新型材料的探索者

信息、材料和能源是人類現(xiàn)代文明的三大支柱，早在20世紀80年代，新材料、生物技術和信息技術就被列為了新技術革命的重要標志。材料作為人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，已經在當今世界受到越來越多的重視，全球各國的經濟建設、國防建設及居民生活均與之息息相關，新晶體材料更是高科技技術發(fā)展的重要組成部分。北京工業(yè)大學材料科學與工程學院的陳學安副研究員，就是一位在新晶體材料研究領域做出了出色成績的科學工作者。

新材料科學的研究者

陳學安出生于1965年11月，是我國材料科學事業(yè)發(fā)展的中堅力量。早在上世紀80年代末期，他考入中科院化學研究所求學深造，1991年獲得博士學位后留在化學所工作四年，從理論到實踐方面都積累了豐富的經驗。

從1995年起，陳學安赴國外工作，先后在美國、德國、日本等國家做了將近8年的科研工作，期間曾獲得美國Rutgers大學化學系博士后，并獲得德國的洪堡基金會獎學金，旅日期間還曾任廣島大學助理教授職位。

國外優(yōu)越的研究和生活條件沒能留住陳學安，在異國他鄉(xiāng)求學和工作的經歷對他而言是一種磨練、一筆寶貴的人生財富，而他事業(yè)的根基在祖國。2003年7月，他毅然回國工作，受聘于北京工業(yè)大學材料科學與工程學院，投身在祖國的新材料科學研究事業(yè)當中。

陳學安的主要研究方向是新晶體材料的探索及其晶體結構研究，多年來，因為對科學真理的執(zhí)著探索精神，他在新晶體材料的探索合成、晶體結構、光譜性質以及電子結構計算方面取得了一系列令人矚目的研究成果。迄今為止，他已在國內外的權威學術刊物上發(fā)表學術論文達70余篇，其中被SCI收錄的就有大約60篇，因為在科研工作上做出的突出成績，2006年入選北京市的人才工程“中青年骨干教師培養(yǎng)計劃”。

探索創(chuàng)新科研之路

因為材料科學在工業(yè)發(fā)展、國民經濟生產中所具有的特殊地位，對新型晶體材料的探索和研究已在近幾十年內成為受到廣泛關注的熱門學科項目之一，同時因為激光技術的飛速發(fā)展，具有非線性光學效應等功能的晶體材料被廣泛應用于激光技術、光學通訊、光學信號存儲和光數據處理等方面，所以在科學研究中對晶體材料的要求也拓展了新的方面。除了對現(xiàn)有的晶體材料設法繼續(xù)提高質量或摻質改變性能外，關于晶體組成的研究、晶體結構與性能間的相互關系、探索尋找新型晶體等均是國家重點課題研究項目。

陳學安目前的在研項目——新型硼酸鹽氧化物的探索合成和晶體結構研究，是國家自然科學基金項目。因為形成壓電、熱釋電、鐵電和非線性光學(NLO)等功能材料的先決條件是化合物具有非對稱中心結構，而在眾多研究體系中，硼酸鹽由于在晶體化學方面廣泛的可變性令其有可能產生數目眾多、結構各不相同的硼酸鹽類型，所以在研究試驗中最受青睞。陳學安的項目即是系統(tǒng)地探索合成結構中包含易形成畸變配位多面體的高價態(tài)過渡金屬離子（或者含有Bi3+,Pb2+等載有孤對電子的離子）的復合硼酸鹽，力爭得到多個具有非對稱中心的化合物，進而探索合成出新型的硼酸鹽功能材料。

科學是嚴謹的，科研工作注定了不可能一蹴而就。經過幾年時間的研究探索和上百次反復試驗，陳學安的課題組利用高溫溶液緩慢降溫和固相反應相結合的方法，成功制備并得到了一系列新型硼酸鹽化合物，共計有二十多種，并且進行了結構和性能關系的研究。因此課題組的研究不僅豐富和發(fā)展了既有的硼酸鹽結構化學，而且對新型硼酸鹽功能材料的探索合成具有積極的指導意義，也正因為此，陳教授帶領的課題組在硼酸鹽的合成和結構研究領域內開始獲得國際上的認可，擁有了一定的國際知名度。

