无限风光在险峰 － 国家自然科学基金助姚熹登顶铁电陶瓷研究高峰

2016年3月28日是《中国科学报》第六版

        又是一年春来到，西安交大姚熹院士团队“弛豫铁电体的微畴-宏畴理论体系及其相关材料的高性能化”项目获得2015年度国家自然科学奖二等奖。
        弛豫铁电材料是电子技术领域重要的功能性材料，在电子通信、生物医学、航空航天、国防科技等高新技术产业和国防装备等领域具有广泛应用。院士姚熹课题组在国际上首创的弛豫铁电体的“微畴—宏畴转变”理论，并成功研发出用于国防装备的高性能弛豫铁电单晶和陶瓷材料及其器件，对理解复杂介电行为的起源，并大幅提高其性能作出了突出贡献。
        “微畴—宏畴转变”理论的提出极大地推动了国际上铁电领域的学术进展，产生了广泛的学术影响，被国际上广泛公认为弛豫铁电体理论之一，被写入铁电物理学经典专著与教材。
        事实上，这项殊荣的获得并非偶然的。这背后有姚熹不同凡响的科学人生，也有多项国家自然科学基金重大项目和重点项目的及时支持。
        西渡东归写就传奇
        在著名的美国宾州州立大学，有这样一条规定：所有的国际留学生参加入学考试时，必须要考查除母语之外的两门外语。直到1979年，它为了一个中国人改变了规则。
        那是1979年底，姚熹带着自己编写的60万字的《无机电介质》来到了宾州州立大学材料研究所，研究所的专家和老师全都为之惊叹不已，非常想让姚熹留下来从事电介质材料的研究。但是姚熹的外语底子相对薄弱，为此，学校专门为姚熹改变了规则：中文可以成为学校承认的留学生入学考试外语种类。就这样，中文成为了留学生考取宾州州立大学的一项重要项目，而姚熹成为了之后很长一段时间学校中文考试的出题人。
        弛豫铁电体的发现和研究始于20世纪50年代中期。
        姚熹自上世纪50年代末就在西安交大开始了铁电陶瓷的研究工作，是我国在铁电陶瓷研究方面的主要奠基人之一，并被国内外同行看成是我国在这一领域的学术带头人和代表。
        1960年至1965年期间，姚熹与苏美等国科学家大体同步地研究了钛酸锶铋陶瓷的介电行为与极化弛豫现象，提出了铁电现象可能与晶体中的缺陷和离子型极化弛豫有关。
        1982年，姚熹在美国做博士后研究时，从司空见惯的介电温谱的细微变化中发现了一种新的反常弥散，提出了在化学组成复杂的铁电体中存在着线度为数十纳米的极性微畴，这种微畴在偏置电场作用下可以通过热激活转变为通常的铁电畴，并将这种转变称之为“微畴—宏畴转变”。他也因此广受关注，被称赞为“最富有创造性的、极其勤奋的学者”。
        他用一年零十个月的时间取得宾西法尼亚州立大学固态科学博士学位，成为该校获此专业学位用时最短的一位学生，也是改革开放以来第一位在美国获得博士学位的中国学者。
        因其对铌酸锂双晶研究所作出的贡献，他获得美国施乐公司颁发的Xerox奖。1983年，载誉而归的姚院士开启了他为祖国的科学事业呕心奋战的新征程。他在功能陶瓷研究领域中大胆探索，提出了一系列富有创造性的理论观点和方法，取得开拓性的成就；他在透明电光陶瓷的研究中进一步完善了微畴与宏畴转变理论，为形成新的电子陶瓷材料及器件提供了理论基础，研发的产品已用于新型鱼雷声制导基阵、低频大功率声呐和战略武器脉冲电源等国防尖端装备研制，带领我国电介质研究走在世界前沿，实现了我国在这一领域从追随者到引领者的跨越历程。
        此后，姚熹又在实验中发现了弛豫型铁电体微畴—宏畴转变的明确证据，经过反复试验、研究建立了弛豫铁电体“微畴—宏畴转变”理论，解决了世界各国科学家们长期关注却一直未能解决的一个有关铁电陶瓷领域的难题。1985年由于他所发现的晶粒压电共振现象获得美国陶瓷学会的Ross-Coffin-Purdy奖。1991年他当选为中国科学院院士，后来又当选为美国工程院外籍院士。
        经过几十年的长期研究，姚熹团队还建立了弛豫铁电体微畴动力学的“新玻璃模型”，突破了描述弛豫铁电体微畴冻结行为的玻璃模型的局限，发展出适用于多种介质类型的弛豫极化统一模型，使得“新玻璃模型”成为可定量描述弛豫铁电体扩散相变动力过程的统一模型。同时，基于“微畴—宏畴”的理论思想，团队发现了弛豫铁电单晶/陶瓷材料高性能化的物理机制，提出了调控畴尺寸提高压电性能的方法，为大幅度提高单晶陶瓷材料及器件性能，拓宽使用温度范围开辟了新思路。西安交通大学国际电介质中心也因此成为国内外少数几个能够生长高性能弛豫铁电单晶的单位之一，其研发的单晶材料的压电性能比压电陶瓷高4~6倍，电质应变高电质应变高10倍，已经成功应用于国防尖端装备。
        国家“七五”“八五”和“九五”期间，他主持了多项国家自然科学基金重大项目和重点项目，担任了国家高技术新材料研究计划（“863”计划）专家委员会委员和无机功能材料方面的责任专家，主持了多项有关项目，发表学术论文550余篇，获准专利10余项。
        领军铁电陶瓷研究
        “国家不发展，哪里有我的机会。我只是在国家最需要的时候，在学术上起到了承前启后的作用。”姚熹在回顾自己的学术生涯时谦逊地说。
        姚熹于1985年开始筹建电子材料研究实验室。实验室于1988年被国家教委和国家计委批准为国家专业实验室，并被选定为全国重点学科发展计划的七个试点实验室之一，姚熹教授担任实验室主任。
        姚熹作为此领域的领军人，对本行业的发展有着很强的忧患意识和危机感。他认为，材料科学正在从经验走向科学，其科学性有待大大提高，要认真考虑如何与时俱进来发展电子陶瓷。
        姚熹自1958年迁校来到西安，在西安交大已经整整工作了58年。已是耋耄之年的姚熹早已将西北大地看成自己的第二故乡，从意气风发的青年成长为满头白发的院士，多少风和雨，都在笑谈中。
        他还拿出一个杯子招待客人，上面写着“西安交通大学建校110周年，迁校50周年纪念”。在他心里，西安交大永远都是自己放不下的家，这里有自己的青春，有自己最美好的回忆。
        姚熹团队及西安交大人，继往开来，坚持面向国家重大战略需求、国际学术前沿和国民经济建设主战场，正走在追寻高等教育事业发展的强国之梦的路上。