李文博

2018年5月，芬蘭技術(shù)學(xué)會(huì)宣布將“千年技術(shù)獎(jiǎng)”授予芬蘭物理學(xué)家圖奧莫·松托拉，以表彰他研發(fā)了在信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的原子層沉積技術(shù)。

原子層沉積技術(shù)可以將物質(zhì)以單原子膜形式一層一層鍍?cè)诨妆砻?，在許多高科技領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。當(dāng)前，幾乎所有的計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)中都會(huì)使用通過(guò)原子層沉積技術(shù)制成的薄膜元件。不僅如此，原子層沉積技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)也引起了其他領(lǐng)域的重視，且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于如光伏太陽(yáng)能板、光學(xué)鏡頭鍍膜、柔性電子、新能源電池、航空航天等相關(guān)領(lǐng)域中，并已初步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化論證。目前，武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院研究員李照東正致力于研究其沉積過(guò)程中的原子結(jié)晶行為，并將其應(yīng)用于界面調(diào)控及綠色能源轉(zhuǎn)化器件，他期待原子層沉積技術(shù)在未來(lái)發(fā)揮出更大的作用。

探索——從物理出發(fā)

少年時(shí)，李照東就對(duì)物理有著濃厚的興趣，他第一次參加全國(guó)奧林匹克物理競(jìng)賽時(shí)就拿過(guò)獎(jiǎng)。高考填寫志愿時(shí)，他也是立足于自己的興趣，選擇了天津大學(xué)應(yīng)用物理專業(yè)。在李照東的理解里，應(yīng)用物理就是將物理的知識(shí)服務(wù)于社會(huì)?！耙?yàn)閺男】催^(guò)的科學(xué)家故事里，我最喜歡發(fā)明家的故事，所以發(fā)明和應(yīng)用更符合我的興趣?！痹诖撕蟮慕?0年間，緣起于對(duì)物理世界的好奇心，李照東開啟了他的探索之路。

大三時(shí)，李照東有幸參與了全國(guó)第一屆國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目，跟著老師進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，他對(duì)科研產(chǎn)生了濃厚的興趣?！拔疫€記得，大三時(shí)跟著劉昌龍老師研究在退火情況下離子注入納米顆粒的演化，這是我第一次接觸到納米和熱物理過(guò)程。現(xiàn)在想想，這個(gè)經(jīng)歷對(duì)我影響很深遠(yuǎn)，因?yàn)槲医裉煅芯康脑訉映练e也是一個(gè)熱物理過(guò)程?！边@樣的經(jīng)歷促使李照東在本科畢業(yè)后，選擇了繼續(xù)深造學(xué)習(xí)。

2009年秋天，李照東踏上飛往美國(guó)路易斯安娜州的飛機(jī)，開始了在異國(guó)他鄉(xiāng)的求學(xué)之路。碩士期間，李照東讀的是材料物理，接觸到了用來(lái)制備納米材料的化學(xué)氣相沉積（Chemical?Vapor?Deposition，簡(jiǎn)稱CVD）技術(shù)?！按T士讀完的時(shí)候，我在科研領(lǐng)域已經(jīng)有了一定時(shí)間的訓(xùn)練，那個(gè)時(shí)候有一種非常強(qiáng)烈的渴求，我得再學(xué)些什么，再了解些什么?！贝T士畢業(yè)后，李照東申請(qǐng)了美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的材料工程專業(yè)，在王旭東教授課題組攻讀博士。

這是一個(gè)研究不斷深入的過(guò)程，而隨著研究的不斷深入，李照東與原子層沉積（Atomic?Layer?Deposition，簡(jiǎn)稱ALD）的接觸也越深。ALD是一種基于有序、表面自飽和反應(yīng)的化學(xué)氣相薄膜沉積方法。通俗來(lái)說(shuō)，可以將一層層亞納米厚的薄膜均勻地“包”在物體表面。這種能夠?qū)⒏鞣N功能材料在亞納米尺度上實(shí)現(xiàn)均勻包覆的技術(shù)，很好地解決了目前功能器件中的缺陷和均勻性的問(wèn)題，也是一種精確可控的薄膜生長(zhǎng)技術(shù)。

