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這名交大人，和壓電陶瓷“較勁”了15年……

西安交通大學(xué)深圳研究院

2021-08-30 20:11 瀏覽量: 3652

?智能總結(jié)

他，和壓電陶瓷“較勁”了15年，現(xiàn)在正和科研團(tuán)隊(duì)一起專注于制作一種用于物理治療的醫(yī)用陶瓷片，可幫助很多腦疾病患者。今天，讓我們走進(jìn)西安交通大學(xué)第七屆“十大學(xué)術(shù)新人”——電信學(xué)部李景雷老師的科研故事...

他，和壓電陶瓷“較勁”了15年，現(xiàn)在正和科研團(tuán)隊(duì)一起專注于制作一種用于物理治療的醫(yī)用陶瓷片，可幫助很多腦疾病患者。

今天，讓我們走進(jìn)西安交通大學(xué)第七屆“十大學(xué)術(shù)新人”——電信學(xué)部李景雷老師的科研故事。

人物名片

李景雷，1987年生，博士。主要研究方向?yàn)殡娮犹沾膳c器件。

2018年8月進(jìn)入電信學(xué)部電子陶瓷與器件教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事科研工作。

■主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)；

■中國博士后基金特別資助項(xiàng)目和面上項(xiàng)目各1項(xiàng)；

■陜西省高校聯(lián)合項(xiàng)目-重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)；

■陜西省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目1項(xiàng)，橫向項(xiàng)目4項(xiàng)等。

在Nature Materials、Nature Communications、Advanced Materials等期刊共發(fā)表SCI論文41篇（第一作者19篇，通訊作者4篇），其中發(fā)表在Nature Materials（一作）和Advanced Materials（一作）的論文分別被ESI收錄為高被引論文和熱點(diǎn)論文，SCI他引分別為59次和272次。

研究工作被IEEE Fellow等國際同行評價(jià)為：“另辟蹊徑，采用模板定向法，制備出了高儲(chǔ)能密度的陶瓷材料” “為大規(guī)模電介質(zhì)儲(chǔ)能材料提供了一個(gè)急需的技術(shù)途徑”。

和壓電陶瓷“較勁”的一名“鐵瓷”

???? 李景雷（圖左）與吳杰

在實(shí)驗(yàn)室討論壓電陶瓷的性能改進(jìn)工作

“我是徐卓、李飛老師團(tuán)隊(duì)的一員，我們團(tuán)隊(duì)專門進(jìn)行壓電材料研究。壓電陶瓷里面有一類陶瓷是具有鐵電性質(zhì)的陶瓷，這類陶瓷的壓電性一般比較高，被稱為鐵電陶瓷。我可是鐵電陶瓷的‘鐵瓷’，先帶你進(jìn)實(shí)驗(yàn)室看看……”

剛一見面，李景雷快人快語，詳細(xì)介紹起壓電陶瓷的制作工藝：配料、混合磨細(xì)、預(yù)燒、二次磨細(xì)、造粒、成型、排塑、燒結(jié)成瓷、外形加工、焙電極、高壓極化、老化測試……

壓電陶瓷是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的信息功能陶瓷材料，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達(dá)等。生物醫(yī)學(xué)工程是壓電陶瓷應(yīng)用的重要領(lǐng)域，可以用來探測人體信息和進(jìn)行壓電超聲治療。

由于體內(nèi)的各種組織對超聲波有不同的反射和透射作用，壓電陶瓷發(fā)出的聲波在人體內(nèi)傳輸，返回來經(jīng)壓電陶瓷接收又變成電信號(hào)顯示在屏幕上，據(jù)此可以判斷內(nèi)臟組織的情況，而且進(jìn)入人體的超聲波達(dá)到一定的強(qiáng)度的時(shí)候，能使組織發(fā)熱并輕微震動(dòng)。這種震動(dòng)可以對一些疾病起治療作用。

