新型材料的探索者

　　信息、材料和能源是人类现代文明的三大支柱，早在20世纪80年代，新材料、生物技术和信息技术就被列为了新技术革命的重要标志。材料作为人类赖以生存和发展的物质基础，已经在当今世界受到越来越多的重视，全球各国的经济建设、国防建设及居民生活均与之息息相关，新晶体材料更是高科技技术发展的重要组成部分。北京工业大学材料科学与工程学院的陈学安副研究员，就是一位在新晶体材料研究领域做出了出色成绩的科学工作者。 　　 　　新材料科学的研究者 　　 　　陈学安出生于1965年11月，是我国材料科学事业发展的中坚力量。早在上世纪80年代末期，他考入中科院化学研究所求学深造，1991年获得博士学位后留在化学所工作四年，从理论到实践方面都积累了丰富的经验。 　　从1995年起，陈学安赴国外工作，先后在美国、德国、日本等国家做了将近8年的科研工作，期间曾获得美国Rutgers大学化学系博士后，并获得德国的洪堡基金会奖学金，旅日期间还曾任广岛大学助理教授职位。 　　国外优越的研究和生活条件没能留住陈学安，在异国他乡求学和工作的经历对他而言是一种磨练、一笔宝贵的人生财富，而他事业的根基在祖国。2003年7月，他毅然回国工作，受聘于北京工业大学材料科学与工程学院，投身在祖国的新材料科学研究事业当中。 　　陈学安的主要研究方向是新晶体材料的探索及其晶体结构研究，多年来，因为对科学真理的执著探索精神，他在新晶体材料的探索合成、晶体结构、光谱性质以及电子结构计算方面取得了一系列令人瞩目的研究成果。迄今为止，他已在国内外的权威学术刊物上发表学术论文达70余篇，其中被SCI收录的就有大约60篇，因为在科研工作上做出的突出成绩，2006年入选北京市的人才工程“中青年骨干教师培养计划”。 　　 　　探索创新科研之路 　　 　　因为材料科学在工业发展、国民经济生产中所具有的特殊地位，对新型晶体材料的探索和研究已在近几十年内成为受到广泛关注的热门学科项目之一，同时因为激光技术的飞速发展，具有非线性光学效应等功能的晶体材料被广泛应用于激光技术、光学通讯、光学信号存储和光数据处理等方面，所以在科学研究中对晶体材料的要求也拓展了新的方面。除了对现有的晶体材料设法继续提高质量或掺质改变性能外，关于晶体组成的研究、晶体结构与性能间的相互关系、探索寻找新型晶体等均是国家重点课题研究项目。 　　陈学安目前的在研项目――新型硼酸盐氧化物的探索合成和晶体结构研究，是国家自然科学基金项目。因为形成压电、热释电、铁电和非线性光学(NLO)等功能材料的先决条件是化合物具有非对称中心结构，而在众多研究体系中，硼酸盐由于在晶体化学方面广泛的可变性令其有可能产生数目众多、结构各不相同的硼酸盐类型，所以在研究试验中最受青睐。陈学安的项目即是系统地探索合成结构中包含易形成畸变配位多面体的高价态过渡金属离子（或者含有Bi3+,Pb2+等载有孤对电子的离子）的复合硼酸盐，力争得到多个具有非对称中心的化合物，进而探索合成出新型的硼酸盐功能材料。 　　科学是严谨的，科研工作注定了不可能一蹴而就。经过几年时间的研究探索和上百次反复试验，陈学安的课题组利用高温溶液缓慢降温和固相反应相结合的方法，成功制备并得到了一系列新型硼酸盐化合物，共计有二十多种，并且进行了结构和性能关系的研究。因此课题组的研究不仅丰富和发展了既有的硼酸盐结构化学，而且对新型硼酸盐功能材料的探索合成具有积极的指导意义，也正因为此，陈教授带领的课题组在硼酸盐的合成和结构研究领域内开始获得国际上的认可，拥有了一定的国际知名度。 　　