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访国家自然科学奖二等奖获得者 浙大教授叶志镇

  让半导体灯照亮普通百姓家

  ——访国家自然科学奖二等奖获得者、浙江大学教授叶志镇

  浙江在线01月08日讯 凭借着20年的潜心研究,52岁的叶志镇教授今天走上了北京人民大会堂的领奖台,从国家领导人手中捧回了国家自然科学奖二等奖奖章。

  “获奖,是国家对我们多年来研究的肯定。”这位浙江大学硅材料国家重点实验室的主任,今天在电话里兴奋地说,“它的研究突破,让普通百姓将来有望用得起高效节能的半导体灯。”

  他的获奖成果,是世界上首次发明的一种名叫氧化锌(ZnO)的新型发光材料。就像灯泡须有钨丝才能发光一样,有了氧化锌半导体灯才能发光。这正是他的获奖项目——“ZnO基材料生长、p型掺杂与室温电致发光研究”的主要内容。

  被称为“一辈子只需要用一盏”的半导体照明灯,耗电量只有普通白炽灯的十分之一,寿命却是普通白炽灯的100倍,最长可达10万小时。正因为如此,这个新一代的照明工具成为全球的研究热点,而我国在4年前才启动了国家半导体照明工程。

  但是,就在叶志镇1987年在浙江大学光学仪器系获得博士学位、成为我国光学仪器学科的第一位博士的当年,他便开始了在半导体材料领域的潜心研究。他说:“每一件新材料的出现,都会给人们的生活带来巨大的变革。”在研究中他发现,现有的半导体照明灯的发光材料(一种名叫氮化镓的化合物)的核心技术,一直掌握在西方发达国家手中,加上这种发光材料成本高昂,使得半导体灯只能在城市景观等市政工程中应用,而寻常百姓根本消费不起。

  能不能找到一种更廉价、更高效的发光材料,进一步降低半导体灯的成本,让普通百姓也用得起?叶志镇将目光投向了自然界中大量存在的锌,这是一种成本很低的金属原料,也许能让它和氧气一起发生化学反应,制成新一代的发光材料氧化锌?很快,他开始了这方面的研究,成为国际上最早开展这一研究的科技人员之一。

  要开发一种新的发光材料,难度可想而知,就连国际上许多同行也认为不可能。叶志镇带领他的团队,日复一日地辛勤工作,双休日常常和课题组一起围在实验室里激烈地讨论。夜深了,他的办公室里还是灯火通明……就这样研究探索了十多年,进展很缓慢,可他矢志不渝,锲而不舍。要知道,此刻国际上的相关研究也似乎搁浅了。

  最艰难的时刻发生在2003年。叶志镇课题组研究发现,在氧化锌中掺入一种特定的物质,就能导电发光。叶志镇和课题组的成员一起,踌躇满志地把实验结果写成3篇论文。当他把论文投给国外学术刊物时,意想不到的是,论文受到了评委们的质疑,3篇论文全被退回。

  “他们觉得我们的数据太奇怪了,说这种现象很难理解,结论就是不可能会有这样的现象,”叶志镇回忆昔日的遭遇,显得非常激动。当时,课题组的一位博士生甚至打了“退堂鼓”:“太难了,还是放弃吧。”

  “科学本身就是充满挑战,更何况这是国际公认的难题,有点挫折是正常的。要是一帆风顺,怎么可能会有创新型成果?”身处逆境的叶志镇依然坦然,对前景充满信心。

  于是,课题组人员重振旗鼓。经过两年的顽强攻关,转机出现了。2005年,他们提出了一种新理论,对前一次的实验结果进行了解释,这次,国外评委们很快就接受了他们的新理论。这年5月,研究成果刊登在国际权威杂志——美国《应用物理通讯》上。而另外3篇投给材料领域国际一流杂志的论文,当天就被通知录用。

  这一国际上半导体材料领域的重大突破,引起了国际同行的高度关注。作为主要发明人的叶志镇,先后被邀请参加11次国际学术会议并作学术报告。更让人欣喜的是,他们发明的这种新型发光材料,不但让中国人自己掌握了核心技术,而且生产成本只需现行发光材料的百分之一,发光效率更高。这就为半导体灯进入普通百姓家庭扫除了技术上的障碍。随之,这一技术成果一口气“拿”下了19项国家发明专利。

  “如果不是瞄准国家战略的需求,不是瞄准百姓切身利益的课题,课题组就不可能得到国家的支持,研究也就无法坚持到今天。”回首20年的艰难历程,叶志镇感慨万千:“只有将新材料推向产业化,才能真正造福百姓。”如今,他们正在考虑如何与企业合作,尽快把这种技术产业化,早日让半导体灯点亮千家万户。

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