博士期間，李照東的主要工作是ALD和CVD的生長(zhǎng)機(jī)理與模式革新，以及實(shí)驗(yàn)室ALD和CVD系統(tǒng)的搭建和維護(hù)?！拔也还庾鲅芯?，還開始做一些設(shè)備的設(shè)計(jì)搭建和維修的工作，科研習(xí)慣也從單純的書本和文獻(xiàn)上的科學(xué)問(wèn)題拓展到實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題?！崩钫諙|說(shuō)，這是一個(gè)非常有意義的科學(xué)訓(xùn)練，這個(gè)訓(xùn)練讓他從最基本的部件單元開始了解儀器的系統(tǒng)，相當(dāng)于軍人練習(xí)組裝槍支，從它的骨架構(gòu)造開始了解，“所以我可以從結(jié)構(gòu)單元上了解儀器本身的設(shè)計(jì)原理，并且進(jìn)行改造升級(jí)，一旦一起出現(xiàn)問(wèn)題，我也知道如何去修理它，這是一個(gè)從理論到實(shí)踐的訓(xùn)練”。

李照東與美國(guó)農(nóng)業(yè)部林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家合作，將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中。在所有納米結(jié)構(gòu)的3D形態(tài)中，纖維素納米纖維（Cellulose?Nanofibers，簡(jiǎn)稱CNF）因其豐富、低成本、可降解性和生物相容性而在納米制造中受到越來(lái)越多的關(guān)注。李照東利用從木材中提取的CNF作為模板，對(duì)沉積二氧化鈦（TiO2）薄膜材料進(jìn)行高效的光電化學(xué)水分解。

利用CNF薄膜優(yōu)異的親水性能，李照東開發(fā)出了一種毛細(xì)管光電化學(xué)（Photoelectrochemical，簡(jiǎn)稱PEC）裝置，用于在電解質(zhì)體外部進(jìn)行水分解反應(yīng)。他將活性二氧化鈦納米管光陽(yáng)極原位合成于導(dǎo)電基板上并用環(huán)氧樹脂封裝，在中心留下暴露區(qū)域，光陽(yáng)極的底部與CNF薄膜接觸。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，光陽(yáng)極放置在電解液之外，由于CNF優(yōu)異的親水性，毛細(xì)作用力可以將電解液快速、持續(xù)地“吸”到光陽(yáng)極表面，從而避免了電解液對(duì)光能的吸收損耗，并且增加了反應(yīng)動(dòng)能，從而使光解水產(chǎn)氫的效率大幅提高。

以上研究成果，李照東以《納米纖維素模板制造二氧化鈦光陽(yáng)極用于高效毛細(xì)法光電化學(xué)水分解制氫（Highly-Efficient?Capillary?Photoelectrochemical?Water?Splitting?Using?Cellulose?Nanofiber-Templated?TiO2?Photoanode）》為題發(fā)表在材料領(lǐng)域期刊《先進(jìn)材料》（Advanced?Materials）上?！斑@是我博士階段發(fā)的第一篇文章，它解決了一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題，這讓我非常有成就感?！崩钫諙|開心地回憶道。

沉浸——不忘初心，方得始終

博士畢業(yè)后，李照東在美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院進(jìn)行博士后的研究工作。在此工作期間，他革新了ALD前驅(qū)體種類與穩(wěn)壓供給技術(shù)，突破了二維材料共形包覆三維微納結(jié)構(gòu)的難點(diǎn)，大幅提高了過(guò)渡金屬硫化物鋰離子電池電極嵌/脫鋰的穩(wěn)定性。

