命的必要条件，而热管理系统中一个重要的组成部分就是热界面材料。
　　高性能热界面材料所需要具备的两个重要品质是：良好的柔度，以充分填充表面粗糙度造成的空隙，并承载器件运行时产生的热应力；良好的导热性，以有效降低界面热阻。为了研制下一代的高性能热界面材料，纵向排列的碳纳米管（CNT）阵列引起了人们的高度重视。区别于传统材料，CNT阵列的一个显著特点是其在传热及力学性能上同时具有各向异性的特性，但是在研究技术方面却遭遇了一系列困境。
　　考虑到现有的技术及碳纳米管在应用方面的种种困难，赵旸课题组提出了利用铜纳米线技术研制新型热界面材料以满足未来电子器件散热的要求。并在项目中，以实验为主要手段，将材料合成、光学检测、系统建模、数据分析各步骤有机地结合起来，探讨低维铜纳米线阵列的传热及力学特性，尤其是这种纳米线结构在热力耦合状态下的对界面热传导的增强效应。通过对纳米线阵列构成的热界面结构的系统测量，确定并优化纳米线阵列的制备及封装工艺。利用铜纳米线阵列的高导热系数，高阵列密度，并在横向承载热变形的能力，在保证系统稳定性的同时，使散热系统中的界面热阻降低一个数量级。不仅推动了新型热界面材料的研制与发展，还为半导体工业的发展提供了其急需的技术支持。
　　

立志红外成像技术的新突破

　　孜孜不倦，不断前行。能在红外成像设备方面进行更加深入的研究工作，一直是赵旸的心愿。2017年，她申请的国家自然科学基金面上项目“基于碳纳米管的新型双材料微梁红外热变形的机理研究”正式立项。
　　红外成像技术在军用与民用上都有着广泛和重要的应用，而其核心部件红外焦平面阵列FPA（focus-plane array），通过配额限量进口的FPA，通常像素较低，并且在应用上也受到制约，只能被用于民用领域。因此发展高温度灵敏性和空间分辨率的FPA迫在眉睫，这将有助于我国先进武器的研发，同时推动其在科研生产等诸多民用急需领域的应用。
　　近10年来，MEMS制作技术发展迅速，一种不同于电学参量读出FPA的方法被提出。这种方法基于双层材料微悬臂梁阵列受热变形，利用光学方法检测出微悬臂梁阵列的热变形分布，从而获得物体的红外成像，成本也相对较低。
　　从之前的研究成果来看，有序排列的碳纳米管薄膜和金属两种材料作为 FPA中双材料微悬臂梁结构可以在温度灵敏度及热响应时间两个方面都具有显著的优势。在这一项目中，赵旸团队以实验为主要手段，将材料制备、系统建模、产品优化等步骤有机结合，尤其对于有序排列碳纳米管薄膜与金属双材料微悬臂梁结构的热—力—光耦合的微机械系统进行设计与优化。相比于现有的研究成果，这一项目研制的FPA将有效地提升红外响应的灵敏性和温度精度，开发出性能更优异的FPA，并为其产业化做好技术储备。
　　科研是逐渐积累进步的过程，赵旸表示，自己在中国科学技术大学精密仪器与精密制造系刚刚起步，一切还在积累阶段，需要做的东西还有很多。而面对自己的科研成果，她总是谦虚地表示自己需要更加努力。
　　十几年来，赵旸一直在科研领域默默付出着，岁月更迭，万事万物都在变化，但她对于科研工作的那份“深情”从未改变。今后，她还将不忘初心，在纳米领域研究中一往无前，做出更多优秀的科研成果！