科研对黎顺德来说,是一个柳暗花明的故事。
一个平常的早上,黎顺德匆匆走入实验室,调节好仪器后,他将手套箱的温度由最低依次调到最高,开始制备器件。
“就是这个!”
温度果然对器件制备产生了显著影响,昨晚睡前偶然聊到的idea竟打通了长久困扰的堵点。黎顺德长舒一口气,顾不上感受此刻的激动,再次投入下一步的试验与验证工作中。
2024年,黎顺德共发表两篇Nature(含共一),沉甸甸的成果背后是在实验室度过的日日夜夜,“这个过程就像坐过山车一样起起伏伏,有低谷也有突破,慢慢地学会用更平和的心态来看待”。
从面对科研的迷茫,到从95%负反馈中得到一次正反馈时产生的巨大喜悦,重复单调的科研时光慢慢生出多样色彩。
前路迢迢,一路生花。在科研道路的两侧,黎顺德也正创造自己的多重燕园身份,党支书、团支书、学生兼职辅导员、实践领队……未名湖畔、博雅塔旁,他用“唠嗑”联结起支部成员;天南海北、城镇乡野,他用步履描摹社会光影。
他是黎顺德,北京大学物理学院2021级博士生,2024年学生年度人物。
他为我们展示的,是一位燕园人的独特生命脉络:追光逐电,笃行不怠。
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发Nature是一个“打怪升级”的过程
在黎顺德看来,发表Nature其实更像一场“打怪升级的游戏”,创新科研是在强化自己的“装备”,发表论文则是对领域“地图”进行优化。尽管山路迢迢又漫漫,科研与投稿的过程漫长而艰辛,却是实现科研思维跃迁的必经之路。
从硕士生到博士生,将来还可能从事独立科研工作,这一过程中思维的变化是挺重要的。
从课题确定到实现电池性能提升,再到最终论文接收,大概有两年半时间。回想起这段苦乐参半的时光,“有两个对我来说属于瓶颈突破、比较重要的时刻,一个是实现电池效率提升的时候,另一个是我们大改文章后完成猜想闭环的时候”。
黎顺德的主要研究方向是钙钛矿太阳能电池,其中一个核心性能指标就是光电转换效率。在长达近一年半的科研攻坚后,2023年3月份,黎顺德所在课题组拿到了第三方性能认证报告,证明光电转换效率实现了有效提升。
“拿到认证报告的那一天,我悬在心头接近一年半的一块小石头落地了。因为这一年半多一直在做电池的性能,现在终于正式拿到第三方认证了。”
对黎顺德来说,实现电池性能提升只是打怪通关的第一步,论文投稿的过程才是“玩家升级”的重要关卡。从2023的初夏到盛夏,投稿、退稿、修改、再投稿、再退稿……接连碰壁让原本信心满满的团队陷入低谷,大家反反复复开会研讨仍不得其解。导师朱瑞教授提出:从基础创新的思路出发,才能让文章呈现出更有意义的创新点。
其实当时是有一份不甘心,而且我的博士周期还有一定的容错时间,所以就坚持修改文章。
铆着一股劲,黎顺德和团队成员开始大改文章,将底层逻辑推翻重来,在仅保留原来框架1/4部分的基础上动工。“当时我们一边在修改文章,一边继续提升器件性能。”事实上,当时研发出的钙钛矿太阳能电池性能并不够稳定,即使保证制备工艺流程完全一致,仍会随着季节变化而波动。性能变化肯定是由某种变量导致的,但变量是什么?团队先后选定湿度和静电进行试验,结果却都不尽如人意。
那段时间,黎顺德全身心都扑在课题研究上,吃饭想、睡觉想,“可能进入状态了,有天睡觉前突然与罗德映教授聊到温度这个因素,第二天马上到实验室去试”。这看似乍然一现的灵光却成为贯通整套体系的密钥,环境温度果然在器件制备时发挥显著作用,对薄膜高密勒指数晶面产生关键影响。
以温度为切入口,黎顺德和团队进一步发现高密勒指数(211)晶面的“自钝化”以及“形成相干晶界”的特性,并利用这种特性实现高质量微米级钙钛矿厚膜的制备,最终得到稳定性好的高性能钙钛矿太阳能电池。
黎顺德制备的钙钛矿太阳能电池
