摩擦這個“小”問題,他花20年琢磨出大門道

2019-08-20 10:39:57 來源: 中國科技網-科技日報 作者: 張曄 吳涵玉
陳云飛,離子輸運,

陳云飛教授在機械樓實驗室指導學生做實驗 受訪者供圖

日前,東南大學機械工程學院教授陳云飛團隊在離子輸運研究方面取得了重大進展,相關成果發表在《美國化學會志(JACS)》上。

這是繼由陳云飛領銜研究的項目“摩擦界面的聲子傳遞理論與能量耗散模型”于今年年初獲得2018年度國家自然科學獎二等獎后,其團隊取得的又一重要榮譽。

早在原始社會,祖先學會鉆木取火時起,人類就開始和摩擦打交道了。雖然對摩擦生熱并不陌生,但迄今為止,人類對這一現象蘊藏的摩擦耗能機理,即摩擦過程中的能量損耗與熱量傳遞機理,仍未完全掌握。

而這正是陳云飛的研究對象,也是機械工程學科研究的重要問題。圍繞這一問題,陳云飛率領科研團隊在該領域耕耘了二十余年。

單槍匹馬獨闖摩擦學

陳云飛與摩擦的緣分,始于他攻讀博士學位期間。

早在在母校東南大學讀博時,陳云飛就已跟隨導師從事與摩擦相關的研究。1995年,陳云飛博士畢業后留校任教。留校后,他本想繼續跟隨導師,做相關領域的研究,但無奈導師選擇赴海外深造。

而在當時,校內沒有其他人從事與摩擦有關的研究。科研上,沒有前輩指導;經費上,也沒有足夠的支撐,“甚至連復印費都得自己掏”。

但困難并沒有把陳云飛壓倒。他想到通過申請基金解決經費問題,在調整了研究方向后,他終于在1998年申請到了國家自然科學基金,從此科研工作開始慢慢步入正軌。

回憶起這段艱難的時光,陳云飛感慨道:“那是我人生中很重要的轉折點。”

正是這次轉折點,讓陳云飛確定了在摩擦學領域的研究方向。2000年,他前往美國加州大學伯克利分校進行交流學習,接觸到國外傳熱學領域的研究成果,創造性地將摩擦與傳熱結合起來進行研究,為日后回國開展研究奠定了基礎。

“搞科研,不僅要有學術熱情,還要有強大的心理素質。”陳云飛說,在和摩擦學、傳熱學打交道的二十多年間里,他曾數次深陷“關卡”,有的是科研難關,有的是管理難關。每當這時,他會將問題放一放,讓思緒放空,打會兒太極拳或練會兒氣功,待心境平復,他再重新投入到工作中。

不放過一閃而過的靈感

24載光陰轉瞬即逝,如今陳云飛已從一名普通青年教師,成長為東南大學機械設計專業的學科帶頭人。平日里,陳云飛的日程被科研、教學、行政任務排得滿滿的,幾乎沒有屬于自己的休閑時間。為了擠時間做科研,到了寒暑假,別人歡享假期,他卻泡在實驗室,“這樣心無旁騖的時間實在不多,得抓緊”。

多年來,陳云飛培養出了一批批優秀的畢業生。其中,有不少學生畢業后選擇留校,與他并肩作戰,成為研究摩擦學和傳熱學的中堅力量。

和學生在一起討論問題,是陳云飛最喜歡的事情。在他看來,這種交流能激發出意想不到的靈感。2002年,團隊發現超晶格結構法向導熱系數最小值出現的條件,就是源于一次討論,這也是今年獲獎項目中的重要成果之一。

超晶格,是指兩種材料交替生長而形成的周期性結構,是一種多層膜結構,每層材料的厚度控制在幾納米內,具有極高的界面密度。超晶格結構是否存在法向導熱系數最小值,這一問題一直困擾著半導體制造業。

2000年起,陳云飛帶領團隊先后對80多組超晶格結構進行實驗測試,但進展有限。在一次討論中,團隊中一位學生隨口提出的一個新想法,讓陳云飛隱隱覺得在理論上是可行的。

“想法是否可行,得驗證后才知道。”陳云飛沒有放過一閃而過的靈感,當年整個寒假他都在驗證這一設想。經過數日的大量計算,他和團隊發現這一設想是成立的!

基于這一發現,團隊改變了研究思路,采用分子動力學模型對超晶格結構進行建模,最終在國際上最早提出超晶格結構法向導熱系數最小值出現的條件。

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責任編輯:何沛蓯
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