陸春華，光譜世界的“膜”法師

文/金鳳

和往年一樣，2021年暑假，南京工業大學教授、材料學院院長陸春華沒有休息，而是選擇留在實驗室。前不久，他購置了四塊太陽能電池板，將團隊研發的輻射降溫膜貼在上面，查看這種新材料能否給電池板降溫、發電量是否會增加，為下一步的中試做準備。讓他興奮的是，“貼膜后，太陽能電池板每天的發電量比以前提高了3%到5%”。前不久，陸春華榮獲第二屆“江蘇建材行業十大科技人物”稱號。自1998年到2021年，他穿梭于光譜世界，研制防激光玻璃材料、利用光轉換促進植物生長、用光催化降解污染物或制氫，將光譜材料的性能發揮到極致。

燒制出能吸收激光的玻璃

說起陸春華的科研故事，就不得不提一塊他心心念念了多年的特殊玻璃。這塊玻璃對于陸春華來說意義非凡，那是他讀研時成功燒制的第一塊玻璃。它和其他玻璃一樣晶瑩剔透，不同的是，它被摻入了特殊的離子材料，經過1450攝氏度的高溫燒制，最終冷卻后可以吸收激光。也是從這塊玻璃開始，陸春華和光譜材料結下了不解之緣。

陸春華與玻璃的緣分要追溯到1998年上半年的一天。那時，在讀研究生二年級的他，突然接到導師許仲梓的任務：研制一種國內前所未有的防激光玻璃材料。這是國內急需的一種材料，陸春華毫不猶豫地接下這個任務。

可是該從何處入手呢？“當時，對于這種玻璃材料，我一點概念都沒有，它的原理是什么、該如何設計，沒有任何經驗。”陸春華說。

“一無所有”的陸春華，選擇從研究文獻做起。他翻遍了當時學校乃至整個南京的圖書館，卻一無所獲。于是，他又前往北京國家圖書館，開始了“日出而作、日落而息”的翻閱文獻生活。

當時，陸春華住在大學同學單位的會議室，每天坐著水泥攪拌車，雷打不動地第一個踏進圖書館，最后關門時才出來。十五天過去了，陸春華翻遍了圖書館里激光防護材料方面的文獻，不過可供借鑒的文獻幾乎沒有。

即便如此，陸春華仍未放棄，他回到學校后，決定從最基礎的顏色玻璃開始學習。“需要吸收的激光波長是確定的，我就開始以此著手，不斷地嘗試哪種離子可以吸收該波段的激光。”陸春華說。

此后一年半時間，吃、住都在實驗室的陸春華，大約試了幾乎所有能吸收光的金屬離子材料，包括二十余種具有多種價態的過渡金屬與稀土離子。

直到1999年年底的一天，實驗室的顯示屏上保持了一年多的直線“急轉直下”，材料顯示出良好的激光特征吸收屬性，陸春華終于燒出一塊可吸收激光的玻璃。突破性的進展讓陸春華喜出望外，他一鼓作氣，通過調整材料的配方和制備工藝，滿足了項目要求萬分之一透過率的嚴苛要求。

發明可輻射制冷的納米功能膜

“你想做什么課題？”讀研究生時，導師許仲梓曾拋給陸春華這個問題，他毫不猶豫地回答：“想做有挑戰性的課題。”實際上，在陸春華的科研生涯中，“挑戰性”從未缺席。成為碩士生、博士生導師后，陸春華有意識地培養學生迎接挑戰的能力。

陸春華所在的課題組最初的研究對象是玻璃質材料。2012年，他突然有個特別的想法：是否可以將玻璃體系設計思路拓展到陶瓷基體上去？

“玻璃燒到1400攝氏度已經是液體了，但是陶瓷在1700攝氏度還是固體，其顯示出更強的耐高溫、抗激光性能。”基于這一現象，他發明了一種新型防激光透明陶瓷，隨即申請了國家發明專利，學院傳統的研究領域也得以進一步拓展。

在課題組研究人員倪亞茹眼中，陸春華永遠有冒不完的想法和使不完的勁。激光吸收材料研制成功后，好奇心又驅動著陸春華去做更多的拓展：材料吸收光后積累了大量的熱，影響性能怎么辦？材料吸收的光能否被直接轉換成光而不是熱？

“想到之后，更重要的是做到。”陸春華說。

2009年，在做光的選擇性吸收研究時，陸春華開始嘗試做光譜的選擇性反射與吸收輻射一體化功能材料。

“夏季很多建筑物環境溫度高，需要空調制冷，消耗了大量能源，我們就想研發一種降溫材料，讓它既能反射太陽光，又能通過大氣窗口輻射紅外線，但最大的難點在于一種材料表面，難以同時具備這兩種優質的光譜特性。”陸春華說。

帶著一屆又一屆的碩士生和博士生，通過近十年的艱苦研究，他成功將材料的內部熱能通過紅外選擇性熱輻射方式向外傳輸，發明了太陽光下可以“輻射制冷”的納米功能膜。由于利用了材料特殊分子組成和結構實現了熱能的輻射轉移，其能耗為零。該成果申請了國家發明專利五項，在新型建筑用內置百葉門窗系統應用技術開發方面取得了階段性重要突破。

近些年，陸春華研究團隊研發的輻射降溫功能膜已走出實驗室，走進了人們的日常生活。百葉窗、食品包裝袋、化學儲物罐都被施了“膜法”。

具有“治愈力”的導師

陸春華課題組的研究生陳明學，前不久在寫關于輻射降溫材料的畢業論文。在讀研究生一年級時，陳明學就開始跟著陸春華研制輻射降溫材料，降溫材料效果雖然已經很明顯，但是卻“卡”在了最后一個環節上：如何將幾個微米厚的降溫涂層牢牢地結合到作為基底的PET鍍鋁膜上。

由于這張膜非常柔軟，極難貼合，陳明學多次想放棄，但關鍵時刻陸春華鼓勵他“不要放棄，一定可以成功”。最終，陳明學在經歷“絕望五十天”后，迎來了勝利的曙光。

公派留學的博士生代寶瑩也有過類似的經歷。2015年，陸春華帶著她研究如何通過太陽光光催化材料的氧化還原反應，降解有機物污染物，從而保護環境。

起初，代寶瑩對該課題毫無頭緒，此項研究一度令她極其痛苦。“走投無路”時，她會找陸春華聊一聊。

陸春華曾啟發她：“太陽光中含有紫外光、可見光和近紅外等不同波長的光子，它們能量大小不同，但人們現在利用較多的是紫外光、近紫外光，很多可見和近紅外光無法利用。我們能否吸收利用所有的太陽光，并利用風能、水流動形成的機械能，提升材料的光催化性能，進而更好地降解有機污染物呢？”

“陸老師總是有很多奇思妙想，開導我、激勵我，很有治愈力。”代寶瑩說。

在陸春華的啟發下，代寶瑩從藤蔓植物中找到了靈感，她將壓電復合材料設計為螺旋結構，使其在風、水流等自然流體介質作用下發生變形產生壓電勢，從而提供能量驅動自修復內建電場，實現了光催化效率的持續提升，相關研究成果發表在《先進材料》《先進功能材料》等學術期刊上。

不久前，陸春華自制了一塊紅色透明玻璃，在他看來，每一塊玻璃都有著同樣的使命：不斷鞭策激勵自己。他滿懷憧憬地說：“永遠有更好的材料等著科研人員去開發。”

圖片由本文主人公提供