Bi2ZnB2O7和CaBiCaB2O7由加拿大学者Barbier等人首先发现，陈学安教授带领研究课题组生长出硼酸盐单晶，进行了精确的结构测定和系统理论计算，发现硼酸盐化合物Bi2ZnB2O7具有较强的粉末倍频效应（其强度大约为KDP（KH2PO4）的4倍），在比较宽的频率范围内能够实现相位匹配，UV漫反射光谱表明其吸收边约为360nm；而另一种化合物CaBiGaB2O7的粉末倍频效应相当于KDP的2倍，其吸收边大约为427nm，也能实现相位匹配。Bi2ZnB2O7和CaBiGaB2O7是潜在的新型非线性光学晶体材料，如果能生长成大块晶体，并将其制作成有用的器件应用于激光系统中，能够促进光电技术等高技术产业的发展，产生社会、经济效益。 　　到目前为止，陈学安和他的团队对硼酸盐体系进行了系统的研究，不仅制得了多类型的硼酸盐化合物，而且已在国际学术刊物上发表了近三十篇论文，在固体化学领域拥有了一定的国际影响力。同时，从2007年起，课题的项目负责人陆续为“Inorganic Chemistry”和“Journal of Solid State Chemistry”等国际著名学术刊物评审论文二十余次,赢得了国际上同行业科学家的认可。 　　 　　对综合利用矿产资源的技术研究 　　 　　矿产资源是不可再生资源，但是运用循环经济模式强化废弃物的综合回收利用、对矿产资源进行最大限度的开发、提高利用效率，有利于减少浪费、获得较高的经济效益。温家宝总理在视察甘肃省兰州金川科技园时提出来要对矿产资源“吃干榨尽”，金川集团有限公司为了积极响应号召、实现尾矿中资源的综合利用，提高经济效益，将“尾矿酸浸液中铁和镁分离技术研究”作为2010年的重大科研课题，由陈学安负责该项目的研究工作。 　　在此科研项目中，如何经济除铁以及铁的合理资源化成为能否成功回收金属的关键课题，并且同时还需要对如何从残液中提取、分离硫酸镁，如何利用综合工艺技术开发高附加值产品等问题做系统研究。 　　陈学安带领研究团队经过将近一年时间的努力，制定出了本项目的技术方案，首先对酸浸液进行絮凝剂法除硅，再进行针铁矿法沉铁。对沉铁所得的滤饼进行煅烧制备粗铁红，用一定浓度的稀酸对粗铁红进行酸洗除杂，最终得到了符合工业氧化铁国家标准的高纯度铁红，实现了铁的回收和产品化。经过陈教授及团队进行的一系列系统的实验室研究，将尾矿酸浸液除铁之后所得的粗制硫酸镁溶液加入氧化剂，令Mn2+氧化成MnO2，使之沉淀除去，然后再通过将溶液蒸发浓缩至硫酸钙析出、趁热过滤去除钙的方法，获得精制的硫酸镁溶液，最后完成蒸发、结晶、干燥等提纯步骤获得符合工业硫酸镁国家标准规定的I类一等品质量指标的高纯硫酸镁产品，又实现了镁的回收和产品化。 　　目前由陈教授负责的本项目实验室工作已经基本完成，使用项目组技术达到了85%的铁回收率和65%的镁回收率，出色完成了验收指标。本项目将在完成后期工作后实现全面产业化生产。 　　科学是没有国界之分的，陈学安在完成科研工作及所承担项目的同时，不忘与国外同行业科学家进行积极交流合作，他和捷克物理学家合作进行了硼酸盐的合成、结构、光谱性质以及线性和非线性光学性能计算等研究，目前已经发表国际合作论文6篇，还有一些国际合写论文正在写作当中。科学探索的道路是无止境的，秉承了严谨治学、刻苦探索精神的陈学安正值年富力强，我们有理由相信他在未来的研究道路上将取得更加不凡的成绩。