【名師訪談】清華材料學院李敬鋒：著眼當下，只爭朝夕

（李教授近照，由其本人提供)

近日，清華大學材料學院李敬鋒教授接受了材料人（www.cailiaoren.com）的采訪。李教授長期從事先進陶瓷材料研究，集中在熱電材料、壓電陶瓷與薄膜、功能梯度材料、微加工技術、陶瓷力學性能等方向。以下為采訪主要內容：

材料人：您是1980年上大學學金屬材料及熱處理專業的，是基于什么想法去選擇這么一個專業？

李老師：我當時是一個農村的孩子，其實什么都不懂。那個時候早已經恢復了高考，我是受了一個招生老師的影響。來我們學校招生的一個老師是搞材料的，我就填報了金屬材料及熱處理專業。

材料人：您去日本留學學的陶瓷，后來就一直在做陶瓷方面的研究。您是基于什么想法，選擇從事陶瓷這個大方向？

李老師：1983年畢業之前就參加了研究生考試，導師選擇了崔崑教授（1997年當選院士）。崔先生是我國合金鋼研究領域的大家，他那年有兩個出國研究生指標，我好像考了第一名，獲得了國家公派留學的研究生資格。當時出國研究生的專業方向是不能隨意改的，我報考了崔崑老師的研究生，是派到日本學習金屬材料的。我當時就在圖書館查到日本東北大學須藤一教授搞金屬材料很厲害，導師就填報了他。1985年10月15日到了仙臺見到須藤先生后，才知道他兩年多前就轉向研究氧化鋯陶瓷材料了。本來他收到我的申請材料后還給我寫了一封信說明了情況，但我沒有收到那封信。須藤先生還很負責，見到我還問我是否需要換導師，我看這個老師挺好的，且聽他介紹的氧化鋯陶瓷的一些研究內容和手法與金屬材料還挺相似，我就沒想換導師了。就這樣，從那時開始涉足陶瓷材料。后來，須藤先生退休后，把我介紹給渡邊龍三教授（粉末冶金、燒結理論、功能梯度材料專家）。我師從渡邊先生讀博士，研究碳化硅和氮化鋁固溶體復合材料。1991年獲得博士學位，在日本陶瓷公司工作一年后，又回到渡邊研究室工作了11年。

材料人：看您并不是一開始就做的壓電和熱電。您能介紹一下您三十多年的研究歷史嗎？

李老師：1985年到1991年的研究生期間主要研究結構陶瓷，1992年開始在日本東北大學工作后，尤其從97年晉升副教授后，研究方向有些調整，開始轉向壓電陶瓷和熱電材料。開始主要研究壓電陶瓷的微加工技術，并對MEMS（微機電系統）產生極大興趣，發展了壓電陶瓷微柱陣列的微加工技術，并開展了壓電陶瓷功能梯度復合材料研究。同時，從九十年代中期起，熱電材料也逐步成為渡邊研究室的一個重要研究方向，我們還承擔了大型科研項目，因此，本人也開始接觸熱電材料研究，并于99年申請到日本文部省的一項有關熱電材料及其微器件的重點研究項目。2002年回國后至今，一直就圍繞壓電和熱電材料開展研究工作，包括這兩類材料的面向MEMS應用的微加工技術。在清華剛開始建立實驗室時，條件非常有限，但也想做一些與MEMS相關的研究。因為壓電薄膜與MEMS結合緊密，就在溶膠-凝膠法制備壓電陶瓷薄膜方面下了一些功夫，一直堅持到現在，但是投入的力量并不多。其實，關于壓電材料的研究主要集中在無鉛壓電陶瓷方面，熱電材料研究則堅持納米復合和新熱電材料探索以及微型器件等方向。這些研究獲得了國家科研項目和清華大學-豐田研究中心的大力支持。

