| 無限風光在險峰 |
| 國家自然科學基金助姚熹登頂鐵電陶瓷研究高峰 |
姚熹
■本報記者 彭科峰 張行勇 通訊員 郝亞楠
又是一年春來到，西安交大姚熹院士團隊「弛豫鐵電體的微疇-宏疇理論體系及其相關材料的高性能化」項目獲得2015年度國家自然科學獎二等獎。
弛豫鐵電材料是電子技術領域重要的功能性材料，在電子通信、生物醫學、航空航天、國防科技等高新技術產業和國防裝備等領域具有廣泛應用。院士姚熹課題組在國際上首創的弛豫鐵電體的「微疇—宏疇轉變」理論，並成功研發出用於國防裝備的高性能弛豫鐵電單晶和陶瓷材料及其器件，對理解複雜介電行為的起源，並大幅提高其性能作出了突出貢獻。
「微疇—宏疇轉變」理論的提出極大地推動了國際上鐵電領域的學術進展，產生了廣泛的學術影響，被國際上廣泛公認為弛豫鐵電體理論之一，被寫入鐵電物理學經典專著與教材。
事實上，這項殊榮的獲得並非偶然的。這背後有姚熹不同凡響的科學人生，也有多項國家自然科學基金重大項目和重點項目的及時支持。
西渡東歸寫就傳奇
在著名的美國賓州州立大學，有這樣一條規定：所有的國際留學生參加入學考試時，必須要考查除母語之外的兩門外語。直到1979年，它為了一個中國人改變了規則。
那是1979年底，姚熹帶著自己編寫的60萬字的《無機電介質》來到了賓州州立大學材料研究所，研究所的專家和老師全都為之驚嘆不已，非常想讓姚熹留下來從事電介質材料的研究。但是姚熹的外語底子相對薄弱，為此，學校專門為姚熹改變了規則：中文可以成為學校承認的留學生入學考試外語種類。就這樣，中文成為了留學生考取賓州州立大學的一項重要項目，而姚熹成為了之後很長一段時間學校中文考試的出題人。
弛豫鐵電體的發現和研究始於20世紀50年代中期。
姚熹自上世紀50年代末就在西安交大開始了鐵電陶瓷的研究工作，是我國在鐵電陶瓷研究方面的主要奠基人之一，並被國內外同行看成是我國在這一領域的學術帶頭人和代表。
1960年至1965年期間，姚熹與蘇美等國科學家大體同步地研究了鈦酸鍶鉍陶瓷的介電行為與極化弛豫現象，提出了鐵電現象可能與晶體中的缺陷和離子型極化弛豫有關。
1982年，姚熹在美國做博士後研究時，從司空見慣的介電溫譜的細微變化中發現了一種新的反常彌散，提出了在化學組成複雜的鐵電體中存在著線度為數十納米的極性微疇，這種微疇在偏置電場作用下可以通過熱激活轉變為通常的鐵電疇，並將這種轉變稱之為「微疇—宏疇轉變」。他也因此廣受關注，被稱讚為「最富有創造性的、極其勤奮的學者」。
他用一年零十個月的時間取得賓夕法尼亞州立大學固態科學博士學位，成為該校獲此專業學位用時最短的一位學生，也是改革開放以來第一位在美國獲得博士學位的中國學者。
因其對鈮酸鋰雙晶研究所作出的貢獻，他獲得美國施樂公司頒發的Xerox獎。1983年，載譽而歸的姚院士開啟了他為祖國的科學事業嘔心奮戰的新徵程。他在功能陶瓷研究領域中大膽探索，提出了一系列富有創造性的理論觀點和方法，取得開拓性的成就；他在透明電光陶瓷的研究中進一步完善了微疇與宏疇轉變理論，為形成新的電子陶瓷材料及器件提供了理論基礎，研發的產品已用於新型魚雷聲制導基陣、低頻大功率聲吶和戰略武器脈衝電源等國防尖端裝備研製，帶領我國電介質研究走在世界前沿，實現了我國在這一領域從追隨者到引領者的跨越歷程。
此後，姚熹又在實驗中發現了弛豫型鐵電體微疇—宏疇轉變的明確證據，經過反覆試驗、研究建立了弛豫鐵電體「微疇—宏疇轉變」理論，解決了世界各國科學家們長期關注卻一直未能解決的一個有關鐵電陶瓷領域的難題。1985年由於他所發現的晶粒壓電共振現象獲得美國陶瓷學會的Ross-Coffin-Purdy獎。1991年他當選為中國科學院院士，後來又當選為美國工程院外籍院士。
經過幾十年的長期研究，姚熹團隊還建立了弛豫鐵電體微疇動力學的「新玻璃模型」，突破了描述弛豫鐵電體微疇凍結行為的玻璃模型的局限，發展出適用於多種介質類型的弛豫極化統一模型，使得「新玻璃模型」成為可定量描述弛豫鐵電體擴散相變動力過程的統一模型。同時，基於「微疇—宏疇」的理論思想，團隊發現了弛豫鐵電單晶/陶瓷材料高性能化的物理機制，提出了調控疇尺寸提高壓電性能的方法，為大幅度提高單晶陶瓷材料及器件性能，拓寬使用溫度範圍開闢了新思路。西安交通大學國際電介質中心也因此成為國內外少數幾個能夠生長高性能弛豫鐵電單晶的單位之一，其研發的單晶材料的壓電性能比壓電陶瓷高4~6倍，電質應變高電質應變高10倍，已經成功應用於國防尖端裝備。
國家「七五」「八五」和「九五」期間，他主持了多項國家自然科學基金重大項目和重點項目，擔任了國家高技術新材料研究計劃（「863」計劃）專家委員會委員和無機功能材料方面的責任專家，主持了多項有關項目，發表學術論文550餘篇，獲準專利10餘項。
領軍鐵電陶瓷研究
「國家不發展，哪裡有我的機會。我只是在國家最需要的時候，在學術上起到了承前啟後的作用。」姚熹在回顧自己的學術生涯時謙遜地說。
姚熹於1985年開始籌建電子材料研究實驗室。實驗室於1988年被國家教委和國家計委批准為國家專業實驗室，並被選定為全國重點學科發展計劃的七個試點實驗室之一，姚熹教授擔任實驗室主任。
姚熹作為此領域的領軍人，對本行業的發展有著很強的憂患意識和危機感。他認為，材料科學正在從經驗走向科學，其科學性有待大大提高，要認真考慮如何與時俱進來發展電子陶瓷。
姚熹自1958年遷校來到西安，在西安交大已經整整工作了58年。已是耋耄之年的姚熹早已將西北大地看成自己的第二故鄉，從意氣風發的青年成長為滿頭白髮的院士，多少風和雨，都在笑談中。
他還拿出一個杯子招待客人，上面寫著「西安交通大學建校110周年，遷校50周年紀念」。在他心裡，西安交大永遠都是自己放不下的家，這裡有自己的青春，有自己最美好的回憶。
姚熹團隊及西安交大人，繼往開來，堅持面向國家重大戰略需求、國際學術前沿和國民經濟建設主戰場，正走在追尋高等教育事業發展的強國之夢的路上。
《中國科學報》 (2016-03-28 第6版 基金)