广西日报:江民红:“冷门”专业里的“淘金人”-亚洲城唯一官方网站
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发布时间:2019年03月08日 10时09分
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来源:广西日报

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“跟材料学亲密接触20多年给我最深的体会是,独辟蹊径,挑战别人想不到或做不到的、有价值的创新研究,即使条件差一点,但只要手脑到位也能出好成果!”亚洲城唯一官方网站教授、第十四届广西青年科技奖获得者江民红称在冷门专业里“淘金”其乐无穷。

江民红2004年硕士研究生毕业以来,一直在亚洲城唯一官方网站材料学院从事教学科研工作,实干加巧干让他在平凡的岗位上做出了不凡的业绩。

“冷门”专业爆出国际首创

1997年,19岁的江民红走进南昌大学校门,就读材料科学与工程专业。当时材料学无疑是冷门专业,班上有同学想方设法换专业,而他锁定所学专业刻苦钻研,硕士、博士一路走来,路子越走越宽。

江民红钟情于研究无铅压电材料(含陶瓷和单晶材料)以及无籽固相晶体生长技术。压电材料被广泛应用于压电换能器、滤波器、驱动器和传感器等电子器件中,在超声成像(如B超)、卫星广播、雷达以及航空航天等高新技术领域有着重要的地位。目前应用广泛的压电材料主要是铅基的,由于铅基压电材料中有毒的氧化铅含量超过原料总质量的60%以上,在生产、使用和废弃治理过程中给环境带来了严重危害,人们迫切希望生产出无铅化和高性能化的压电材料。

如何以问题为导向寻找技术突破?江民红经多年研究,在国际上提出并发展了无籽固相晶体生长技术。该技术的创新点在于首次实现采用成本低且工艺简便的陶瓷烧结法生产出较大尺寸的单晶材料,具有良好的应用前景。

无籽固相晶体生长技术跟传统的晶体生长技术相比有哪些优点?江民红介绍到,按照传统的高温熔体法制备压电单晶成本很高,一个单晶炉普遍都要几十万元,占地面积较大,单晶炉正常工作还需要长期水冷散热,需要使用铂金等贵金属坩埚等易耗品;加上晶体生长过程中需要人员值守实时观察调控,人力成本也不低。另外,由于需要在熔化的温度上进行晶体生长,高温导致元素挥发特别严重难以控制晶体的成分,使晶体成分分布不均匀,这对晶体结构和性能都会产生严重的影响。而使用无籽固相晶体生长技术来研制则效率更高成本更低。一个普通的陶瓷烧结炉成本只需1-2万元,占地面积小、用电功率低,不需要水冷,不需要铂金等贵金属坩埚,晶体生长过程中不需要人员长期值守,晶体生长速率较快,且可以在低于熔化温度以下生成压电单晶,元素挥发大大减弱,成分分布均匀,又便于做成不同形状的晶体,工艺简单,易实现产业化。

江民红是如何发现“铌酸钾钠单晶体的无籽固相生长技术”的?

在博士论文准备期间,江民红专注于铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的改性与机理研究,具体通过在铌酸钾钠基体材料中添加不同的改性物质,来研究材料的组成、结构与性能的关系,从而可控地生产高性能的无铅压电陶瓷。实验中,当江民红选择一种含铋的化合物作为改性物质掺入到铌酸钾钠基体中后,他惊奇地发现:当掺杂剂的量控制在非常低(千分之几)的情况下,在烧结后的陶瓷中出现了肉眼可见的、亮晶晶的、疑似单晶的大颗粒物质。这是一种非常少见的现象。

江民红大胆设想:能不能将陶瓷工艺的简单低成本优势与晶体的高性能优势结合起来,采用陶瓷工艺制备大单晶,实现陶瓷单晶化转变?

为了把灵感转化为现实,江民红跟它较上了劲,起早贪黑、争分夺秒忙试验、记录数据。不知道进行了多少次试验,也不知道经历多少次失败,江民红和团队终于如愿以偿。

江民红及团队采用无籽固相晶体生长技术生产的单晶,在国际上首次成功生产出厘米级铌酸钾钠基单晶。为区别传统的籽晶诱导固相晶体生长技术,他将该制备技术命名为“无籽固相晶体生长技术”,为晶体材料的生长提供了新的技术方法和新的思路,有力地推动了固体晶体生长技术的发展。

竖起科研新的里程碑

在研发“无籽固相晶体生长技术”的同时,江民红还采用传统的陶瓷工艺首次研制出综合性能高的KNN-LiSbO3-BiFeO3体系无铅压电陶瓷材料。与其它无铅压电材料体系相比,江民红研制的铌酸钾钠基压电材料具有压电性能高、频率常数大、密度小及组成元素对人体友好等特点。该体系无铅压电陶瓷的压电性能在当时达到先进水平,同时具有成本低、工艺简单等优势。

江民红采用拥有自主知识产权的无籽固相晶体生长技术研制出压电性能优异、大尺寸KNN基无铅压电晶体材料,在国际上属于首创,在行业内收获了很高的认可度,在国内外都产生了较大的影响。

一路走来,收获满满。2011年9月,江民红入选“广西高校优秀人才支持计划”,先后荣获广西自然科学奖二、三等奖各1项。此外,他已拥有授权专利12项。

“眼下国家对科技投入持续增加,赶上这样的大好时机,我更要大胆去探索和实验,挑战他人想不到或做不到的、有价值的创新研究。”江民红信心满满地说。


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