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博雅新材|新进教师葛一瑶博士专访——在交叉领域中,探索材料科学的无限可能

  发布时间:2023-03-27

    为更好展现人才队伍建设蓬勃面貌,激励青年学生立志学术,北京大学世界杯安全买球网站开设“博雅新材”栏目,邀访近期新入职的教师畅谈学术经历与思考。

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葛一瑶研究员,于2012年在北京科技大学获得工学学士学位,随后被保送至清华大学,于2017年在清华大学获得工学博士学位。在新加坡南洋理工大学和香港城市大学开展博士后研究工作的过程中,他不断体会到了学科交叉和跨学科思维碰撞所带来的火花与妙处。2022年11月,葛一瑶研究员加入北京大学世界杯安全买球网站。未来,他将积极探索学科交叉的创新科研思路,将多学科背景融会贯通,在以实际应用为导向的结构功能一体化无机微纳米材料的精准合成中不断深耕。


Q:请简单介绍一下您的研究方向和目前的研究工作。

我的研究主要围绕以实际应用为导向的无机微纳米结构与功能材料的精准合成与性能优化,旨在针对系列精细粉体材料体系开发高效可控的新型制备方法,通过合理的微观结构设计来优化其在特种结构陶瓷、功能陶瓷、清洁能源、异相催化等领域的应用性能,同时开展相关的形成及应用机理研究,并推动相关技术的工业化应用。目前我们已经有部分先进粉体制备技术完成了科技成果转化,实现了一些“卡脖子”精细粉体材料的工业化宏量生产。现阶段的主要研究方向包括:1)精细无机粉体材料的高效合成、微观结构调控与形成机理研究;2)特种结构陶瓷及其复合材料的制备与性能优化;3)微纳米材料的晶相结构调控;4)结构功能一体化纳米陶瓷材料等。


Q:可否介绍一下您的求学经历?是由于哪些机缘促使您选择了目前的研究方向?能否分享一下您的求学之路上最难忘的记忆?

我十四岁时离开家乡去郑州一中就读高中,因此较早养成了自主生活、独立思考的能力。高考时我自主选择了北京科技大学的王牌专业——材料科学与工程,因为我始终坚信材料科学是现代社会发展的重要基石学科。在本科二年级的一次师生座谈会上,我听闻曹文斌教授对于无机非金属材料的介绍——“陶瓷从石器时代便开始得到人类的关注,可谓材料学中最古老的研究领域,如今仍然焕发着光彩”。自此,我便被这一“古老”而又“焕发新生”的学科吸引,最终在本科三年级的专业分流中选择了无机非金属专业进一步深入学习。本科毕业后,我被保送至清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,跟随陈克新研究员和谢志鹏教授攻读博士学位。恩师的悉心指点和谆谆教诲让我确立了以实际应用为导向开展科学研究的思路和志向。博士毕业后,我有幸加入张华老师在南洋理工大学的研究团队。在从事博士后研究期间,本着拓宽视野、勇于挑战的想法,我开始接触了一个对我而言全新的方向——纳米金属材料,在张老师的指点下接受了更为全面的科学训练。在跨度较大的交叉学科领域的探索经历也极大地拓展了我的科研思维。

在南洋理工大学从事博士后工作期间,我有一段非常难忘的记忆。在刚刚加入张华老师课题组的一段时间内,我终日思索着如何调控一种重要贵金属材料——钯的晶相结构,从而制备出有别于常规面心立方晶相的新钯材料,这是一项从未被前人实现过的课题。在百思不得其解之际,我想到了在陶瓷领域中得到过应用的“非晶材料可控结晶”的合成思路,于是开始将这一思路应用于钯纳米材料的合成中。基于这一实验思路的转变,2018年的一个深夜,我在透射电镜室观测到了渴望已久的纳米结构——具有六方密堆晶相的钯纳米颗粒,这也是在自然界和以往的科学研究中从未被发现过的钯的新晶相结构。这一段经历让我充分体会到了学科交叉和跨学科思维碰撞所带来的火花与妙处,坚定了将不同学科的知识背景与研究理念融会贯通、相互借鉴,形成新方向的科研思路。


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博士学位论文答辩会上葛一瑶博士与导师及评委老师们合影(从左至右:朱天彬博士、李来风研究员、张政军教授、陈克新研究员、葛一瑶博士、谢志鹏教授、曹文斌教授、汪长安教授)。


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2018年张华教授课题组于南洋理工大学合影(前排左一:葛一瑶博士;右一:张华教授)。


Q:对您而言,材料学科最独特的魅力是什么?

我个人认为是材料科学的广阔性与无限可能性。材料科学是人类最早接触的领域之一。伴随着人类发展的历史长河,材料科学就像一颗扎根深处的大树,有着日渐粗壮的树干,同时也不断萌生出鲜嫩的枝芽,随时间的推移而绽放出新的灿烂。材料科学涵盖范围非常广阔,与很多学科都交叉互融,既涉及基础研究,又无比贴近实际应用。尤其在当下的大学科时代,材料科学与物理、化学、微电子、机械、环境、生物等大量学科都紧密相关,它们之间的协同快速发展也是材料科学未来能够持续繁盛的重要原因之一。

材料的结构设计与调控的可能性是无限的。很多材料表面上呈现出类似的宏观外形及特征,但当我们将视角放大至微观尺度上,如微纳米级别,会发现他们的结构截然不同。我个人从事过较多关于微纳米颗粒的研究,很多微纳米尺度下的粒子就像一件件艺术品,非常具有美感。正是这些精妙的微观结构差异从根本上决定了材料性质与功能的多样性。因此,基于微观结构调控而带来的材料探索是无穷无尽的。


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左图:氮化硅“花朵”;右图:六芒星状钯铑核壳纳米结构。


Q:您为什么选择加入北京大学世界杯安全买球网站?对于日后的教学科研工作有什么期待和计划?

