新型材料的探索者

信息、材料和能源是人類現(xiàn)代文明的三大支柱，早在20世紀(jì)80年代，新材料、生物技術(shù)和信息技術(shù)就被列為了新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。材料作為人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，已經(jīng)在當(dāng)今世界受到越來(lái)越多的重視，全球各國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)及居民生活均與之息息相關(guān)，新晶體材料更是高科技技術(shù)發(fā)展的重要組成部分。北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的陳學(xué)安副研究員，就是一位在新晶體材料研究領(lǐng)域做出了出色成績(jī)的科學(xué)工作者。

新材料科學(xué)的研究者

陳學(xué)安出生于1965年11月，是我國(guó)材料科學(xué)事業(yè)發(fā)展的中堅(jiān)力量。早在上世紀(jì)80年代末期，他考入中科院化學(xué)研究所求學(xué)深造，1991年獲得博士學(xué)位后留在化學(xué)所工作四年，從理論到實(shí)踐方面都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

從1995年起，陳學(xué)安赴國(guó)外工作，先后在美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家做了將近8年的科研工作，期間曾獲得美國(guó)Rutgers大學(xué)化學(xué)系博士后，并獲得德國(guó)的洪堡基金會(huì)獎(jiǎng)學(xué)金，旅日期間還曾任廣島大學(xué)助理教授職位。

國(guó)外優(yōu)越的研究和生活條件沒(méi)能留住陳學(xué)安，在異國(guó)他鄉(xiāng)求學(xué)和工作的經(jīng)歷對(duì)他而言是一種磨練、一筆寶貴的人生財(cái)富，而他事業(yè)的根基在祖國(guó)。2003年7月，他毅然回國(guó)工作，受聘于北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，投身在祖國(guó)的新材料科學(xué)研究事業(yè)當(dāng)中。

陳學(xué)安的主要研究方向是新晶體材料的探索及其晶體結(jié)構(gòu)研究，多年來(lái)，因?yàn)閷?duì)科學(xué)真理的執(zhí)著探索精神，他在新晶體材料的探索合成、晶體結(jié)構(gòu)、光譜性質(zhì)以及電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方面取得了一系列令人矚目的研究成果。迄今為止，他已在國(guó)內(nèi)外的權(quán)威學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文達(dá)70余篇，其中被SCI收錄的就有大約60篇，因?yàn)樵诳蒲泄ぷ魃献龀龅耐怀龀煽?jī)，2006年入選北京市的人才工程“中青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃”。

探索創(chuàng)新科研之路

因?yàn)椴牧峡茖W(xué)在工業(yè)發(fā)展、國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中所具有的特殊地位，對(duì)新型晶體材料的探索和研究已在近幾十年內(nèi)成為受到廣泛關(guān)注的熱門學(xué)科項(xiàng)目之一，同時(shí)因?yàn)榧す饧夹g(shù)的飛速發(fā)展，具有非線性光學(xué)效應(yīng)等功能的晶體材料被廣泛應(yīng)用于激光技術(shù)、光學(xué)通訊、光學(xué)信號(hào)存儲(chǔ)和光數(shù)據(jù)處理等方面，所以在科學(xué)研究中對(duì)晶體材料的要求也拓展了新的方面。除了對(duì)現(xiàn)有的晶體材料設(shè)法繼續(xù)提高質(zhì)量或摻質(zhì)改變性能外，關(guān)于晶體組成的研究、晶體結(jié)構(gòu)與性能間的相互關(guān)系、探索尋找新型晶體等均是國(guó)家重點(diǎn)課題研究項(xiàng)目。

陳學(xué)安目前的在研項(xiàng)目——新型硼酸鹽氧化物的探索合成和晶體結(jié)構(gòu)研究，是國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。因?yàn)樾纬蓧弘姟後岆姟㈣F電和非線性光學(xué)(NLO)等功能材料的先決條件是化合物具有非對(duì)稱中心結(jié)構(gòu)，而在眾多研究體系中，硼酸鹽由于在晶體化學(xué)方面廣泛的可變性令其有可能產(chǎn)生數(shù)目眾多、結(jié)構(gòu)各不相同的硼酸鹽類型，所以在研究試驗(yàn)中最受青睞。陳學(xué)安的項(xiàng)目即是系統(tǒng)地探索合成結(jié)構(gòu)中包含易形成畸變配位多面體的高價(jià)態(tài)過(guò)渡金屬離子（或者含有Bi3+,Pb2+等載有孤對(duì)電子的離子）的復(fù)合硼酸鹽，力爭(zhēng)得到多個(gè)具有非對(duì)稱中心的化合物，進(jìn)而探索合成出新型的硼酸鹽功能材料。

科學(xué)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模蒲泄ぷ髯⒍瞬豢赡芤货矶汀＝?jīng)過(guò)幾年時(shí)間的研究探索和上百次反復(fù)試驗(yàn)，陳學(xué)安的課題組利用高溫溶液緩慢降溫和固相反應(yīng)相結(jié)合的方法，成功制備并得到了一系列新型硼酸鹽化合物，共計(jì)有二十多種，并且進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系的研究。因此課題組的研究不僅豐富和發(fā)展了既有的硼酸鹽結(jié)構(gòu)化學(xué)，而且對(duì)新型硼酸鹽功能材料的探索合成具有積極的指導(dǎo)意義，也正因?yàn)榇耍惤淌趲ьI(lǐng)的課題組在硼酸鹽的合成和結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域內(nèi)開(kāi)始獲得國(guó)際上的認(rèn)可，擁有了一定的國(guó)際知名度。

