皇家玩捕:摩擦这个“小”问题,他花20年琢磨出大门道

2019-08-20 10:39:57 来源: 中国科技网-科技日报 作者: 张晔 吴涵玉
陈云飞,离子输运,
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陈云飞教授在机械楼实验室指导学生做实验 受访者供图

日前,东南大学机械工程学院教授陈云飞团队在离子输运研究方面取得了重大进展,相关成果发表在《美国化学会志(JACS)》上。

这是继由陈云飞领衔研究的项目“摩擦界面的声子传递理论与能量耗散模型”于今年年初获得2018年度国家自然科学奖二等奖后,其团队取得的又一重要荣誉。

早在原始社会,祖先学会钻木取火时起,人类就开始和摩擦打交道了。虽然对摩擦生热并不陌生,但迄今为止,人类对这一现象蕴藏的摩擦耗能机理,即摩擦过程中的能量损耗与热量传递机理,仍未完全掌握。

而这正是陈云飞的研究对象,也是机械工程学科研究的重要问题。围绕这一问题,陈云飞率领科研团队在该领域耕耘了二十余年。

单枪匹马独闯摩擦学

陈云飞与摩擦的缘分,始于他攻读博士学位期间。

早在在母校东南大学读博时,陈云飞就已跟随导师从事与摩擦相关的研究。1995年,陈云飞博士毕业后留校任教。留校后,他本想继续跟随导师,做相关领域的研究,但无奈导师选择赴海外深造。

而在当时,校内没有其他人从事与摩擦有关的研究。科研上,没有前辈指导;经费上,也没有足够的支撑,“甚至连复印费都得自己掏”。

但困难并没有把陈云飞压倒。他想到通过申请基金解决经费问题,在调整了研究方向后,他终于在1998年申请到了国家自然科学基金,从此科研工作开始慢慢步入正轨。

回忆起这段艰难的时光,陈云飞感慨道:“那是我人生中很重要的转折点。”

正是这次转折点,让陈云飞确定了在摩擦学领域的研究方向。2000年,他前往美国加州大学伯克利分校进行交流学习,接触到国外传热学领域的研究成果,创造性地将摩擦与传热结合起来进行研究,为日后回国开展研究奠定了基础。

“搞科研,不仅要有学术热情,还要有强大的心理素质。”陈云飞说,在和摩擦学、传热学打交道的二十多年间里,他曾数次深陷“关卡”,有的是科研难关,有的是管理难关。每当这时,他会将问题放一放,让思绪放空,打会儿太极拳或练会儿气功,待心境平复,他再重新投入到工作中。

不放过一闪而过的灵感

24载光阴转瞬即逝,如今陈云飞已从一名普通青年教师,成长为东南大学机械设计专业的学科带头人。平日里,陈云飞的日程被科研、教学、行政任务排得满满的,几乎没有属于自己的休闲时间。为了挤时间做科研,到了寒暑假,别人欢享假期,他却泡在实验室,“这样心无旁骛的时间实在不多,得抓紧”。

多年来,陈云飞培养出了一批批优秀的毕业生。其中,有不少学生毕业后选择留校,与他并肩作战,成为研究摩擦学和传热学的中坚力量。

和学生在一起讨论问题,是陈云飞最喜欢的事情。在他看来,这种交流能激发出意想不到的灵感。2002年,团队发现超晶格结构法向导热系数最小值出现的条件,就是源于一次讨论,这也是今年获奖项目中的重要成果之一。

超晶格,是指两种材料交替生长而形成的周期性结构,是一种多层膜结构,每层材料的厚度控制在几纳米内,具有极高的界面密度。超晶格结构是否存在法向导热系数最小值,这一问题一直困扰着半导体制造业。

2000年起,陈云飞带领团队先后对80多组超晶格结构进行实验测试,但进展有限。在一次讨论中,团队中一位学生随口提出的一个新想法,让陈云飞隐隐觉得在理论上是可行的。

“想法是否可行,得验证后才知道。”陈云飞没有放过一闪而过的灵感,当年整个寒假他都在验证这一设想。经过数日的大量计算,他和团队发现这一设想是成立的!

基于这一发现,团队改变了研究思路,采用分子动力学模型对超晶格结构进行建模,最终在国际上最早提出超晶格结构法向导热系数最小值出现的条件。

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责任编辑:何沛苁
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