和陶瓷“較勁”十幾年依然有沖勁

???? 李景雷在實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)學(xué)生制備壓電陶瓷

“我本科學(xué)的是特種陶瓷，后來學(xué)電子陶瓷，在美國留學(xué)的時(shí)候做儲(chǔ)能陶瓷，算起來，我已經(jīng)和陶瓷‘較勁’十五年了！”李景雷說。十五年的“較勁”使李景雷對各種陶瓷的性能和用途都非常熟悉，“壓電陶瓷領(lǐng)域，可做的事情太多了！”

李景雷和團(tuán)隊(duì)成員目前正專注于制作一種用于物理治療的醫(yī)用陶瓷片。這涉及一種電刺激物理治療手段，通過將電磁場傳遞至病灶，對生物電活動(dòng)及細(xì)胞內(nèi)極性分子起調(diào)控作用，目前主要用于深部腦刺激與神經(jīng)調(diào)控，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還在進(jìn)一步挖掘其在治療腫瘤方面的潛力。這種陶瓷片是該物理治療設(shè)備的核心換能器件，它被貼于患者頭部，電磁信號(hào)通過陶瓷片被轉(zhuǎn)換為可以深入病變組織的能量形式，從而達(dá)到深部腦刺激的目的。

這種環(huán)形陶瓷片不足一枚一元硬幣大小?！把邪l(fā)它，團(tuán)隊(duì)用了兩年半的時(shí)間，每個(gè)操作環(huán)節(jié)都意味著無數(shù)次的失敗和考驗(yàn)?！崩罹袄渍f，“如何配料？溫度控制到多少？怎么優(yōu)化性能……每一天，實(shí)驗(yàn)室里都有無數(shù)的問題等著大家逐個(gè)解決，但是大家都有一股沖勁。”

這種沖勁既來自整個(gè)團(tuán)隊(duì)投身科研的熱情，更來自于陶瓷片應(yīng)用于電刺激物理治療儀可產(chǎn)生的實(shí)際效果?！耙?yàn)槲覀冋谧龅氖虑椋梢詭椭芏嗄X疾病患者?！?/p>

如果該物理治療儀進(jìn)一步成功應(yīng)用于腫瘤治療，那將是利國利民的大好事。傳統(tǒng)的腫瘤治療手段包括手術(shù)、化療和放療?；熤饕ㄟ^藥物作用于DNA，引起DNA的錯(cuò)配修復(fù)障礙、DNA鏈交聯(lián)或斷裂，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。放療則是利用電離輻射粒子破壞DNA進(jìn)而損傷細(xì)胞。而電刺激物理治療則通過頭部貼片的方式進(jìn)行治療，在干預(yù)腫瘤生長的同時(shí)，不損傷正常細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)了“內(nèi)病外治”，是一種新型無創(chuàng)物理治療手段。

“2020年，以這種陶瓷片為核心器件制作的電刺激物理治療儀項(xiàng)目已經(jīng)完成A輪融資，目前已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，很快將能應(yīng)用于廣大患者。”說起這個(gè)環(huán)形陶瓷片的應(yīng)用前景，李景雷充滿期待。包括他在內(nèi)的整個(gè)團(tuán)隊(duì)成員都爭分奪秒地往前沖，為此放棄了周末和各種假期，“在實(shí)驗(yàn)室忙到午夜12點(diǎn)后才走，這已是我們實(shí)驗(yàn)室里的‘日?！！?/p>

較勁，既是挑戰(zhàn)自己，也為不被“卡脖子”

???? 2020年6月15日，英國《自然材料》期刊在線發(fā)表了西安交大研究團(tuán)隊(duì)的最新學(xué)術(shù)成果Grain-orientation-engineered multilayer ceramic capacitors for energy storage applications（用于能量存儲(chǔ)的織構(gòu)多層陶瓷電容器）。論文第一作者為李景雷老師。

