【青年英才耀龙江】林双燕 寻找破解“能源危机”的金钥匙

2019-09-15 10:34 来源: 黑龙江日报客户端      作者:文/摄 记者 赵一诺

记哈尔滨师范大学副教授、硕士生导师林双燕

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林双燕正在做实验。

午后的阳光透过窗子照射进阶梯式教室,林双燕老师清朗的嗓音伴着粉笔的沙沙声,萦绕于学生们的耳畔。

每次上课,她都喜欢沿着教室里的台阶走到学生们中去,一节课大概二十几个来回。“虽然很累,但是效果蛮好。”她笑盈盈地说。

她告诉记者,这些年从事教学和科研工作,跨过了太多的台阶,怀孕9个月时还每天爬三趟60多级的台阶,到实验室一线指导学生工作。

30岁,获吉林省科学技术奖一等奖、中科院院长优秀奖;31岁,主持一项国家自然科学基金青年项目;32岁,入选省普通本科高等学校“青年创新人才培养计划”……

作为哈尔滨师范大学副教授、硕士生导师,今年35岁的林双燕一上完课,便披上白大褂直奔实验室,全身心投入科研工作。她说:“这是我一天中最快乐的时光。”

转换研究方向重新学习

“‘能源危机’是人类当前面临的最大挑战,而新能源材料与器件就是破解‘能源危机与环境问题’的一把金钥匙。”林双燕说。

2014年,林双燕从中国科学院大学博士毕业,执教于哈尔滨师范大学,在讲授基础化学课程的同时,科研方向瞄准了新能源材料与器件——纳米材料在新能源领域的应用,主攻超级电容器——一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件。

谈及超级电容器的优点,林双燕兴致勃勃地介绍说,超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、可快速充放电、环境友好等优势(极短的充电时间几分钟甚至几十秒,循环可达100万次的超长寿命),可部分替代传统的化学电池,比传统的化学电池应用更广泛,已从最初的电子设备领域扩展到新能源汽车、轨道交通、新能源发电、工程机械等诸多能源领域。

从事新能源材料研究,这与她读博期间的科研工作完全是两个领域。当年就读于中科院稀土资源利用国家重点实验室,她曾有一项研究成果发表在Wil ey的化学领域著名期刊《Angew.chem.Int.Ed.》上。而今,研究方向的转换对她来说是一件极其困难的事情。

“只要是为国家的科研事业做贡献,为人类造福,任何方向都可以重新学习。”她多次在内心这样鼓励自己。

自费进修探索超级电容器奥秘

然而,在科学的道路上没有平坦的大路可走,林双燕脚下的科研之路充满崎岖、坎坷。其中,超级电容器较低的能量密度限制其广泛应用的问题,一直萦绕在林双燕的脑海中,挥之不去。

如何提升能量密度,在传统锂电池和新型超级电容器之间找到一个平衡最优点,这一问题犹如横亘在她面前的一座大山,难以跨越。在那段日子里,她调研大量的文献,将自己埋在了文献堆里。后来电脑看多了眼睛出了问题,就把文献打印出来看。打印的文献在家里积成了堆,文献中做满了笔记。由于各个实验室的实验条件、材料都不尽相同,文献中的实验方案在她这里往往不能够重现,林双燕通过不断的尝试,大量的调研,亲自调整实验参数,最终总结了一套不同的方案实现了材料性能的提升。“关键技术别人是不会给你的,也不可能买到,只有通过自己的努力来研发。”林双燕说。

此外,超级电容器研究领域内的整体标准较为模糊、储能机理不明确等问题,也在很大程度上限制了超级电容器的研究发展。“尤其是关于超级电容器的性能评定标准不统一。”林双燕说。

但性格坚毅的林双燕没有放弃,她坚信“有心人天不负,有志者事竟成”。

刚开始接触超级电容器研究领域时,林双燕经常一天一天地泡在实验室。超级电容器研究,材料的制备只是一部分工作,器件的加工往往影响更大,为了让自己早日掌握其中的奥秘,进一步提升自身的专业能力,进行更深入的研究,她曾经自费去北京大学进修半年。

寒来暑往、斗转星移,她废寝忘食、刻苦攻关,终于成功闯入了超级电容器领域,发表的第一篇本领域论文,很快就成为热点论文。这篇论文中利用了MXene这一新型材料,在提高负载量的同时,能够保持优异的性能,这一结果与国际前沿的最高性能接近一致。面对业界的认可和赞许,林双燕的眼睛湿润了,想想付出的努力终于有了回报,心中也很有成就感。

探索的欲望推动她执着前行

“做基础研究,其实起初就不知道未来会怎样。这是个全新的领域,不知道结果,不知道过程,甚至不知道该怎样着手。但一旦成功了,这就是全新的成果,总比跟踪和重复别人的研究要好。”林双燕与记者交流说。

“会枯燥吗?”记者问。

“当然不。基础研究,是在已知的自然界旁边,去不断拓展人类的认知范围,那种探索人类未知的欲望,会让你心甘情愿静下来挖掘,并且甘之如饴。成功了固然有成功的喜悦,失败了也无妨,那种探索的欲望始终会推着你往前走。”

“科研需要不断创新,我经常鼓励学生做创新实验。日本厨师发现将牛油果加上芥末竟然有了三文鱼的味道,我们在实验中也尝试了这样混搭的‘戏法’——给纳米材料穿上一层氮化钛的外衣,尽管这层薄薄的外衣只有几纳米那么厚,却足以改变其电极的性能。这样大胆的想象可能让超级电容器的电极材料又多了一位优质成员。”

无奋斗,不青春。从本科读内蒙古师范大学、硕士读长春理工大学、博士读中科院大学,到走上工作岗位,林双燕一直心怀奋斗理想,执着前行。在长春读书6年,她有时间就泡在实验室里。在哈师大执教这些年,她每天7时来到学校,上完课就去实验室,还要给学生改论文,22时左右才回家,回家则要继续带孩子。因为休息不好得了干眼症。她没有周末,加班是常态。

林双燕说她非常热爱化学,因为做化学实验反应结果永远是未知的。“读博士期间做一种晶体实验,那晶体在阳光下透明得像钻石一样,特别漂亮。”说话间,她的眼神显得那么清澈、明亮,像美丽的水晶熠熠发光。

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