作者:温才妃 柯溢能 来源:中国科学报 发布时间:2021/5/25 15:25:23
选择字号:
狄大卫:以“好玩”的心态做科研

 

 
 狄大卫(左)正在做科研。 浙江大学供图
 
在和煦的阳光里往返于校区之间,搭建半导体光电器件前沿基础与应用研究的桥梁,这是浙江大学光电科学与工程学院研究员狄大卫近期工作的日常。
 
不久前,由狄大卫等人共同发明的一项技术,显著提高了绿光混合维度钙钛矿LED(发光二极管)的性能,为扩展钙钛矿LED器件设计的多样性作出了贡献。
 
此前,狄大卫与合作者们在新型电致发光器件领域的基础研究,产生了多项具有重要意义的成果,他也因此入选2019年《麻省理工科技评论》全球“35岁以下科技创新35人”、2020年“世界顶尖科学家论坛青年科学家”等。
 
就像“在沙滩上随意捡贝壳”
 
人类对光的追求是一个永恒的话题,如果说白炽灯照亮了20世纪,那么LED则点亮了21世纪。作为LED家族的重要一员,有机发光二极管(OLED)掀起了新的技术革命。
 
在目前的OLED材料中,基于稀有金属铱的磷光材料性能最为优越。然而,由于受到发光机制的影响,其在高亮度下的效率还是受到了限制。而且,这类OLED材料普遍成本高昂,制备过程也存在潜在的毒性。此外,OLED制备中所用到的真空蒸镀方法,其成本与能耗较高,但更低成本的溶液制备方法无法实现类似的效率。寻找更好的替代方案,一直是研究人员努力探索的方向。
 
“发光效率也有极限,这就好像是压在我们头顶的‘五行山’,要实现突破就要在新的框架中开展研究。”谈到自己的研究,狄大卫如数家珍。
 
2016年,当时正在英国剑桥大学物理系攻读博士的狄大卫与合作者发现了一系列新型卡宾金属发光分子。他们基于这种分子设计了溶液法的OLED,器件发光的外量子效率高达27.5%,创造了低成本溶液法LED效率的世界纪录,达到与真空蒸镀OLED类似的水平。这项基于新型有机发光分子的高效率OLED研究,被学术界认为具有里程碑式的意义。
 
高效率卡宾金属发光分子的发现,既是偶然也是必然。当时与团队合作的化学家们合成了许多材料,请狄大卫做一些简单检测。但他却非常认真地分析其中的发光机制,并在各种实验中探寻规律。他很享受实验的过程,“从0到1自由探索的过程,追随的是自己的内心,就好像在沙滩上随意捡贝壳”。
 
通过钙钛矿与聚合物的结合,大幅提高世界上最年轻的发光技术——钙钛矿LED的效率,正是狄大卫与现已是浙江大学研究员赵保丹在剑桥合作实现的。他们将钙钛矿LED电致发光外量子效率提升到20%,内量子效率接近100%,在当时创造了一个纪录。
 
“狄老师的大脑每天都能迸发出新的观点。我的导师就曾打趣地对他说,‘天才与狂人往往只有一线之隔’。”赵保丹说,“对科研纯粹的喜爱驱使他去思考,也会感染和带动身边的人。”
 
一口气攻读了两个博士学位
 
狄大卫对科研的喜爱,还表现在他一口气攻读了两个博士学位。
 
“很多人说我的两个研究方向正好相反,一个将光能转化成电能,一个将电能转化成光能。其实二者的共同点是通过半导体器件实现光电转换,理论上是两个互逆的过程。”他说。
 
2011年,正在澳大利亚新南威尔士大学研究第三代太阳能电池的狄大卫,偶然间发现量子点硅太阳能电池在有电流通过时发出了红色的光。经典教科书中早已揭示,作为间接带隙半导体的硅,通常是不会发光的。这一道光激发了他对发光二极管的浓厚兴趣,也因此将他带入了一个新的研究世界。“科研的魅力来自于对未知世界的探索,好奇心是保持这份热情的源泉。”完成了工程学博士的学业,狄大卫又向英国剑桥大学卡文迪许实验室提交了物理学博士的入学申请。
 
导师建议狄大卫直接从事博士后研究,但狄大卫婉言谢绝了,他选择再次从学生做起。“我想在一个新的研究方向接受系统的学术训练。作为博士生,虽然生活待遇会比博士后差很多,但拥有更多的学习和自由探索的时间,也更容得下失败。”
 
正因如此,无论是最初的OLED课题,还是后来接触的钙钛矿LED研究,狄大卫都是抱着“好玩”的心态去尝试。卡文迪许实验室的同事们开发的钙钛矿LED原型器件,最初只能亮两三秒,狄大卫当时看后心想这大概只能做个闪光灯。由于他在高效率OLED方向积累了宝贵的研究经验,因此对于后续提升钙钛矿LED效率,以及对其发光机制的研究,都有着清晰的思路。
 
外量子效率是衡量LED性能的主要指标之一。将OLED的外量子效率提高到20%以上,整个领域用了20多年,而钙钛矿LED的外量子效率从小于1%到超过20%,在领域同行的共同努力下,只用了4年。
 
狄大卫表示,做研究就好像玩游戏,不仅要追求“通关”,还要尽量达到“完美”。“要去寻找那些隐藏的宝藏,追寻研究的极限。”
 
除基础研究外,狄大卫也在努力将有应用前景的研究成果持续推进。“整个OLED产业的规模巨大,但原始核心技术很多仍被国外掌握。让关键发明专利在国内产生,为未来相关产业在中国的自主发展打下基础,是中国科研工作者的使命。”
 
给学生提供自由探索的“指南针”
 
打开狄大卫的浙江大学个人主页,第一段话就写着“欢迎海内外优秀学生与博士后的加盟”。自从2018年回国后,他的身份也转变成了博士生导师与课题组组长。“要做到科技自立自强,青年人应当成为科技创新的主力军。”
 
“在研究过程中,我遇到困难都会找狄老师。”课题组成员连亚霄说,“他非常乐于和我们交流,但从不会直接指出‘新大陆’在哪里,而是给我们提供‘指南针’,鼓励大家自由探索,获得意外的惊喜。”
 
“做科研的过程本身就是去探究未知事物的过程,需要用好奇心照亮每一个未知的领域。”因此,每当面试申请进组的博士生与硕士生时,狄大卫都会问他们一个“灵魂问题”——“你是否真正喜爱科学研究?”
 
对每一名学生的学术发展,狄大卫都非常关心。一开始他并不会把比较有挑战性的课题交给新生。“一入门如果就被难题吓到束手无策,比较容易产生挫败感。但科研应当允许甚至鼓励失败。多次可重复的失败本身就是一个极好的研究结果,它将最终导向成功。”
 
作为带领学生在前沿基础研究“大海”中航行的“船长”,狄大卫投入了比以往更多的时间,甚至将自己的业余爱好都搁置一旁。对于他来说,最开心的事情莫过于与团队成员一起研究和探讨,这比其他的爱好更有趣。
 
 

 

 
版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
重拾“记忆”:突破小麦D基因组改良瓶颈 扭曲晶体中原子振动产生携带热量的自旋波
天文学家观测到新双星系统 我国南极昆仑站泰山站气象站正式业务运行
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文