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一束激光引來新靈感,武漢理工大學教授章嵩——讓功能薄膜制備工藝提速最高可達萬倍
2019-12-16 11:33:33   來源:湖北日報

他們,仰望星空,把個人理想追求融入國家和民族的事業中。

  他們,克難攻堅,用實干書寫擔當。

  他們,是湖北省“青年英才開發計劃”入選者,湖北各領域高層次領軍人才的重要后備力量。

  自2014年起,省委組織部、團省委聯合實施了湖北省“青年英才開發計劃”以來,全省共有115人入選。

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  從好奇心驅使到全身心投入,章嵩在功能薄膜的研究上探索了十幾年。

  這個80后的年輕教授,手握國家發明專利13項,在國際重要學術期刊發表系列學術論文81篇,入選湖北省“楚天學者計劃”“青年英才開發計劃”,獲十三屆中國硅酸鹽學會青年科技獎。

  對章嵩來說,那些巧妙的材料結構、制備技術與加工工藝,都像磁石一樣吸引著他,讓他在科研與創新的路上不斷去追逐更深遠的目標。

  “神奇”薄膜打開新世界大門

  2000年,章嵩考入武漢理工大學材料科學與工程專業,從此開始了他與“材料”的不解之緣。

  材料科學紛繁復雜,起初章嵩并沒有給自己定下一個具體的研究領域,直到在本科學習的一堂實驗課上,他第一次接觸到了“功能薄膜”的概念。

  顯微鏡下,以特定規則排列的一個個微觀粒子揭示了功能薄膜內部的“奧秘”。這看起來并不起眼的一層薄膜,卻能實現很多功能。

  “比如眼鏡片上的光學薄膜,能讓光線有選擇性地穿過,減少對人眼睛的損傷?!闭箩愿嬖V湖北日報全媒記者,小物件大作用,這讓他對“神奇”的薄膜產生了興趣,本科期間就造了一臺簡易鍍膜機。

  此后,章嵩在母校一路讀到博士,后在華中科技大學從事博士后研究工作,還到日本東北大學做了兩年助理研究員。

  在一次國際科技展會上,章嵩發現國際上許多先進半導體設備的關鍵涂層部件都是由高品質的化學氣相沉積碳化硅所制成。

  2013年,章嵩回到武漢理工大學任教。帶著在展會上留下的疑問,他調研走訪了多家科技企業,發現這些企業的半導體設備關鍵零部件都是國外進口而來。

  章嵩意識到,我國許多高新技術領域對高端碳化物薄膜與涂層材料都有迫切需求,但由于長期缺乏技術創新,市場幾乎被外國公司壟斷。

  “如果能掌握這種涂層材料的制備、結構與性能之間的科學規律,解決材料在高溫、酸堿腐蝕等極端條件下的服役問題,或許就能助力相關領域發展?!闭箩韵?。于是,他依托武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室成立了一個專門研究功能薄膜與涂層的設計優化、性能評價、工程應用以及相關生產裝備研發的團隊。

  “特殊”激光攻破新技術難關

  制備高質量碳化物薄膜與涂層的最佳技術就是化學氣相沉積,制出的薄膜種類多、質量好,能在極端條件下使用。

  但問題在于,傳統的化學氣相沉積技術僅使用焦耳傳熱加熱原材料并為材料生長提供能量,設備復雜、昂貴且制備速度慢、效率低。

  如果在薄膜的生長過程中引入合適的激光,是否能提高材料的生長速度呢?章嵩提出這一設想,經團隊多次實驗并與多家激光廠商溝通后,研制出了適合加載到化學氣相沉積技術中的激光器,并成功研發出制備高品質碳化硅薄膜與涂層的關鍵技術與裝備。

  “與以前相比,我們現在的技術能多維度地控制薄膜、涂層材料的成分、結構,且更加環保、安全。”章嵩介紹,加載了大功率連續激光后,在保證材料品質的前提下,碳化硅材料的生長速度較傳統技術提升了10倍到10000倍,是國際上目前公開報道的最快速度。

  提高了生長速度,具有指定厚度、尺寸的碳化硅薄膜與涂層材料才可能實現量化生產。同時,速度的提高使研發過程中的實驗試錯效率也得到了大幅提升,研發人員能獲得更多實驗數據,并高效尋找到目標材料的工藝窗口。

  “所謂創新,最終還是要解決問題?!闭箩哉f,下一步他和團隊將努力實現一系列碳化物薄膜與涂層的工藝優化和量化生產,力求解決我國先進半導體等高新領域對高端基礎材料的迫切需求。

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