材料人：對于壓電、熱電材料研究，您覺得未來還有什么值得探索的問題？

李老師：壓電的話，應該是清華材料學院陶瓷重點實驗室很重要的一個方向。我認為壓電是經久不衰的課題，科學內涵極其豐富，應用非常廣泛。陶瓷重點實驗室不少課題組從事相關研究，李龍土院士、張孝文教授、桂治輪教授等老一輩學者為我們打下了很好的基礎。目前，壓電陶瓷的無鉛化技術當然是一個非常值得大力研究的課題，我們課題組也在無鉛壓電陶瓷研究方面取得點滴成績。但是，相比鉛基壓電陶瓷，無鉛壓電陶瓷還有很多基礎科學問題和關鍵技術問題需要研究。鈮酸鉀鈉是一個被非常看好的無鉛壓電陶瓷體系，但是其性能穩定性有待提高，而且其工藝敏感性也太強。近年來，壓電材料除了傳統應用領域外，在能量收集方面的應用也受到極大關注。我認為，對于新應用技術研發，應該首先考慮使用無鉛壓電材料。

對于熱電材料，其實研究也有很長歷史，但近20年來的進展非常顯著，尤其跨學科研究越來越受關注。熱電材料研究的關鍵是如何實現電學和熱學性能的解耦調控，其復雜程度相比壓電材料其實是有過之而無不及。提高熱電優值（ZT值）是熱電材料研究的永久課題，這對碲化鉍和碲化鉛等傳統熱電材料尤其重要，但同時探索新熱電化合物也是近幾年來的熱點。另外，器件技術對于熱電發電應用至關重要，有很多工藝性問題需要研究。

材料人：看您還申請了很多專利，如果熱電、壓電材料要產業化應用的話，您覺著有哪些挑戰？

李老師： 壓電的話，主要是無鉛壓電的產業化，要實現無鉛壓電的話有兩個方面的要求：1、工藝相對穩定，壓電性能要高，但是成本不要太高；2、環保意識越來越強，立法也越來越嚴格，要滿足環境友好的相關指標，比如歐盟推出的RoHS指令（關于限制在電子電器設備中使用某些有害成分的指令）等。其實，最近十多年的研究進展還是比較明顯的，我們也注意到近期RoHS指令可能會對鉛基壓電陶瓷的使用會更加嚴格。

目前熱電材料的產業化沒有壓電那么大，但在制冷方面已經得到很多的應用，而且發展勢頭很好，比如冰箱、紅酒柜、局部控溫系統等等。在發電方面，產業化的前景非常好，但還有不少挑戰的地方。重點是如何實現中低溫（比如說150℃-250℃）低品位熱源的熱電發電，比如回收汽車廢熱、工業廢熱進行熱電發電。

材料人：材料人致力于幫助材料領域人才成長，您能不能給提一下材料科研領域人才的一些建議或者意見。

李老師：對研究生招生的硬性要求就是，要對研究有熱情，有活力，英語水平要比較好，溝通能力較好；

而對于年輕的科研工作者來說，就是：只爭朝夕，干好該干的。不管喜不喜歡這份職業，一旦選擇了，就要在當下的階段干好自己該干的。

材料人：聽說李老師您這邊創辦了一個名為Journal of Materiomics的期刊，您能簡單介紹一下么

李老師：很高興您提到這個期刊，希望也借你們的平臺宣傳一下。Journal of Materiomics（正式縮寫為J. Materiomics，簡稱JMAT）是由中國硅酸鹽學會創辦的，由Elsevier（愛思維爾）出版的材料類綜合學術刊物。Materiomics是一個比較新的詞，是材料組學的意思，為了便于交流，這個期刊的中文名也可以叫做“材料學學報”。JMAT是去年創刊的，目前是季刊。很欣慰的是，在國內外同行的大力支持下，JMAT成長勢頭良好。我們力爭把它辦成源自中國的高影響力國際期刊，希望材料界的朋友們多關注和支持（http://www.journals.elsevier.com/journal-of-materiomics/）。

李敬鋒教授個人介紹

李敬鋒，教育部“長江學者”特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，清華大學材料學院副院長，材料學院新能源材料研究所所長。1984年畢業于華中科技大學并由政府公派日本留學，分別于88年和91年獲得日本東北大學材料系碩士和博士學位，92至02年任日本東北大學助理教授(92-97)和副教授(97-02)，02年回國任清華大學教授。