北京大学是我国第一所国立综合性大学,是在我国乃至世界上享誉已久的高等学府。蔡元培校长曾主张“循思想自由原则、取兼容并包之义”。如今,学术自由、兼容并包已经深深烙印于北京大学的治学理念之中。因此,这里是无数学子、学者和科研人员为之神往的殿堂。

2020年,世界杯安全买球网站在北京大学大力推行“新工科”建设的背景下应运而生。为积极服务国家重大战略需求,学院针对性地设立了多个特色研究方向,其中包括新结构材料方向。工科发展离不开对工程结构材料的深入研究与技术创新。在这万象蓬勃之际,我希望能够围绕特种陶瓷、先进粉体等结构功能一体化材料开展一些具有特色的原创性研究,并拓展相关材料与技术在工业领域的实际应用,为推动“新工科”的建设发展贡献力量。

在教学工作方面,北京大学始终秉持着“为党育人、为国育才”的初心使命,将教书育人视为各项工作的重中之重。在学院的整体教学工作部署之下,我希望能够积极开设和承担一些与先进结构材料相关的课程,加强同学们对工程结构材料的理解和认知。此外,在讲授专业知识之余,我也会坚持以立德树人为根本,以身作则,利用自身经历与经验积极引导学生成长,致力于培养更多爱国爱党、基础扎实、德才兼备的新时代大学生。


Q:您觉得“新工科”的“新”体现在哪些方面?作为成立不久的新学院,北大材料学院应该突出怎样的办学特色?

依我个人的拙见,“新工科”的“新”可以源自于新的学科知识和研究理念为技术科学及工程技术领域带来的新进步。当今时代中高度的学科交叉与背景融合正是促生新科学、新理念的重要契机和途径。

材料学院成立于新一轮科技革命与产业变革的时代背景下,是为推动未来战略新型材料科学发展与技术进步而组建的。我十分认同材料学院“真材实料、立地顶天”的建院理念。尤其材料学院以国家重大战略需求为导向来推进学科建设,与众多行业领军企业及专业科研院所深入合作,开创“政、产、学、研、用”协同创新的新机制,真正能够推动学校“新工科”建设总体目标和国家高水平科技自立自强。


Q:您在工作之余有什么兴趣爱好?您是如何平衡工作与生活的?

工作之余我常常从事各类运动。在清华大学就读期间,我便深受“为祖国健康工作五十年”的体育精神的影响,坚信“身体和灵魂,总要有一个在路上”。科研探索是灵魂的追求,而运动便是身体的旅程。比如在清华读博期间,我连续多年参与了校园半程马拉松等长跑活动;在海外从事博士后工作期间,我每周都会和朋友们挥汗篮球场,共同追逐科研之外的乐趣,也因此结识了一批志趣相投的同道好友。

我认为高效工作是享受生活的前提,合理安排和有效完成工作内容才能让自己更加从容地拥抱生活。尤其,家庭是个人最坚实的后盾和最温馨的港湾。在工作之余我希望能够尽量把握和家人相互陪伴的每一寸时光,拥抱人生的每一个阶段,品味生活的点滴。比如在闲暇之时,我常常在家中承担做饭的“重任”。在我看来,厨房也是一个另类的实验室,烹饪也是一场精心设计的“合成实验”。针对反应温度(油温)、反应时间(炖煮时长)、原料(食材)预处理、添加剂(调料)选择等一系列参数的精准调控才能得到一份合格的样品(佳肴)。


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左图:于清华大学博士在读期间获得的校园半马纪念奖牌;

右图:张华教授课题组篮球赛合影留念,摄于香港石峡尾公园球场(左六:葛一瑶博士)。


Q:您对目前学院在读的学生有什么学习、科研和生活方面的建议?对于有志从事学术的学生,您有什么经验分享?

我阅历尚浅,目前只能根据我的自身经历与经验给出几点小建议:一是要保持自主学习的态度和习惯。科研是一个特殊的领域,必须保持终身学习才能不被科技的洪流所淘汰。新的科研思路的产生也是以密切关注前沿和海量文献积累为基础的。同时,不断学习和接触更多不同学科范畴的知识,将多学科背景融会贯通,也会极大有助于打开思路,寻找到新的前进方向。二是要勤于思考,提高解决问题的能力。没有一项科学研究是可以完全按照设想一帆风顺地进行的。决定成功与否的因素往往是出现问题与方向偏差时的解决思路与针对性调整。三是要沉下心、坐得住,科研不能急功近利,攀登高峰的过程常是孤独且煎熬的,面向无人区进发的探索性工作多是布满荆棘的,但一路的经历会成为人生的沉淀,山巅的风景会是最美的收获。


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