Bi2ZnB2O7和CaBiCaB2O7由加拿大學(xué)者Barbier等人首先發(fā)現(xiàn)，陳學(xué)安教授帶領(lǐng)研究課題組生長(zhǎng)出硼酸鹽單晶，進(jìn)行了精確的結(jié)構(gòu)測(cè)定和系統(tǒng)理論計(jì)算，發(fā)現(xiàn)硼酸鹽化合物Bi2ZnB2O7具有較強(qiáng)的粉末倍頻效應(yīng)（其強(qiáng)度大約為KDP（KH2PO4）的4倍），在比較寬的頻率范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)相位匹配，UV漫反射光譜表明其吸收邊約為360nm；而另一種化合物CaBiGaB2O7的粉末倍頻效應(yīng)相當(dāng)于KDP的2倍，其吸收邊大約為427nm，也能實(shí)現(xiàn)相位匹配。Bi2ZnB2O7和CaBiGaB2O7是潛在的新型非線性光學(xué)晶體材料，如果能生長(zhǎng)成大塊晶體，并將其制作成有用的器件應(yīng)用于激光系統(tǒng)中，能夠促進(jìn)光電技術(shù)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

到目前為止，陳學(xué)安和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)硼酸鹽體系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，不僅制得了多類型的硼酸鹽化合物，而且已在國(guó)際學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表了近三十篇論文，在固體化學(xué)領(lǐng)域擁有了一定的國(guó)際影響力。同時(shí)，從2007年起，課題的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人陸續(xù)為“Inorganic Chemistry”和“Journal of Solid State Chemistry”等國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物評(píng)審論文二十余次,贏得了國(guó)際上同行業(yè)科學(xué)家的認(rèn)可。

對(duì)綜合利用礦產(chǎn)資源的技術(shù)研究

礦產(chǎn)資源是不可再生資源，但是運(yùn)用循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式強(qiáng)化廢棄物的綜合回收利用、對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行最大限度的開(kāi)發(fā)、提高利用效率，有利于減少浪費(fèi)、獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。溫家寶總理在視察甘肅省蘭州金川科技園時(shí)提出來(lái)要對(duì)礦產(chǎn)資源“吃干榨盡”，金川集團(tuán)有限公司為了積極響應(yīng)號(hào)召、實(shí)現(xiàn)尾礦中資源的綜合利用，提高經(jīng)濟(jì)效益，將“尾礦酸浸液中鐵和鎂分離技術(shù)研究”作為2010年的重大科研課題，由陳學(xué)安負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的研究工作。

在此科研項(xiàng)目中，如何經(jīng)濟(jì)除鐵以及鐵的合理資源化成為能否成功回收金屬的關(guān)鍵課題，并且同時(shí)還需要對(duì)如何從殘液中提取、分離硫酸鎂，如何利用綜合工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)高附加值產(chǎn)品等問(wèn)題做系統(tǒng)研究。

陳學(xué)安帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)將近一年時(shí)間的努力，制定出了本項(xiàng)目的技術(shù)方案，首先對(duì)酸浸液進(jìn)行絮凝劑法除硅，再進(jìn)行針鐵礦法沉鐵。對(duì)沉鐵所得的濾餅進(jìn)行煅燒制備粗鐵紅，用一定濃度的稀酸對(duì)粗鐵紅進(jìn)行酸洗除雜，最終得到了符合工業(yè)氧化鐵國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的高純度鐵紅，實(shí)現(xiàn)了鐵的回收和產(chǎn)品化。經(jīng)過(guò)陳教授及團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的一系列系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室研究，將尾礦酸浸液除鐵之后所得的粗制硫酸鎂溶液加入氧化劑，令Mn2+氧化成MnO2，使之沉淀除去，然后再通過(guò)將溶液蒸發(fā)濃縮至硫酸鈣析出、趁熱過(guò)濾去除鈣的方法，獲得精制的硫酸鎂溶液，最后完成蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥等提純步驟獲得符合工業(yè)硫酸鎂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的I類一等品質(zhì)量指標(biāo)的高純硫酸鎂產(chǎn)品，又實(shí)現(xiàn)了鎂的回收和產(chǎn)品化。

目前由陳教授負(fù)責(zé)的本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室工作已經(jīng)基本完成，使用項(xiàng)目組技術(shù)達(dá)到了85%的鐵回收率和65%的鎂回收率，出色完成了驗(yàn)收指標(biāo)。本項(xiàng)目將在完成后期工作后實(shí)現(xiàn)全面產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

科學(xué)是沒(méi)有國(guó)界之分的，陳學(xué)安在完成科研工作及所承擔(dān)項(xiàng)目的同時(shí)，不忘與國(guó)外同行業(yè)科學(xué)家進(jìn)行積極交流合作，他和捷克物理學(xué)家合作進(jìn)行了硼酸鹽的合成、結(jié)構(gòu)、光譜性質(zhì)以及線性和非線性光學(xué)性能計(jì)算等研究，目前已經(jīng)發(fā)表國(guó)際合作論文6篇，還有一些國(guó)際合寫論文正在寫作當(dāng)中。科學(xué)探索的道路是無(wú)止境的，秉承了嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、刻苦探索精神的陳學(xué)安正值年富力強(qiáng)，我們有理由相信他在未來(lái)的研究道路上將取得更加不凡的成績(jī)。