學術兼職

李敬鋒教授還擔任Journal of Materiomics和Journal of Chinese Ceramic Society主編、『硅酸鹽學報』副主編、以及NPG Asia Materials、Journal of Asian Ceramic Societies、Journal of Advanced Ceramics、Rare Metals、Energy Harvesting and Systems、『無機材料學報』等多個國際期刊編委。現任中國材料學會理事及熱電材料與應用分會副主任，中國硅酸鹽學會理事和薄膜與涂層分會副理事長，中國微納米技術學會理事，功能梯度材料國際顧問委員會委員，IEEE-UFFC 協會鐵電委員會委員等學術職務。

學術成果及獲得榮譽

李教授長期從事先進陶瓷材料研究，集中在熱電材料、壓電陶瓷與薄膜、功能梯度材料、微加工技術、陶瓷力學性能等方向。至今為止發表SCI論文352篇（H因子48），入選愛思維爾評選的2014和2015年度材料科學領域中國高被引學者榜單，獲國內外授權發明專利25項，主編『新材料概念』和『新能源材料及其應用技術』，在國際會議上做大會報告/特邀報告60余次。曾獲日本金屬學會青年研究學者獎、日本原田研究獎、北京市科學技術獎（三等）、Journal of the American Ceramic Society的Outstanding Author Loyalty Award等獎勵和榮譽。

主要論文

【1】J.-F. Li, K. Wang, F.-Y. Zhu, L.-Q. Cheng and F.-Z. Yao, (K, Na)NbO₃-Based Lead-Free Piezoceramics: Fundamental Aspects, Processing Technologies and Remaining Challenges, Journal of the American Ceramic Society, 96 (2013)3677-3696. (Feature/Review article, cover page)

【2】J.-F. Li, W. S. Liu, L.-D. Zhao, M. Zhou, High-performance nanostructured thermoelectric materials, NPG Asia Materials, 2 (2010) 152-158. (Review article).

【3】T.-R. Wei, G. Tan, X. Zhang, C.-F. Wu, J.-F. Li, V. P. Dravid, G. J. Snyder, M. G. Kanatzidis, Distinct Impact of Alkali-Ion Doping on Electrical Transport Properties of Thermoelectric p-type Polycrystalline SnSe, Journal of the American Chemical Society, 138(2016)8875-8882.

【4】Y. Pan, J.-F. Li, Thermoelectric performance enhancement in n-type Bi₂(TeSe)₃ alloys owing to nanoscale inhomogeneity combined with a spark plasma textured-microstructure, NPG Asia Materials, 8(2016)e275

【5】J. H. Li, Q. Tan, J.-F. Li, et. al., BiSbTe-Based Nanocomposites with High ZT: The SiC Nanodispersion on Thermoelectric Properties, Advanced Functional Materials, 23 (2013) 4317-4323.

【6】K. Wang, J.-F. Li, Domain Engineering of Lead-free Li-modified (K, Na)NbO₃ Polycrystals with Highly Enhanced Piezoelectricity, Advanced Functional Materials, 20(2010) 1924-1929.

【7】Z.-X. Zhu, J.-F. Li, Y. Y. Liu, J. Y. Li, Shifting of morphotropic phase boundary and superior piezoelectric response in Nb-doped Pb(Zr,Ti)O₃ epitaxial thin films, Acta Materialia, 57 (2009) 4288–4295.

【8】M. Zhou, J.-F. Li, T. Kita, Nanostructured AgPb_mSbTe_m+2 system bulk materials with enhanced thermoelectric performance, Journal of the American Chemical Society, 130 (2008) 4527-4532.

【9】J.-F. Li, K. Wang, B. P. Zhang, L. M. Zhang, Ferroelectric and piezoelectric properties of fine-grained Na_0.5K_0.5NbO₃ lead-free piezoelectric ceramics prepared by spark plasma sintering, Journal of the American Ceramic Society 89 (2006) 706.

【10】W. Gong, J.-F. Li, C.-E Peng, Z. Gui and L. T. Li, In-Plane Aligned Pb(Zr, Ti)O₃ Microbelts Fabricated by Near Migration and Restricted Growth, Advanced Materials, 17 (2005)1952-1956.