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陝西師範大學材料學院教授趙奎：創新無止境 探索新世界
在經濟全球化時代，一個國家具有較強的科技創新能力，就能在世界產業分工鏈條中處於高端位置，就能創造激活國家經濟的新產業，就能擁有重要的自主智慧財產權而引領社會的發展。特別是在關係國民經濟命脈和國家安全的關鍵領域，真正的核心技術、關鍵技術是買不來的，必須依靠自主創新。科技創新能力是當今社會活力的標誌，是國家發展的關節點。來自陝西師範大學的趙奎教授一直致力於科研創新，在自己鑽研的領域勇攀高峰不畏難。
千裡之行，始於足下
華羅庚說過：「科學是實事求是的學問，來不得半點虛假。」任何一項技術創新，都要經得起科學的質疑和實踐的檢驗。科技創新要再上一個新臺階，既要仰望星空，更要腳踏實地，拿出嚴謹求實的態度，一個難題一個難題地去破解，一個關口一個關口地去攻克。「實踐反覆警醒我們：越是重大的技術突破，越要戒驕戒躁，嚴謹求實，穩紮穩打，才能實現厚積薄發。越是形勢逼人，挑戰逼人，使命逼人，越是要堅持從實際出發，揚長補短，找準努力方向，腳踏實地推動創新發展。」趙奎說道。2010年博士畢業後，趙奎真正接觸到科學研究工作。他一直堅信腳踏實地才能真正做出成績，真正創新科研，無論是在沙特阿卜杜拉國王科技大學從事進行博士後研究工作，還是在美國史丹福大學作為訪問學者進行研究，他都是腳踏實地走好每一步。認真的人總是能得到老天爺的眷顧，付出了就會有回報。
光生載流子在鈣鈦礦晶體內產生和傳輸，因此晶體性質是光電器件性能的關鍵因素。鈣鈦礦半導體結晶涉及到成核、生長和相轉變過程，優化鈣鈦礦晶體性質一直是光電材料領域的熱點方向。然而，目前在該領域的研究所面臨的最重要挑戰之一就是人們對鈣鈦礦結晶動力學過程如成核機制、相轉變機制和生長機制及動力學調控缺乏足夠的認知。如能通過有效的時間分辨分析技術對鈣鈦礦結晶相變進行系統性動力學監測和解析，提供結晶機制—動力學調控—晶體性質—器件性能關聯規律層面的理解，將解決鈣鈦礦結晶調控面臨成核、生長和相轉變不可控難題，為鈣鈦礦光電器件大面積、柔性製備及大面積器件集成等領域帶來曙光，推動鈣鈦礦光伏和電子技術快速發展。
針對上述關鍵科學問題，趙奎以鈣鈦礦半導體化學反應動力學過程為研究對象，首先系統探究了鈣鈦礦溶液緩慢結晶過程的成核行為，根據晶體成核和生長模型闡明了鈣鈦礦成核熱力學基礎，確定了成核可控區間和最佳晶核生長區。科研人員要做到穩紮穩打，思路清晰，如果思路不清晰，就會遇到實驗做到一半發現問題，再從頭來過，這就會錯過最佳的科研時期。在第一步的基礎打好後，趙奎進一步根據擴散理論和晶核生長過程飽和理論確定了晶體生長動力學機理。發展了「異相輔助結晶」策略，引入異相晶核並通過低溫梯度調控方案有效控制了晶核形成和生長，解決了本體溶液中成核不可控難題，實現了成核可控下的高質量晶體生長。這也是首次獲得柔性鈣鈦礦單晶和世界最大塊狀單晶以及高性能大面積光電探測器陣列。不但證實了鈣鈦礦成核調控的重要性，鈣鈦礦單晶在高性能光電探測和高分辨成像的應用潛力，而且為柔性光電器件中的應用打開了一個新的局面。
創新無止境，需要人們一步一步向前走，去探索新的世界。趙奎還與美國國家同步輻射中心合作夥伴通過時間分辨結晶動力學過程原位分析技術，對鈣鈦礦從溶液中結晶時的無序相→鈣鈦礦相的相變動力學過程進行原位監測和解析，揭示了不同鈣鈦礦結晶時無序相→鈣鈦礦相的複雜相轉變機制。實驗過程中，趙奎系統闡述了有機陽離子、基底溫度、溶劑性質、成膜手段等系列因素對鈣鈦礦前驅體從無序相→中間相→鈣鈦礦相轉變動力學的影響規律；並發展了「中間相輔助」策略，解決了鈣鈦礦結晶時相變不可控難題，實現了系列當時最高效率的鈣鈦礦太陽電池，為發展穩定高效鈣鈦礦光電器件提供了理論指導。
除此之外，他通過小面積旋塗向大面積印刷轉移，結合時間分辨原位監測技術詳細探究了鈣鈦礦凝膠中晶核生長動力學過程，揭示了晶核生長的雙階段生長動力學機理，發展了「直接結晶」的生長調控策略，解決了高速印刷低結晶質量的矛盾，實現了空氣中高通量印刷製備高性能大面積鈣鈦礦太陽電池，為鈣鈦礦薄膜從實驗室小面積旋塗製備向大面積印刷製備順利轉移提供了理論基礎。
百花齊放香滿園
科研不是一個人的故事，而是一群人的事業。在趙奎看來，真正的科研是團隊之間相互協作共同努力的結果。
近兩年，在傳統有機—無機三維鈣鈦礦基礎上發展出了熱穩定高效新型鈣鈦礦並開始在光電領域嶄露頭角。然而，該領域仍面臨著諸多亟待解決的重要科學問題：新型鈣鈦礦在柔性基底上大面積印刷生長機制尚不明確，大尺寸高質量單晶製備策略有待發展，結晶機制—結晶動力學—光電性質—器件性能間關聯規律有待完善，高性能單晶光電器件集成有待拓展等諸多挑戰。對相關問題的研究無論是從基礎研究還是實際應用的角度都具有重要的價值。
要解決以上科學問題，趙奎認為首先要在已有的工作基礎上，成長為一個更強大的課題組，開發更先進原位表徵技術平臺；其次，採取更開放式的態度和眾多國際先進課題組合作，提出新機制，發現新機理，實現應用牽引下的原創性理論和技術突破。接下來趙奎將依託陝西師範大學強有力的科研平臺，組織更加強大的團隊，繼續前進。人們常說科研既要仰望星空，又要腳踏實地。仰望星空，是一種追尋理想的姿態，而腳踏實地則是實現理想的必經之路，趙奎在這條路上定會帶給我們更多驚喜。
撰稿：徐 飛
轉自《中國高新科技》雜誌2020年第15期
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