李照東利用固體的無(wú)機(jī)硫（S）與四氯化鈦（TiCl4）作為ALD前驅(qū)體，實(shí)現(xiàn)高溫下的多晶二維硫化鈦（TiS2）合成，同時(shí)設(shè)計(jì)了固相硫熔化與氣相硫注入的關(guān)聯(lián)控制系統(tǒng)，利用系統(tǒng)壓強(qiáng)變化脈沖（ΔP）反饋控制硫的熔化溫度，系統(tǒng)解決了ALD固體前驅(qū)體因蒸氣壓低造成的注入量不穩(wěn)定問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)深入的實(shí)驗(yàn)觀察與性能檢測(cè)研究，李照東發(fā)現(xiàn)與TiS2共形包覆結(jié)構(gòu)相似的三維微納硫化釩（VS2）鋰離子電池電極，可以有效保持高鋰離子擴(kuò)散率與電導(dǎo)率，同時(shí)吸收鋰離子出入電極晶格引起的應(yīng)力突變，電極結(jié)構(gòu)在嵌脫鋰下保持穩(wěn)定，容量保持率提升1.5倍（400個(gè)充放電周期）。在這一研究工作中，李照東完成全部CVD、ALD材料合成探索及參數(shù)優(yōu)化。以上研究成果，發(fā)表在《自然·通訊》（Nature?Communication）上。

此時(shí)的李照東，已經(jīng)在美國(guó)的高校進(jìn)行了近10年的科學(xué)研究，他對(duì)從未接觸過(guò)的美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室十分好奇。因此，李照東在結(jié)束了倫斯勒理工學(xué)院的博士后研究項(xiàng)目后，入職美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室，開展新的研究工作。

在美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的3年時(shí)間里，李照東在二維材料領(lǐng)域開展了一系列氣相合成及材料應(yīng)用拓展方面的創(chuàng)新性工作，并且在綠色新能源轉(zhuǎn)化、碳中和研究領(lǐng)域取得了豐富的成果。僅2021年一年，李照東在領(lǐng)域內(nèi)期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy?&?Environmental?Science）上發(fā)表了2篇論文。除此之外，他還在新能源儲(chǔ)存催化方面發(fā)表了7篇論文，并兩次獲得美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室材料化學(xué)與計(jì)算科學(xué)部年度杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。

在這個(gè)過(guò)程中，李照東也切身體會(huì)到了美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)高校在科研管理和科研目標(biāo)方面的差異。“不同于高校對(duì)于新發(fā)現(xiàn)的發(fā)散性探索，在國(guó)家實(shí)驗(yàn)室里，它的每個(gè)科研項(xiàng)目都有明確的目標(biāo)，每一個(gè)項(xiàng)目里科研人員都要根據(jù)目標(biāo)開展工作，并在計(jì)劃的時(shí)間點(diǎn)完成并總結(jié)，以保證整個(gè)項(xiàng)目能達(dá)到既定目標(biāo)?！崩钫諙|如此解釋道。

2020年，是新冠肺炎疫情非常嚴(yán)重的一年，李照東手上的研究工作卻沒(méi)有停擺，他每天早上依舊準(zhǔn)時(shí)去實(shí)驗(yàn)室報(bào)到?！拔覀儗?shí)驗(yàn)室的管理還是比較嚴(yán)格的，通過(guò)網(wǎng)上系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)約，每個(gè)時(shí)間段只能有一個(gè)人在工作，盡可能減少被感染的風(fēng)險(xiǎn)?！崩钫諙|說(shuō)，科學(xué)研究是不會(huì)因?yàn)橐咔槎Ｏ履_步的，所以他希望能利用這段時(shí)間做更多的研究積累，為之后回國(guó)做準(zhǔn)備。

2022年4月，李照東回國(guó)到武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院擔(dān)任博士生導(dǎo)師和研究員。李照東坦言，做科研是一個(gè)不斷攀登高峰的過(guò)程，只有真正掌握了知識(shí)和技術(shù)，才能成為獨(dú)當(dāng)一面的科研工作者。“我覺(jué)得歷練到位了，這十幾年的海外之旅才不算浪費(fèi)?！边@是他最終選擇回國(guó)進(jìn)高校做科研的原因。

信心——原子層沉積的新未來(lái)