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接下来的性能表征与验证工作都一马平川般顺利进行,在重新拿到的关键数据基础上,黎顺德与团队再次大改文章,边写边讨论,边投稿边验证。尽管仍在不断修改、不断实验,但初期的茫然踌躇已然一扫而空,取而代之的是把准本质后的平和坚定。
秋高气爽时,兜兜转转近两载的Nature原则性接收邮件终于抵达。
“我们之后还在做验证和猜想。这时与我们合作的教授提供了一些关键验证结果,与我们的猜想高度一致。至此,故事完成了闭环。”
抓住主要矛盾被黎顺德反复提及。在这场“打怪之旅”中,“我们的文章从一个粗放型的性能导向,转向更深入、更本质的一些东西,可以说是本质矛盾吧。这是朱瑞老师一直在强调的,也是我更深入理解科研成果意义的过程”。
在这篇Nature中,黎顺德与团队提出了“高密勒指数晶面相干生长”的新策略,发展精细温度调控方法实现高质量微米级钙钛矿厚膜的可控制备。以此为基础,团队研制出光电转换效率超过26%的高性能反式钙钛矿太阳能电池,帮助解决困扰领域多年的电池性能季节依赖性问题,具有很强的原创性及商业应用潜力。
中国科学报、光明日报、北京大学新闻网等媒体报道
科研是日久生情的奔赴
“走上科研这条路,其实有种'上错花轿嫁对郎'的感觉。”
其实直到大三,黎顺德都还没坚定做科研的目标,“一个是不知道做什么,另一个是听说做科研会比较累、比较苦,也相对枯燥”。但也许冥冥中自有缘分,本科时,黎顺德便对材料晶体学感兴趣,在上《材料分析方法》课程时,黎顺德发现自己对这方面知识理解、掌握得都很快,尤其是电子衍射和X射线衍射。
怀着对专业方向的兴趣,黎顺德摸索着走上了科研道路。当时钙钛矿太阳能电池研究还处于起步期。“发表硕士期间第一篇文章,也是我的一个非常重要的经历。拿到一个项目,或是产生一个小的改进点,就能推动完成研究、写文章、发表等一整套流程,这对后续科研中抓住主要矛盾相当于一个前期铺垫。”
钙钛矿太阳能电池有正式和反式两种结构。黎顺德硕士时主攻正式电池,博士时则转向反式电池,聚焦于反式钙钛矿太阳能电池中的缺陷调控及钙钛矿晶体学研究。博士研究刚开始时,实验结果几乎没有正反馈,一组组数据做下来鲜有进展。
“我抗压能力算是比较强的,面对大量负反馈,我其实也没有特别慌,就是所谓的哀兵必胜。”
黎顺德和课题组基于既有经验,不断对其做微小调整。慢慢地,在95%负反馈中间会偶然出现一次正反馈,“特别开心,感觉自己正在接近研究中一些比较本质的东西”。
黎顺德在实验室工作
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也是从这时开始,黎顺德对科研的兴趣真正被激发。尽管每天都要投入10小时左右的时间到科研里,一天高强度的工作下来却不觉得累。
“朱瑞老师经常提醒我要把自己想象成材料中的一个原子、一个分子,把人的宏观感受和材料特性联系起来,去感受这些原子、分子,这样就能更好地理解一些物理化学过程,抓住一闪而过的灵感。”
发表Nature文章中的关键数据
在科研的道路上,惊涛骇浪不常有,风急浪高却不少。在国家“双碳”战略目标指引下,在一次次试错的过程中,黎顺德仍在坚定求索。
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开发燕园里的多重身份
科研之余,黎顺德的校园身份同样多元:现代光学研究所研究生第三党支部党支书、研究生团支书、班长、学生兼职辅导员、实践领队……在不同的学生岗位上,都有黎顺德忙碌而轻快的身影。
“我是个喜欢和人去沟通、去交流的人,平时打开话匣子的时候,能一直说下去。做学工从初心来说,就是期待能够做更多有意思、有色彩的事情。”
学工工作多样复杂,担任多个岗位则任务更重。平衡好科研与学工的关系尤显重要,论及自己的诀窍时,“时间是平等的,所以只能增加时间投入,或者提高时间利用效率。有时候就纯靠自己的计划、执行力和意志力。”黎顺德分享道,“我工作时习惯于列一些计划,待办清单、四象限等方法都有用到。”
