世界性的能源短缺和环境的污染已经成为制约经济社会发展的重要因素, 因此寻找新的能源或能源的再利用对科学家来说是一项非常紧迫的任务。
在可再生能源日益短缺及温室效应日趋恶劣的严峻形势下,Seebeck效应作为一种新的能源转化方式,可以有效地将日常生活及工业生产废热和不能被太阳能电池有效吸收的红外波段转化为亟需的电能,故而引起了科研工作者们的广泛关注。衡量热电材料能量转化效率的最重要的指标是其品质因子ZT(=S2σT/κ),如何提高材料的品质因子是热电科研工作者们普遍关注的问题?
热电材料就是一种环境友好的清洁能源材料,可将废热回收利用,且不需要CO2排放(温室效应的主因)。热电材料其具有尺寸小,质量轻,不需要传动部件,工作时无噪声、无环境污染,性能可靠,使用寿命长等优点受到广泛的关注。在深层空间航天器电源、移动式电源以及制冷等领域已经得到长期应用,在工业余热和汽车尾气发电以及微小温差发电方面具有重要和广阔的应用前景。
何佳清教授及其博士后、学生
何佳清教授1998年获得武汉大学物理学学士学位;2004年获得武汉大学和德国于利希研究中心联合培养的物理学博士学位,师从著名电子显微镜专家Knut Urban教授和王仁卉教授;博士毕业后2004-2012年先后在美国布鲁克海文国家实验室和美国西北大学工作。现为南方科技大学物理系教授。何佳清教授在SCI杂志上发表论文大约90篇,其中包括Nature等影响因子大于10的论文50篇。文章被引用超过3300次,H因子29。研究成果还被100多个传统新闻媒体和网络媒体报道或转载。何佳清教授曾多次在国际会议、国内外大学和研究所做特邀或口头学术报告,此外还受邀担任PRL等30多种国际上著名杂志的长期审稿人
南科大老资历教授,科研成果层出不穷
问:您在南科大工作已有一段时间,能谈谈您对南科大总体印象和感想吗?
何佳清:我在南科大工作已有两年半,总体感觉很不错,来南科大之前我在国内的传统大学工作过一年,深知中国高校体制的弊端,很多高校也在改革,但往往说得多,做得少。南科大的体制与美国的高校体制接近,以老师和学生为主体,弱行政化,不让行政代替学术。这种创新的体制让从国外回来的老师们更容易适应。目前南科大大部分教授都是从国外回来的,相对单纯,大家相互之间关系简单,相处融洽。刚来南科大的时候,我计划呆一年就回美国,但是南科大的工作环境这么好,深深地吸引着我,让我改变了当初的想法,到现在还没有想走的心。
问:您在南科大工作这几年,发表了多篇学术论文,想问问您能这么快出科研成果的主要因素有哪些?动力是什么?
何佳清:之所以能这么快不间断的出成果,我的优势可能是和国内外著名的实验室一直保持良好的关系和网络联系。当时南科大条件不成熟的时候,可以充分利用这些外部条件。这样我在工作上保持没有断层,一般老师可能来南科大之后需要重新建实验室,而且没有充分利用外部条件,造成了科研上的延误和断层。
另外在初创阶段,南科大给予了老师们很大的支持,包括政策方面,管理非常人性化,让老师们没有后顾之忧。例如科研人员的长期出国问题,在老体制高校是不可能实现的。
南科大的吸引力也是很强的,可以招到非常优秀的学生,比如从清华大学来的及其他重点高校的学生,他们辞掉原来稳定的工作,来到南科大,来到我们的实验室,和我们一起创业,做的非常不错。甚至一些在海外博士毕业的学生,冲着南科大的牌子,来这里做博士后研究,所以我们的科研成果是团队一起努力的结果。
问:您认为南科大的科研环境怎么样?
何佳清:科研环境应该包括硬件环境和软件环境。硬件条件来说,南科大目前实验条件已经达到国际一流,国内外很多专家学者来过我们的实验室参观,都给予了高度的认可。软件条件来说,如果和很成熟的学校来比肯定存在差距,但是南科大的发展速度是有目共睹的,想想两年前在老校区,甚至不如一家中学,两年的时间发展到现在的水平是相当不容易的。目前已经吸引了一批优秀的人才加入,但在人才引进方面还有发展空间。
关于未来规划,结合国家及地方政府重大需求,建立全面综合的物理系
问:您对南科大物理系的总体规划是什么样的?
何佳清:南科大物理系的总体规划,人员方面的规划:教授计划招50-60人,目前已有23人,主要研究方向凝聚态物理、材料物理、理论物理三方面。但是我们的规划是六个方面:凝聚态物理、材料物理、理论物理、生物物理、天体物理、粒子物理。所以今后教授引进的重点是其余三个研究方向上的。学生方面,每个团队(每个老师带领一个独立团队)里面有3-5名博士后,5-10名研究生,每届招收1名博士生,1-2名硕士研究生,共8-15人。按照学校的招生比,每个实验室安排1-2名本科生。另外需要工程师、实验员30-40人。
问:南科大物理系的建设有国外高校的追赶目标吗?
何佳清:目前南科大物理系设置的比较全面和综合,像国外很多大学一个物理学科就是独立的一个系,所以我们现在很难找到明确的追赶目标。
问:在物理系人才引进方面,您的规划和措施有哪些?