制作壓電陶瓷的工藝有十幾道，需要用到的儀器有幾十臺(tái)，不僅需要對制備的壓電陶瓷進(jìn)行宏觀介電壓電性能檢測，還需要對制備過程中的陶瓷微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，李景雷整天花大量的時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室操作這些機(jī)器，陪家人的時(shí)間就變少了。

6歲的兒子看到李景雷出門就說：“爸爸你又要去實(shí)驗(yàn)室啊！”李景雷的妻子笑稱：“對他來說，在實(shí)驗(yàn)室度過的一天才是充實(shí)的，陪我們的時(shí)候經(jīng)常是‘身在曹營心在漢’！”李景雷說道：“我不由自主就會(huì)去思考實(shí)驗(yàn)步驟咋完善！我們團(tuán)隊(duì)的人都有這個(gè)習(xí)慣！”

在高性能壓電陶瓷領(lǐng)域，目前國內(nèi)高端壓電陶瓷材料主要依賴于美國CTS公司、德國PI公司、日本富士等公司。國內(nèi)技術(shù)近幾年已越來越成熟，但隨著研究的深入，遇到的挑戰(zhàn)也越來越多。疫情期間發(fā)生的一件事深深刺痛了李景雷和他的團(tuán)隊(duì)。

當(dāng)時(shí)口罩機(jī)非常緊俏，口罩機(jī)上用到的超聲波壓電陶瓷環(huán)片的價(jià)格更是水漲船高，從幾百塊漲到了幾千塊。超聲波壓電陶瓷環(huán)片用在口罩機(jī)焊接換能器上，主要功能是完成鼻線貼合、耳帶焊接等工藝。“我們需要更多的科研人繼續(xù)在高性能壓電陶瓷領(lǐng)域探索，”李景雷說，“比如在B超領(lǐng)域，影像清晰、性能更良好的B超機(jī)幾乎都依賴進(jìn)口壓電陶瓷，我們下一步努力的方向就是將B超機(jī)上用到的壓電陶瓷替換為國產(chǎn)的。不能在壓電陶瓷上被別人‘卡脖子’。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過數(shù)年的潛心研究，已成功制備了兩種高性能壓電陶瓷，應(yīng)用前景廣闊?！?/p>

從2018年8月進(jìn)入電信學(xué)部電子陶瓷與器件教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事科研工作以來，李景雷主持國家自然科學(xué)青年基金、中國博士后基金特別資助項(xiàng)目和面上項(xiàng)目、陜西省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、陜西省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、企業(yè)橫向項(xiàng)目等12項(xiàng)，以第一作者或通訊作者在Nature Materials, Nature Communications, Advanced Materials等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文6篇，得到了國際同行學(xué)者的正面評價(jià)，其中發(fā)表在Advanced Materials和Nature Materials的論文分別被ESI收錄為熱點(diǎn)論文和高被引論文。擔(dān)任Journal of Materials Chemistry C, Ceramics International等多個(gè)國際著名期刊審稿人。

“科研是一條充滿挑戰(zhàn)和不確定的道路，留學(xué)美國的時(shí)候，我感觸最深的就是，美國的科研人員也很拼，并不是我們以為的朝九晚五、到點(diǎn)走人。雖然他們的科研投入更大、積淀更多，但我們要趕上和超過他們并非不可能！創(chuàng)新港和秦創(chuàng)原平臺(tái)的建設(shè)，以及相應(yīng)的配套體制機(jī)制，為我們提供了一個(gè)良好的科研環(huán)境，未來我們將研制出具有更高性能的壓電陶瓷，提高壓電陶瓷的溫度穩(wěn)定性，將它們廣泛應(yīng)用于不同條件、不同需求各科技和生活領(lǐng)域中?！?/span>

“我可是鐵電陶瓷的‘鐵瓷’呢，比鐵哥們還要鐵！”面對未來，李景雷信心滿滿。