被问及如何增强支部的凝聚力时,他用两个关键词来概括,“一个是正循环,准确来说是指数增长式的正循环;另一个是立足学科”。
“其实最重要的是跳出支书、学生兼职辅导员这样的角色,因为我们都是同学,只是需要一个把大家聚起来的契机。”
初期团支部凝聚力不足,黎顺德便利用路上相遇的碎片时间和同学寒暄片刻,唠唠科研日常,一段时间后就和大家建立起“一对一”式联结。在这个基础上,办好活动、做好服务,支部成员之间自然而然地熟悉起来,活动参与积极性也稳步提高。
黎顺德与支部成员一起参观北京大学改革发展十年成果图片展
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支部建设如同滚雪球般进入正循环发展阶段,黄花城长城秋游、新燕园校区踏春等活动顺利举行,参与人数也不断增加。
建设科研型支部是支部工作的另一特点。考虑到支部成员都是光学专业的博士生,日常专业储备非常丰富,黎顺德便组织开展了多场学科科普志愿活动,带领支部成员进行经验分享,先后举行了南京市第二十九中学光学科普、本科生专题分享等活动。在提供学科帮助的同时,成员们也收获了科研之余的成就感与获得感。
支部成员们参与集体志愿科普
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输出型与输入型工作同时进行。黎顺德积极组织支部同学一起学习党和国家政策方针,关注学习科技创新动向,在支部营造出“以国家战略为引导,不断提出新理念、新思路、新方法”的浓厚氛围。
从“唠嗑”出发,支部凝聚力不断提升;立足学科基础,科研攻关与支部建设齐头并进。在党团工作中,黎顺德始终坚持“党旗所指就是团旗所向”,组织团支部开展二十余次理论学习和实践活动,带领支部获得北京大学“优秀团支部”称号,个人获得“十佳团支书”称号。
“学术科研要求心静专深,学工实践要更需要灵活思辨,这样的结合很好地锻炼了我在静、动综合的局面下保持沉浸学习的能力。”
从未名湖畔、博雅塔下走向城镇乡野、祖国四方,黎顺德多次带领实践团队到福建福州、安徽金寨、广东深圳等地进行调研学习。
走走看看,去做一些更深入的了解,学习效率是很高的。这比自己在电脑上检索要深刻得多。
黎顺德在2024力行计划暑期社会实践中担任福建福州领队,“印象最深的是去建瓯调研的经历,当时团队大部分同学都发挥了很强的能动性”。
当时团队的实践主题是“涵养文化自信”,在了解到与福州相距不远的建瓯市重新开户“朱文公祠”和“五经博士府”后,黎顺德和队员意识到这是了解朱子理学、丰富实践成果的宝贵机会。通过分工协作、多方沟通,团队向北大团委、建瓯市政法委、建州旅发集团等进行争取,最终得到实践支持,成为北京大学第一支赴建瓯调研朱子文化的实践队。
凭借丰富详实的实践成果,黎顺德带领实践团队从70余支队伍中脱颖而出,获得“力行计划”十佳团队、优秀领队等荣誉。
黎顺德在力行计划团队风采展示会上作汇报
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“生命需要劳逸结合”
尽管在科研学工中,黎顺德是实打实的J人,但在日常生活中却是松弛开朗的ENFP。有计划的劳逸结合是黎顺德平衡日常与工作的关键方法,“我会不定期彻底地放松一下,相当于回血充电”。
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高强度工作一段时间后,黎顺德便进行短暂的抽离,和搭子打打羽毛球、约饭聊聊天,或者带本书去逛公园,“学校周边大大小小公园我可能已经逛了近20个,有的去了不止一次。春秋时节,阳光晒着,看看老人小孩,就很放松”。
在黎顺德看来,身处北大这样一个充满机遇与挑战的地方,无论是自然科学专业还是人文社科专业,只要坚持拾级而上、不断探索,都能找到属于自己的前进方向。
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