何佳清:在凝聚态物理、材料物理、理论物理方面已有23名教授,今后人才引进的主要目标是助理教授和副教授以上的高端人才;在天体物理、生物物理、粒子物理的人才引进方面着眼层次发展、阶梯人才,助理教授、副教授、教授都需要。规划每年引进5名,确保速度和质量并重。对于新引进的老师,我们会给予启动资金及经费方面、政策的倾斜,不会因为短暂的困难影响他们长远的发展。
问:在研究方向上,您希望重点发展哪些方向?为什么?
何佳清:研究的重点发展方向一定是满足国家发展及地方政府重大需求,结合新能源、新材料、环保、生物医药等方面,在学科交叉上发展,包括数学、物理、化学、生物、计算机等学科的系统工程。另一方面是鼓励、支持物理基础学科的研究,例如超导、拓扑绝缘体、自旋电子学等方面。
问:南科大物理系在近期、中期、远期的设想是什么?
何佳清:近期的目标3-5年完成学科布局;中期的目标5-8年发展成为在国内有相当影响力的物理系;远期目标8-15年发展成为在国际上有一定影响力的物理系。
关于本科生培养,优势明显,着重激发兴趣点,培养自学能力,提倡创新
问:在学生培养方面,您的规划和措施有哪些?
何佳清:在学生培养方面,我们会安排有丰富经验的教授给学生授课,激发学生的兴趣。南科大的办学特色前两年不分专业,目的就是让学生寻找自己的兴趣点。另外就是培养学生的自学能力,充分发挥学生的能动性。就像打猎一样,告诉他这个地方有猎物,但是怎么发现它,就要靠自己去寻找,而不是填鸭式的塞给他。寻找猎物的方式有很多,可以根据猎物的足迹,或者通过气味等等,一定要发挥出自己的能力去判断。南科大教育中大力提倡的还有就是创新能力,读书和科研,读书学的都是前人已有的东西,你学会了,变成你的知识,但是创新是前人没有的东西,做科研创新是至关重要的。往往很多学生读书很好,但是科研能力不强。所以在招生的时候,我们希望招到有新想法的学生。比如今年在湖北区域招生的时候,同一学校,一个学生比另一个学生高考分数低30分,但我们录取了低分的学生,理由有三个,一是面试的时候发现该生非常有想法;二是该生能力测试分数非常高,南科大的“6+3+1”的招生模式中,能力测试部分基本都是考察书本以外的知识。三是,高中老师评价该生是一个非常有想法的学生,平时成绩也非常优秀,只是高考没考好。
问:南科大现在对每位学生都安排了学术导师和生活导师,这种模式在国内高校中也是独树一帜的,您作为导师,培养出来通晓、王嘉乐这么优秀的学生,您有什么感受和经验分享吗?
何佳清:2013年刚到南科大安排我做王嘉乐的生活导师,生活导师和学术导师有很大的差别,大一大二安排的是生活导师,大三大四开始安排学术导师。生活导师是非常关键的,不仅给学生提供学习上的指导,更多的是生活和人生方面的引导。我当生活导师非常尽职尽责,每个学期开学的时候会和学生聊天,关注他们的学习成绩,对于成绩波动大的会单独沟通,帮助他们分析原因,找到解决方法,让他们的成绩可以不断进步。
比如王嘉乐,当时学分修满了,想提前毕业,申请国外的学校,但是他非常犹豫,我鼓励他,让他去试试,不要考虑太多,不要怕失败。包括申请国外学校的流程,面试的注意事项,都一一给予了指点,把我的经验毫无保留的传授给他。我是个很吝啬时间的人,但是对于学生的邮件、短信,我都会认真阅读,抽出时间和他们一一沟通,直到他们满意。像通晓可以申请到加州理工大学,得益于在我的实验室做了一些工作,发表了文章,这是非常关键的。所以南科大对本科生的培养是相当于国内其他大学对研究生的培养,帮助他们能获得更好的发展和更多的机会。
问:南科大马上要招收研究生,会不会对本科生培养产生冲击?本科生的培养优势会不会降低?
何佳清:不会。前面已经提到过,我们的规划是每个团队8-15人,其中没有包括本科生,按照本科生生源比例,每个团队分1-2人,在团队中除了教授对他们的培养和指导,还有师兄师姐对他们的指导。而且在招收学生时,我会特意观察每个学生的特长,让团队中形成互补,会根据他们不同的需求,侧重培养的方向,因材施教。对于本科生的培养不仅是知识的传输,还有科研素养的培育。
关于产学研,我校热电材料目前在中国南方地区是做得最好的,已在制冷、废热发电方面得到应用
问:您现在所做的研究成果,是否已经有应用?
何佳清:现在主要的研究是两个方面,一方面是基础的研究工作,另一方面负责建立了学校的皮米尺度上的基础和应用研究中心,里面有二十名教授左右,包括物理、化学、生物及数学方面的,南科大的研究中心都是学科交叉的,将来还会建20个研究中心。皮米尺度上的基础和应用研究中心,现在主要做能源、信息、环境、医用等方面研究。尤其是热电材料的应用,它可以用于制冷,特别是用在微型制冷器上,它的优势在于寿命长、没有噪音。另外可以用于废热的发电,比如汽车尾气利用、电厂余热的利用,目前已经和制冷公司在合作,还在和石油公司洽谈钻头制冷的应用,废热发电方面正在和正威集团谈合作事宜。日前,我刚刚参加完热电材料研讨会,目前南科大在热电材料方面的研究是处于国内领先水平的,在南方地区是做得最好的。