科技興則民族興，科技強則國家強。
“中國要強盛、要復(fù)興，一定要大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)，成為世界主要科學(xué)中心和創(chuàng)新高地。
從改革開放到進入21世紀(jì)以來，從“向科學(xué)進軍”到“迎來創(chuàng)新的春天”，從“占有一席之地”到“成為影響重大的科技強國”……中國科技創(chuàng)新迅速發(fā)展，離不開我國一代又一代科研人員的的奮力開拓，新時代新征程新高地，離不開那些追夢路上播種未來的廣大科技工作者。
北京航空航天大學(xué)集成電路科學(xué)與工程學(xué)院的王聰教授研究團隊，多年來一直從事負(零)熱膨脹功能材料、“反鈣鈦礦”化合物磁、電多功能物性，以及太陽能光熱轉(zhuǎn)換關(guān)鍵材料與技術(shù)方面的研究工作。“反鈣鈦礦”化合物的磁、電多功能物性包括其磁熱效應(yīng)，壓熱效應(yīng)、磁致伸縮，壓磁效應(yīng)，零電阻溫度系數(shù)行為、反常霍爾效應(yīng)、自旋霍爾效應(yīng)等;太陽能光熱轉(zhuǎn)換關(guān)鍵材料與器件涉及太陽能集熱器、耐高溫長壽命太陽光譜選擇性吸收涂層(光-熱轉(zhuǎn)換多層膜)、輻射制冷薄膜等。
迄今為止，王聰教授研究團隊已經(jīng)完成或正在承擔(dān)國家自然科學(xué)基金面上項目/重點項目、科技部重點專項子課題、國家863項目、航天科技支撐計劃項目等約30余項，取得了良好的科研成果。研究團隊在Adv. Mater. ,Phys. Rev.系列，Chem. Mater.等刊物上發(fā)表論文超過200篇，SCI他引超過3800次;授權(quán)國家發(fā)明專利15項，2012年獲教育部高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果自然科學(xué)二等獎，2020年獲中國材料研究學(xué)會科學(xué)技術(shù)二等獎，王聰教授也連續(xù)三年獲得愛思唯爾“中國被高引學(xué)者”。
王聰教授表示，在新一代磁隨機存儲器、尤其是自旋軌道耦合主導(dǎo)的磁存儲器(SOT-MRAM)的新材料研發(fā)工作中，研究團隊聚焦于反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)類型的磁性化合物和3:1的錳基合金化合物開展研究，此類材料具有豐富的磁結(jié)構(gòu)及其關(guān)聯(lián)的物性，尤其非共線反鐵磁態(tài)及其“晶格-自旋-電荷”強關(guān)聯(lián)特征吸引了更多的關(guān)注;近幾年3:1的錳基合金化合物體系在自旋調(diào)控方面的研究更成為自旋電子學(xué)材料領(lǐng)域的研究熱點。隨著在反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氮化合物材料體系中相繼發(fā)現(xiàn)反常霍爾效應(yīng)、自旋霍爾效應(yīng)以及自旋翻轉(zhuǎn)的調(diào)控后，這類具有特殊組態(tài)的非共線反鐵磁結(jié)構(gòu)的反鈣鈦礦薄膜材料的研究受到了廣泛的關(guān)注。自旋霍爾效應(yīng)以及與之相關(guān)的自旋極化現(xiàn)象同這種特殊組態(tài)的磁結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，在低對稱的非共線反鐵磁外延薄膜或單晶中可以產(chǎn)生非傳統(tǒng)的自旋軌道矩(SOT)，并且可以通過調(diào)控材料的反鐵磁有序結(jié)構(gòu)來操縱非傳統(tǒng)的自旋軌道矩。因此，可以通過非共線自旋有序結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制備來實現(xiàn)對自旋極化方向進行有效調(diào)控，進而產(chǎn)生和操控自旋流。非共線自旋有序結(jié)構(gòu)的調(diào)控可以通過引入應(yīng)力、化學(xué)摻雜、或其它外部激發(fā)來實現(xiàn)。除此之外，自旋霍爾效應(yīng)所產(chǎn)生的自旋極化將向鄰近的鐵磁或反鐵磁層施加自旋軌道矩(SOT)從而調(diào)控鄰近磁層的自旋取向，為新型磁隧道結(jié)(MTJ)的設(shè)計提供了新的思路。