在物理的世界里，李照東收獲了很多，他真切地感受著科學(xué)研究的重要意義，也從每個(gè)階段的導(dǎo)師身上體會(huì)到有恩師指引前行的珍貴。

李照東在大學(xué)時(shí)，跟著劉昌龍老師做過(guò)許多物理的實(shí)驗(yàn)，第一次感受到文獻(xiàn)的魅力。讀博時(shí)，他在美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校王旭東老師的指導(dǎo)下第一次以實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向做研究，了解儀器和系統(tǒng)的維護(hù)和搭建后去解決相應(yīng)的問(wèn)題。做博士后時(shí)，王國(guó)慶老師增強(qiáng)了他解決問(wèn)題的能力，教他如何寫出更優(yōu)的方案，如何去做實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，規(guī)避實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)發(fā)生的危險(xiǎn)?！斑@些經(jīng)歷是一個(gè)很好的科研培訓(xùn)，是我之后需要傳遞給學(xué)生的寶貴經(jīng)驗(yàn)?！崩钫諙|如是說(shuō)道。

在王國(guó)慶老師的實(shí)驗(yàn)室里，有一個(gè)柜子被李照東稱為“靈感之柜”，柜子里有好多以前學(xué)生留下的奇形怪狀的設(shè)備、零件，“我看著柜子里的零件，腦海里經(jīng)常冒出許多的奇思妙想。之前做過(guò)的一個(gè)項(xiàng)目，就是在‘靈感之柜’里找到的靈感，最終完成了實(shí)驗(yàn)”。這樣的場(chǎng)景總會(huì)讓李照東想起小時(shí)候在陽(yáng)臺(tái)上翻爸爸的工具箱，那是值得他永遠(yuǎn)回味的童年樂(lè)趣。

走在探索無(wú)止境的科研道路上，李照東遇到過(guò)很多的困難和失敗。面對(duì)失敗時(shí)，他卻有別樣的一番感悟。“我的師兄跟我說(shuō)，失敗是盲人走進(jìn)一個(gè)房間，他把房間里所有的墻角都摸出來(lái)，雖然可能是無(wú)用功，但卻了解了房間的大致空間，盲人也就知道了自己站在哪里，下一次就能走到正確的位置上，找到通向成功的道路?！闭蛉绱耍钫諙|從不害怕失敗，因?yàn)樗雷约弘x成功不遠(yuǎn)了。

從2022年4月正式任職至今只有幾個(gè)月的時(shí)間，李照東還在慢慢適應(yīng)和探索國(guó)內(nèi)的科研生活。“我所在的團(tuán)隊(duì)里年輕人特別多，老中青三代科研工作者結(jié)合得非常好。我向年長(zhǎng)的老師學(xué)習(xí)請(qǐng)教，和年輕的老師互相鼓勵(lì)進(jìn)步，我們相處得非常愉快?！边@是李照東非常喜歡的一種狀態(tài)。

作為一名老師，李照東希望自己的學(xué)生不怕困難，不輕易沮喪，并且樂(lè)于通過(guò)科學(xué)研究去做一些有挑戰(zhàn)的事，不以純功利主義去做研究，而是不忘初心，永遠(yuǎn)記住自己選擇科研道路的初衷?！拔視?huì)從科研習(xí)慣、批判性思維、動(dòng)手能力、數(shù)據(jù)分析收集能力、資源整合能力、解決問(wèn)題的能力、語(yǔ)言表達(dá)能力和學(xué)生指導(dǎo)的能力這幾個(gè)方面來(lái)培養(yǎng)我的學(xué)生?！彼Ｍ麑W(xué)生能夠全面發(fā)展，在科研的道路上越走越遠(yuǎn)，并且能在不遠(yuǎn)的將來(lái)培養(yǎng)更多的學(xué)生，為祖國(guó)的科研事業(yè)貢獻(xiàn)新的力量。

面向未來(lái)，李照東將延續(xù)之前在國(guó)外的研究方向，開展原子級(jí)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)精確調(diào)控ALD材料結(jié)晶的研究工作，推動(dòng)先進(jìn)ALD裝備和能源技術(shù)開發(fā)與材料合成技術(shù)深度融合?！拔业哪繕?biāo)是進(jìn)行氣相沉積技術(shù)模式與裝備的革新，并通過(guò)機(jī)理調(diào)控開發(fā)出一些新的材料，應(yīng)用于新能源領(lǐng)域?！蓖瑫r(shí)，面對(duì)國(guó)家提出的碳達(dá)峰和碳中和戰(zhàn)略，李照東也希望結(jié)合自己的所學(xué)，為國(guó)家貢獻(xiàn)綿薄之力。

（責(zé)編：蘇寒山）