Bi2ZnB2O7和CaBiCaB2O7由加拿大學者Barbier等人首先發(fā)現(xiàn)，陳學安教授帶領研究課題組生長出硼酸鹽單晶，進行了精確的結構測定和系統(tǒng)理論計算，發(fā)現(xiàn)硼酸鹽化合物Bi2ZnB2O7具有較強的粉末倍頻效應（其強度大約為KDP（KH2PO4）的4倍），在比較寬的頻率范圍內能夠實現(xiàn)相位匹配，UV漫反射光譜表明其吸收邊約為360nm；而另一種化合物CaBiGaB2O7的粉末倍頻效應相當于KDP的2倍，其吸收邊大約為427nm，也能實現(xiàn)相位匹配。Bi2ZnB2O7和CaBiGaB2O7是潛在的新型非線性光學晶體材料，如果能生長成大塊晶體，并將其制作成有用的器件應用于激光系統(tǒng)中，能夠促進光電技術等高技術產業(yè)的發(fā)展，產生社會、經濟效益。

到目前為止，陳學安和他的團隊對硼酸鹽體系進行了系統(tǒng)的研究，不僅制得了多類型的硼酸鹽化合物，而且已在國際學術刊物上發(fā)表了近三十篇論文，在固體化學領域擁有了一定的國際影響力。同時，從2007年起，課題的項目負責人陸續(xù)為“Inorganic Chemistry”和“Journal of Solid State Chemistry”等國際著名學術刊物評審論文二十余次,贏得了國際上同行業(yè)科學家的認可。

對綜合利用礦產資源的技術研究

礦產資源是不可再生資源，但是運用循環(huán)經濟模式強化廢棄物的綜合回收利用、對礦產資源進行最大限度的開發(fā)、提高利用效率，有利于減少浪費、獲得較高的經濟效益。溫家寶總理在視察甘肅省蘭州金川科技園時提出來要對礦產資源“吃干榨盡”，金川集團有限公司為了積極響應號召、實現(xiàn)尾礦中資源的綜合利用，提高經濟效益，將“尾礦酸浸液中鐵和鎂分離技術研究”作為2010年的重大科研課題，由陳學安負責該項目的研究工作。

在此科研項目中，如何經濟除鐵以及鐵的合理資源化成為能否成功回收金屬的關鍵課題，并且同時還需要對如何從殘液中提取、分離硫酸鎂，如何利用綜合工藝技術開發(fā)高附加值產品等問題做系統(tǒng)研究。

陳學安帶領研究團隊經過將近一年時間的努力，制定出了本項目的技術方案，首先對酸浸液進行絮凝劑法除硅，再進行針鐵礦法沉鐵。對沉鐵所得的濾餅進行煅燒制備粗鐵紅，用一定濃度的稀酸對粗鐵紅進行酸洗除雜，最終得到了符合工業(yè)氧化鐵國家標準的高純度鐵紅，實現(xiàn)了鐵的回收和產品化。經過陳教授及團隊進行的一系列系統(tǒng)的實驗室研究，將尾礦酸浸液除鐵之后所得的粗制硫酸鎂溶液加入氧化劑，令Mn2+氧化成MnO2，使之沉淀除去，然后再通過將溶液蒸發(fā)濃縮至硫酸鈣析出、趁熱過濾去除鈣的方法，獲得精制的硫酸鎂溶液，最后完成蒸發(fā)、結晶、干燥等提純步驟獲得符合工業(yè)硫酸鎂國家標準規(guī)定的I類一等品質量指標的高純硫酸鎂產品，又實現(xiàn)了鎂的回收和產品化。

目前由陳教授負責的本項目實驗室工作已經基本完成，使用項目組技術達到了85%的鐵回收率和65%的鎂回收率，出色完成了驗收指標。本項目將在完成后期工作后實現(xiàn)全面產業(yè)化生產。

科學是沒有國界之分的，陳學安在完成科研工作及所承擔項目的同時，不忘與國外同行業(yè)科學家進行積極交流合作，他和捷克物理學家合作進行了硼酸鹽的合成、結構、光譜性質以及線性和非線性光學性能計算等研究，目前已經發(fā)表國際合作論文6篇，還有一些國際合寫論文正在寫作當中。科學探索的道路是無止境的，秉承了嚴謹治學、刻苦探索精神的陳學安正值年富力強，我們有理由相信他在未來的研究道路上將取得更加不凡的成績。