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一束激光引来新灵感,武汉理工大学教授章嵩——让功能薄膜制备工艺提速最高可达万倍
2019-12-16 11:33:33   来源:湖北日报   分享:
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他们,仰望星空,把个人理想追求融入国家和民族的事业中。

  他们,克难攻坚,用实干书写担当。

  他们,是湖北省“青年英才开发计划”入选者,湖北各领域高层次领军人才的重要后备力量。

  自2014年起,省委组织部、团省委联合实施了湖北省“青年英才开发计划”以来,全省共有115人入选。

  立足岗位谋创新,激情奋斗致青春。第二批入选者有着怎样的付出和收获?本报推出系列报道,带您走进4名青年博士的成长故事。

  从好奇心驱使到全身心投入,章嵩在功能薄膜的研究上探索了十几年。

  这个80后的年轻教授,手握国家发明专利13项,在国际重要学术期刊发表系列学术论文81篇,入选湖北省“楚天学者计划”“青年英才开发计划”,获十三届中国硅酸盐学会青年科技奖。

  对章嵩来说,那些巧妙的材料结构、制备技术与加工工艺,都像磁石一样吸引着他,让他在科研与创新的路上不断去追逐更深远的目标。

  “神奇”薄膜打开新世界大门

  2000年,章嵩考入武汉理工大学材料科学与工程专业,从此开始了他与“材料”的不解之缘。

  材料科学纷繁复杂,起初章嵩并没有给自己定下一个具体的研究领域,直到在本科学习的一堂实验课上,他第一次接触到了“功能薄膜”的概念。

  显微镜下,以特定规则排列的一个个微观粒子揭示了功能薄膜内部的“奥秘”。这看起来并不起眼的一层薄膜,却能实现很多功能。

  “比如眼镜片上的光学薄膜,能让光线有选择性地穿过,减少对人眼睛的损伤。”章嵩告诉湖北日报全媒记者,小物件大作用,这让他对“神奇”的薄膜产生了兴趣,本科期间就造了一台简易镀膜机。

  此后,章嵩在母校一路读到博士,后在华中科技大学从事博士后研究工作,还到日本东北大学做了两年助理研究员。

  在一次国际科技展会上,章嵩发现国际上许多先进半导体设备的关键涂层部件都是由高品质的化学气相沉积碳化硅所制成。

  2013年,章嵩回到武汉理工大学任教。带着在展会上留下的疑问,他调研走访了多家科技企业,发现这些企业的半导体设备关键零部件都是国外进口而来。

  章嵩意识到,我国许多高新技术领域对高端碳化物薄膜与涂层材料都有迫切需求,但由于长期缺乏技术创新,市场几乎被外国公司垄断。

  “如果能掌握这种涂层材料的制备、结构与性能之间的科学规律,解决材料在高温、酸碱腐蚀等极端条件下的服役问题,或许就能助力相关领域发展。”章嵩想。于是,他依托武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室成立了一个专门研究功能薄膜与涂层的设计优化、性能评价、工程应用以及相关生产装备研发的团队。

  “特殊”激光攻破新技术难关

  制备高质量碳化物薄膜与涂层的最佳技术就是化学气相沉积,制出的薄膜种类多、质量好,能在极端条件下使用。

  但问题在于,传统的化学气相沉积技术仅使用焦耳传热加热原材料并为材料生长提供能量,设备复杂、昂贵且制备速度慢、效率低。

  如果在薄膜的生长过程中引入合适的激光,是否能提高材料的生长速度呢?章嵩提出这一设想,经团队多次实验并与多家激光厂商沟通后,研制出了适合加载到化学气相沉积技术中的激光器,并成功研发出制备高品质碳化硅薄膜与涂层的关键技术与装备。

  “与以前相比,我们现在的技术能多维度地控制薄膜、涂层材料的成分、结构,且更加环保、安全。”章嵩介绍,加载了大功率连续激光后,在保证材料品质的前提下,碳化硅材料的生长速度较传统技术提升了10倍到10000倍,是国际上目前公开报道的最快速度。

  提高了生长速度,具有指定厚度、尺寸的碳化硅薄膜与涂层材料才可能实现量化生产。同时,速度的提高使研发过程中的实验试错效率也得到了大幅提升,研发人员能获得更多实验数据,并高效寻找到目标材料的工艺窗口。

  “所谓创新,最终还是要解决问题。”章嵩说,下一步他和团队将努力实现一系列碳化物薄膜与涂层的工艺优化和量化生产,力求解决我国先进半导体等高新领域对高端基础材料的迫切需求。

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