范守善:中国纳米科技的领军人

——访清华大学1965级校友范守善


■ 谢塞恩 沈非若 韩亦沫


  范守善,男,1965年以优异的成绩考入清华大学物理系并于1970年取得理学学士学位,1973-1975年在清华大学固体物理研究班学习。1978年,作为中国恢复研究生招生制度的第一批学生入选清华大学研究生院,并于1981年获得理学硕士学位。其后一直在清华大学任教。曾在MIT、哈佛大学和斯坦福大学做访问学者。已发表SCI论文80余篇。1999年获教育部首届“长江学者成就奖”二等奖,2003年当选为中国科学院院士。范守善院士现任清华大学物理系教授、清华大学材料科学与工程研究院副院长、清华-富士康纳米科技研究中心主任,兼任着国际学术刊物《纳米技术》的编委。

  逆境中不放弃

  1965年,范守善以优异的成绩从晋城一中毕业,考入清华大学物理系。正当大学一年级的期末考试期间,发生了文化大革命,此后学校停课到1970年。范守善和其他同学一样留在学校但是不上课,期间到农场或者工厂劳动。在这样的大环境下,范守善并没有放弃原来的学业,一边劳动一边学习,期待能继续受到教育。1972年,清华创办了四个研究班,一共招收了43名学生,范守善以优异的成绩与10几位同学一道入选其中的固体物理班。在研究班两年的学习过程中,范守善系统地学习了欠下的大学和研究生课程,为以后的研究打下了坚实的基础。

  1974年,“右倾回潮”导致学校继续停课。固体物理研究班的同学们只能去对口的工厂劳动。在北京化工厂,范守善从事单晶制备以及VIG、红宝石等各种激光晶体的制造。回想这一段特殊的劳动经历,范守善认为这是一个学以致用的过程,并且对他以后的工作学习都很有帮助,后来范守善又到了学校电子厂,从事在绝缘体上生产硅单晶薄膜的工作。

  伴随纳米科技一起成长

  1981年,范守善在清华大学取得了理学硕士学位,其后他除了留在清华任教,还在哈佛大学、麻省理工学院等顶尖高校学习、访问长达11年。在此期间,范守善在科研上取得了举世瞩目的成果:1993年初,范守善在哈佛大学做访问学者期间,首次通过实验方法观测到磁通线穿透铜氧化物超导体的路径,此结果发表在次年10月27日的《自然》杂志上,被列为封面标题之一,受到同行科学家极高的评价。

  然而范守善并没有因为自己在超导领域取得的突破性进展而满足,而是把注意力转向了方兴未艾的纳米材料领域。1994年,范守善与合作者一道,首次用碳纳米管制备出碳化物纳米棒。次年6月,这一成果再次被列入《自然》杂志的封面标题。

  1994年底,范守善结束了为期2年的访问学者生活,回到清华园。他把研究方向从半导体转向了碳纳米管。基于大量半导体的研究经验,他在新兴的碳纳米管领域的研究也就轻车熟路,并在碳纳米管生长的方面取得了许多国际领先的成果。

  这位中国纳米科技的领军人一谈起纳米技术就滔滔不绝。范守善说,碳纳米管一被发现就受到广泛关注。首先,由于集成电路的发展,器件越做越小,如果一个器件的尺度小到一个纳米尺度,它会有很多优异性能。所以当时做集成电路的人关注这方面的研究。集成电路的性能在相当大程度上取决于微小尺度器件。而当时制作微小尺度器件的方法主要是光刻技术,但制备所需设备很昂贵,造价很高,急需其他优良性能的材料代替。碳纳米管就在这样的大环境下被发现了,科学家研究发现,碳纳米管虽然直径很小,但长度甚至可以做到宏观可观测的尺度,因此在尺寸上保证了碳纳米管的应用可以推广;而且碳纳米管在组成时的螺旋度会使导电性能在不同角度上不同,可以在开关电路中有很多应用,因此应用前景广阔。碳纳米管在实验室初制备的时候都呈粉末状,而实际投入应用的一般都是线形的,因此范守善希望能用一些半导体上的技术做到碳纳米管的控制性生长。

  说到碳纳米管,范守善总结出一个规律:对于一个新发现的物理原理,从它的发现到应用,基本有两条道路,一是发现一些新材料能够很好地体现一些物理规律再根据此规律开发其应用,比如半导体和超导材料就是利用他们的独特性质做出原型的器件,再发展成一个产业;另外一条路,是通过实验技术的发展,比如STM(扫描隧道显微镜)的发明。这些新的实验技术的发展,提高观测原有材料的精度,可以发现原有材料中有一些新的很好的性质。而在过去纳米科技发展的20年中,工作主要集中在发现一些新的材料上。

  如今,纳米技术已经发展了20年,应用主要集中在在光电子学和医学,像医学材料、靶向药物、一些疾病的早期诊断等。而在光电子材料方面,现在锂离子电池电极材料主要是用氧化物,但氧化物电阻比较大,碳纳米管的导电性就显得更优异,在未来将有希望取代氧化物成为新一代锂离子电池的电极材料,广泛应用于收集、手提电脑等电子市场上。

  给清华学子的建议

  范守善已经在中美两国最优秀的研究环境中研究工作了30多个年头,他认为,对于一名科研工作者,宽松自由的研究环境是最重要的。先进的实验设备固然重要,但是科研工作者最重要的不在于熟练使用这些仪器,而是在于能够独立搭建小型简易设备验证自己的新想法。

  在过去的几十年中,中国的科学研究硬件条件发生了翻天覆地的改变,如今中国许多研究机构的硬件环境已经达到国际先进水平。但在科研中,当科研人员有了新的想法时,就要用实验去验证它,有时候没有现成的实验仪器,就要求科研人员自己搭建小的实验装置来验证自己的假设,这是科研工作中十分重要的。

  范守善认为,独立搭建实验设备对科研人员的能力要求是很高的。这种能力的培养应该作为学生能力培养的一部分来进行。“在同学们做科研训练时,最应该培养的能力就是独立完成一项课题的能力:从选择题目开始,直到自己做完这个课题。相比之下,这个课题的成功与失败对于同学来说并不是十分重要,成功自然好,但是失败了并不一定学到的东西少。但这样一次独立完成事情的经验,对将来无论做什么工作都是有帮助的。” 范守善建议道。

  在20年前计算机热门行业的大潮下,范守善并未随大流进入计算机领域,而是认准了当时新兴的纳米领域,如今纳米技术经过几十年的发展,已成为了一门十分重要的学科。作为中国纳米科技的领军人物,范守善在谈到领域的选择时表示,他并不认为选择哪个领域有多么重要,因为从研究的角度考虑,不论在哪个领域中,把事情做好的规律都是大同小异的。因此,他建议年轻的清华学子道:“首先,如果你特别喜欢科学,那么就可以选择基础科学作为自己的方向;但如果对基础科学并不十分感兴趣,从事应用行业也是一个十分好的选择,比如信息、材料、电子等。因为同学们扎实的基础在应用学科中就属于特长,从而更有优势。而应用领域也正需要具有扎实数理基础的人才。一些诺贝尔奖获得者的经历也能反映出这一点:将物理学的研究方法引入生物医学,从而解决了以前没有解决的问题从而取得成功,比如作为物理学家的克里克用X射线衍射的方法确定了DNA的内部结构从而获得了1962年诺贝尔生理学及医学奖。”(供稿 物理系 编辑 露英)


2010年12月09日 12:19:02  清华新闻网

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