近年來，精密磁電功能器件是先進智能材料研究重要方向之一，物理學(xué)中追求物性的不變，突變與反常變化一直是永恒的話題。反鈣鈦礦化合物由于“晶格-自旋-電荷”的強關(guān)聯(lián)特征顯示出豐富的物理性質(zhì)，并且對化學(xué)摻雜，外場(熱、力、磁)變化十分敏感，因此成為新型智能材料的研究熱點。王聰教授研究團隊長期研究此類材料的反常物性，尤其是寬溫域零膨脹或負膨脹功能材料的研究，他們通過國家大科學(xué)裝置，如中子衍射和同步輻射技術(shù)分析晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)及其相變等，揭示這些物性產(chǎn)生的本質(zhì)及其調(diào)控規(guī)律，獲得了覆蓋室溫，溫區(qū)超過200度的近零膨脹材料，且溫區(qū)可調(diào)、膨脹系數(shù)可調(diào)，將來有望用于精密器件、光學(xué)器件、航空航天材料、低溫密封等。
另一方面，當(dāng)今世界能源問題已成為制約人類可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，太陽能作為一種可再生的清潔能源，越來越引起人們的高度重視。太陽能的利用分為光電、光熱、光化學(xué)能、光生物能的轉(zhuǎn)換，其中光熱轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件-集熱器，迫切需要高效光熱轉(zhuǎn)換的薄膜材料技術(shù)。太陽光譜選擇性吸收涂層可以獲得高的太陽光譜吸收率和低的紅外輻射率，從而獲得高的光熱轉(zhuǎn)換效率，其廣泛用于太陽能集熱器、尤其用于槽式聚焦太陽能熱發(fā)電集熱管。王聰教授研究團隊在太陽能光熱轉(zhuǎn)換涂層材料的膜系設(shè)計、制備工藝、結(jié)構(gòu)分析、光學(xué)性能與熱穩(wěn)定性方面做了大量研究工作。他們通過工藝優(yōu)化、金屬陶瓷吸收層的結(jié)構(gòu)設(shè)計，和層內(nèi)微結(jié)構(gòu)的設(shè)計與調(diào)控，結(jié)合有效介質(zhì)理論的計算，研究了涂層光學(xué)性能，如太陽能吸收率和紅外發(fā)射率與制備工藝、微結(jié)構(gòu)的關(guān)系，獲得了高的吸收率與低的紅外發(fā)射率，并在此基礎(chǔ)上獲得提高涂層熱穩(wěn)定性的方法與途徑，目前已獲得耐高溫800度以上的光譜選擇性吸收涂層體系。為太陽能中高溫?zé)崂茫绕涫菬岚l(fā)電、開發(fā)中高溫太陽能集熱管奠定了堅實基礎(chǔ)。光熱轉(zhuǎn)換的逆效應(yīng)是輻射致冷，如何設(shè)計并獲得低吸收率、高輻射率的高輻射材料也是其團隊的主要課題之一。高輻射材料結(jié)合高熱導(dǎo)材料可用于節(jié)能、降溫、散熱等，如芯片、電子器件的散熱、光伏面板散熱、航天、航空器的熱控等。他們應(yīng)用磁控濺射鍍膜技術(shù)制備無機材料光學(xué)多層膜，獲得在可見光波段具有高反射率、紅外波段高輻射率的光譜特征，通過在不同的紅外波段調(diào)控高的紅外發(fā)射率、以起到散熱、制冷的作用。值得一提的是，輻射制冷光學(xué)薄膜因其無功耗的被動輻射制冷優(yōu)勢也有利于實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。
此外，光伏-光熱一體化應(yīng)用中的分光膜，因其在可見光波段具有高透過率、在紅外波段具有高吸收率或高反射率，可將不同波長的光分流，比如：可見光可用于光伏電池，紅外光可用于熱能轉(zhuǎn)化與應(yīng)用，從而擴展太陽光譜利用范圍，既可通過光伏電池可以直接產(chǎn)生電能，又可通過集熱器或熱電材料直接產(chǎn)生熱能或二次產(chǎn)生電能，從而有效提高太陽能利用效率。如何高效、充分利用太陽能是可持續(xù)能源領(lǐng)域的重要課題，為此，王聰教授研究團隊同時致力于光伏-光熱寬光譜應(yīng)用的分光膜研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，目前在太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值與廣闊的市場需求。
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