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绘制光谱仪微型化“全景图” 把心路写进实验记录本

绘制光谱仪微型化“全景图” 把心路写进实验记录本
2021-12-09 08:38:27 来源:科技日报
咪乐|软件|直播|下载网址 “科技对拉动地方生产力能起到很大的作用。

走进浙江大学信息与电子工程学院智能传感所的百人计划研究员杨宗银的办公室,可以看到电路焊接平台上,电烙铁、电路板、各种零配件一应俱全,办公室俨然是一座实验室。

“回到浙大任教后,我对自己的办公室做了规划,圆了儿时的梦想。”杨宗银说,“很享受制作机械电路的过程,比打游戏有趣。”

继2019年在《科学》杂志刊发世界上最小光谱仪成果后,今年3月,杨宗银作为第一作者撰写的综述,又在线发表于《科学》。该文章首次系统性总结了光谱仪微型化的技术方案和发展历程,引起国际科学界高度关注。

150次失败后的成功 把心路写进实验记录本

光谱仪是测量光谱线中各个波长强度的设备,可以对物质成份和结构进行测知,广泛应用于科研、生产和生活中。比如一个苹果是否成熟、含糖量如何,通过光谱仪的“火眼金睛”就能一目了然。

杨宗银研制的世界上最小光谱仪,直径在一百微米以下,不到头发丝直径的一半。“这么小的尺寸很适合装进我们的手机中,将来或可通过拍摄进行食品安全和健康的监测。”他在谈及未来应用时说,“再过几个月,团队研制的微型高光谱成像样机就将面世。”

这样一个比头发丝直径还小的器件,杨宗银前前后后研究了8年。

攻读博士期间,杨宗银每天都是剑桥大学电子工程系实验楼最晚走的那个人,但每一次回寝前都对实验结果不甚满意。

“早起努力!”

“新idea明天试一下……又失败了。”

打开杨宗银的实验笔记,上面用英文密密麻麻写着各类实验优化的细节,但每天都有几句中文格外醒目。

“刚开始做实验是非常有新鲜感的,但是失败次数越多自己也会感到很无力。”他说,于是自己便在笔记中记下实验中的灵光一闪,或者勉励的话,“每天都期待好的结果,同时又期待新的一天快快到来。”

“当时就写了整整三大本笔记本。”杨宗银说,偶尔也会心灰意冷,但是内心的那份热爱总能驱使自己去找失败的原因再尝试一次。

2018年8月,历时3年,历经150次失败,实验终于成功,他的论文于第二年5月投稿《科学》杂志,7月便被接受。评审专家评价这个工作是“集合了世界上最先进的材料合成工艺,配上最高超的器件制作水准、实验技巧和巧妙的算法,是一个惊艳之作。”

荣誉随之而来,杨宗银获得了剑桥大学国际生全额奖学金和国家优秀自费留学特别优秀奖,还被选为剑桥大学国王学院研究员,是学院第一位华人研究员。

交叉与蜕变 兴趣是最好的老师

杨宗银这份愈挫愈勇的劲头,在他求学浙大期间就已经打下基础。

在浙大读硕士生的杨宗银,在世界上首次“生长”出了彩虹渐变的半导体纳米线。这种材料可以发出五颜六色的光,非常漂亮。这份光亮的背后是他近一万个小时不断试错改进的艰辛。

凭着兴趣与热爱,他在浙大学习时打开了一片新天地。在机械工程学院完成本科学业时,杨宗银就把机器人、机械设计等领域的各类竞赛都参加了一遍,乐在其中,还拿过全国大学生机械创新设计大赛一等奖。

浙江大学机械工程学院教授顾大强,在担任杨宗银导师期间,经常教导他“要用最巧妙的机构完成一件复杂的事情”。这种思维训练对杨宗银来说终身受益。

后来杨宗银被保送到浙大光电科学与工程学院攻读硕士。他回忆道:“交叉融合的求学经历为我后来研究提供了便利条件,当面临没有现成的设备时,可以直接自己做一个。”

“我从小就喜欢做点小发明,比如随着光照自动响的闹钟、光控灯,或者把家里收音机、闹钟等拆开,研究其中的机理。为此也没少挨父母批评。”杨宗银笑称。

在硕士期间,杨宗银除了生长出彩虹渐变半导体纳米线,还基于这种材料开发了世界最宽光谱可调谐激光器。就像收音机不同的调台,能够听到不同的节目,不同的激光波长能够对物质进行不同层面的探测。

读文献到写文献 绘制一个领域“藏宝图”

现如今,传统的光谱仪由于体积庞大已经无法满足日益发展的光谱检测技术的需求,然而,减小光谱仪的分光元件或探测器尺寸将导致光谱分辨率、灵敏度及动态范围显著下降。光谱仪的微型化是目前科技界面临的一项重大技术挑战。

回到浙大任职后,杨宗银的研究是将微型光谱仪进一步往应用端迈进。“光电技术终究还是要落实到百姓的实际应用中才更有意义”。其中,向全球科研探索者们展现微型光谱仪领域的“全景”也成为其工作计划之一。

杨宗银认为,只是把技术原理和研究进展介绍清楚是远远不够的,还要有全局观,用一个清晰的脉络把全文串起来。一篇好的文献综述,就是认识一个领域的主心骨,是一张“藏宝图”。

“我把整个领域几百篇文献捋了好几遍,了然于胸,最后像介绍老朋友一样把它们串起来讲。”杨宗银介绍,“在后续的修改中,我和另外几位合作者讨论了几十次,不厌其烦地对文章进行精雕细琢。记得我在准备文章图片的时候盯着屏幕好几天就为了不让它们有一点瑕疵。”

如何用好“藏宝图”?杨宗银也有自己的独家秘籍。担任博导的他,会给新生“打样”,面对面教学生如何读文献管理文献。“每读完一篇文献后,在软件里做个标签,这样日积月累,大量的文献就能理出一个脉络,后续根据这些标签迅速找到需要的文献。”

从前沿探究的坚持不懈,到带领学生探索的孜孜不倦。他还会手把手指导学生如何搭建和使用实验仪器,也乐在其中。“如果说,科研的成就感在于做出独创的贡献和价值,”杨宗银说,“那么带学生就是自我价值的延伸。”(洪恒飞 柯溢能 记者 江耘)

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