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导师风采 | 杨诚:让学生的“小宇宙”爆发出来 2020-05-09 |

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图为杨诚老师(右一)与优秀博士生论文获奖者邹培超同学(左一)

杨诚,能源与环境学部副教授,博士生导师,广东省“杰青”,清华大学“学术新人奖”获得者;主要研究方向是金属微纳功能材料与器件;杨诚课题组近年在Nature Communications、Energy & Environmental Science、Advanced Materials等杂志接连发表多篇论文,并指导研究生获得了多项奖项。

作为一名导师杨诚老师平时是如何指导同学们开展科学研究的?近日,借着杨老师指导的学生邹培超的论文获2019年优秀博士论文,我们对杨诚老师进行了专访。

“邹培超同学是一位非常拼的同学,他在学术上取得的好成绩是水到渠成的。我为他这次能获得清华大学优秀博士生论文奖感到非常高兴,他在我们科研小组的付出也得到大家的肯定。”杨诚老师谈到邹培超时表现得非常自豪和欣慰。“清华的学生专业知识都很扎实,他能获得这个荣誉,主要还是靠他自己的努力和拼搏。我的主要任务就是尽力做好两件事。”杨诚老师认为,作为指导老师,一方面需要有效激励学生,让他的“小宇宙”自己能爆发出来;二是在学生遇到困难时,能够帮助他们迅速地对接资源。“我倾向于在最开始提出想法的时候,就陪伴学生一起将想法细化成可行的方案,然后在整个研究推进的过程中,严格遵循学术规范的要求,确保每一个数据的严谨和真实,最终才能得到高质量的学术成果。” 

杨诚老师表示,严格和规范的训练能让新生迅速掌握科学研究的窍门,少走不必要的弯路,同时更加坚定对科研的信心。而这些训练的贯彻和坚持,最终将成为研究小组的基因得以传递。在具体操作层面,杨老师分享了每周召开组会的科研训练心得。“每周的组会是有标准化汇报模板的,我在里面安插了不少关于科学问题的思考提示。”同学们在准备汇报内容时,看到这些问题,就容易往更本质的方向思考,在组会汇报时,自然也会多介绍科学问题本身和自己的思路,从而提高组会讨论和学习效率,强化学生思维训练。杨老师认为,学生自主思考和学习的能力提升了,组会的质量和水平也就提升了,从而潜移默化地提升整个研究小组科研氛围。

生活上,杨诚老师会经常组织团建活动来增进成员间的情谊、提升团队士气,如爬山、打羽毛球等,并特别关心那些在生活和科研上遇到困难的同学。有的同学会因为实验不顺利很纠结,他通常会建议学生先停下实验,重新梳理和凝练科学问题,并且约时间仔细讨论,直到思路清楚了再工作,这样才能更好地把时间和精力放在刀刃上。如果学生对创业、产业应用方面表现出很大兴趣,杨老师则会提供资源让他们尽早接触、了解,以加深对相关问题的认识。

在研究方向上,杨诚老师主要集中在金属纳米结构的生长、形态演化、成分变化的机制研究。例如,如何通过工业上可行的简单手段操控微纳材料自发生长得到有序和复杂的结构?杨老师认为,在传统热力学理论里,封闭系统是很难实现复杂和有序的结构的。然而耗散结构理论认为,非线性的制备条件以及外部能量注入,是可以实现结构从无序到有序,这一过程类似于生命与社会活动。杨诚老师期望基于对热力学等基本原理的理解,对金属或其他无机物、有机物进行精心设计和操作,通过更简单和廉价的手段获得一些意义重大的新材料,从而做出有重要影响力的科研成果。

基于这方面的考虑,杨老师和邹培超同学决定用新的方式研究锂金属电池的枝晶生长行为。锂电池由于其能量密度高,被广泛用于手机、笔记本电脑等常见的电子产品中。但锂电池,尤其是能量密度最高的锂金属电极,有一定危险性,一旦短路就很容易燃烧甚至爆炸,危害人们生命和财产安全。因锂金属电池在充电时,负极产生的金属锂体积会不断膨胀,从而发生生长锂枝晶的现象,若不加以管理,就像“洪水猛兽”一般,导致一系列的问题,甚至发生电池爆炸。为了实现对它更好的管理,“现在大多数的工作主要是研究怎么围追堵截它,虽然不少工作取得了不俗的成绩,但是,我们能否能直接操控锂枝晶的生长方向?例如,疏导它们朝着更安全的方向生长,像大禹治水那样?”邹培超同学在杨诚老师的启发和指导下,系统地研究了负极区域的多物理场环境对锂金属生长机制的影响,最终通过激光光刻的办法,在负极区域构造了新颖的周期性“蛇笼”结构,成功实现诱导锂枝晶沿着水平于隔膜的方向生长的效果。

“我们对多个物理场对枝晶生长的影响情况进行了分析,并通过实验加计算模拟的综合手段,总结出了一些规律。”基于这些努力,锂金属微纳枝晶的生长对隔膜造成破坏导致短路的风险大为降低,在实现更安全的电池的道路上,迈出了重要的一步。邹培超在杨诚老师指导下完成的第一个科研成果发表在Nature Communications上。“培超非常勤奋,善于思考,我们在这个工作的基础上,又陆续在Energy Storage Materials、Advanced Functional Materials、Nano Energy等杂志发表了微纳金属结构超控生长和储能、催化方面的工作。更难得可贵的是,虽然他现在已经在加州大学从事博士后研究工作,但仍然为我们组里的学弟学妹们持续提供科研方面的建议和帮助。”

在教学方面,杨诚老师分享了他的心得。他认为,教学是每位老师最根本的工作。课堂教学不仅仅是完成对学生的人才培养,也是教师自我提升和不断认识世界的过程,需要以培养具有爱国情怀和服务国家意识的人才为己任。课堂的时间非常有限,如何在有限的课时里,给学生打开一扇窗户,让学生们更深刻地理解一门学问并学会习惯独立思考?作为老师,需要基于对产业、社会的发展现状的总结和展望,与时俱进地更新课件与教学内容,并通过加强课堂互动鼓励学生思考。对于专业课教学,他最大的心愿是希望能让学生能更多地从产业和时代的视角,思考自己的专业知识能够为改变世界做些什么。他会时不时邀请学术大咖和科技企业高管给学生现身说法;也曾多次带学生走进华为、富士康等企业,希望培养学生国际竞争的产业格局观和科技兴邦的使命感。  

杨诚老师认为,每个人在成长阶段都会遇到很多挑战,关键是要学会正视并学会如何解决。他会经常关心询问学生在学习、工作、生活中遇到的问题,并作为一个过来人给予一些建议和忠告,让他们对社会、对自身有更多冷静和客观的思考。(文/张乐川、许雅澜)