南大80后奶爸朱嘉，学生心中最“抢手”的老师，微纳结构材料的探路者

朱嘉的教育履历令人羡慕：南京大学物理学本科、美国斯坦福大学电子工程系硕士和博士、加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室博士后。...

编者按：今日，《中国科学报》报道了南京大学现代工程与应用科学学院教授朱嘉。以下内容综合整理自《中国科学报》、《南京日报》。近年来，南京大学在加快建设世界一流大学的征途中，始终坚持将人才工作作为学校全局性工作来抓，坚持“引进与培养相促进，质量和贡献为导向”，学校高层次人才队伍不断壮大。

一块外表漆黑、看似普通的金属材料扔进海水里，顷刻间原本苦咸的海水就可以变成饮用水。这样的场景看似在科幻小说里才能实现，但如今，借助中国科学家的努力，它已经逐渐变成了现实。这个把幻想变成现实的科学家，就是青年“973”首席科学家、“青年千人”、南京大学现代工程与应用科学学院教授朱嘉。作为新一代的海归科研人员，他正在基于微纳结构材料的太阳能转化之路上越走越远，越来越赢得外界的认可。有些人善于做科研，有些人善于经商。毫无疑问，朱嘉无疑是一个科研领域的弄潮儿。或者说，他在科研领域有着独到的造诣。

本科毕业于南京大学攻读物理学，朱嘉此后选择去美国斯坦福大学留学，师从纳米材料国际权威崔屹教授，顺利获得斯坦福大学电子工程系硕士和博士学位。

“当时纳米材料比较火热，我个人对其也比较感兴趣，所以在科研方向上选择了纳米材料。此后，我一直立足于纳米材料在能源方向的利用，未曾改变。”朱嘉说，博士毕业后，他跟随美国工程院院士、中科院外籍院士张翔在加州大学伯克利分校做博士后，此后顺利获得美国教职。

朱嘉介绍，在美求学期间，也是纳米材料在新能源领域突飞猛进的时期，他和同事一直在这个方向不断深入探索，“我们是国际上把微纳结构用在光伏材料上的第一批科研人。”彼时，朱嘉的妻子也在硅谷的一家高科技公司工作，为公司所赏识，事业发展迅速。8年阳光明媚的西海岸生活、一双可爱的儿女、硅谷工作的夫人、约翰霍普金斯大学等美国名牌大学助理教授职位，对于朱嘉来说，最终作出回国决定是经过了慎重的考量。

为什么回国？当时南京大学要建立新的工学院，朱嘉的导师张翔也是南京大学的杰出校友，自己本身也是南大人，这些因素都影响了他。

“我国的科研水平一直在进步，国内的科研环境包括硬件设置都在不断改善。在纳米材料领域，我国和世界的差距越来越小。加上南大提出要借鉴西方新的办学理念，建设一流学院，能够和学院、学校一起成长，这个机会非常难得”，朱嘉回忆说，最打动他的是南京大学祝世宁院士的一句话，“他说，不能等到革命成功以后才回来。”

2013年9月，这位拥有两个孩子、“80后”的奶爸放弃国外优厚的科研、生活环境，举家搬到南京。其间，朱嘉的家人在事业上作出了很大的牺牲，但也非常支持。尽管回国的时间不算太长，但朱嘉在自己的科研领域已经取得了一系列的成果。

硅是当今信息及能源产业最重要的材料之一，被广泛应用到太阳能和传感器等诸多产业。不同领域的应用对硅的纯度有着不同的要求，例如电子级硅的纯度应至少为99.9999999%。然而，硅的提纯过程不但是个高能耗的过程，而且造价昂贵。如何低耗能、低污染地得到这些超高纯度的硅，一直是个难题。2015年，朱嘉课题组与斯坦福大学展开国际合作，利用纳米技术有效实现硅的提纯，取得了重大进展。

纳米颗粒非常大的比表面积和极小的半径可以将大量的杂质都暴露在表面，只需要通过酸洗就可以将杂质去除。朱嘉团队利用这一特性以工业粗硅为原材料，通过高能球磨制备得到110纳米左右的硅纳米颗粒，进行酸洗等一系列步骤后得到纯度高于99.999%的硅纳米颗粒。相比于传统的硅提纯工业，该技术在减少耗能的同时极大地降低了污染。

“我们的整个纯化过程低能耗、低污染，为生产太阳能级硅提供了新思路。我们在这个方向还在进行更深的探索。”朱嘉说。

另外一个非常重要的进展，则和太阳能海水淡化有关，是在国家自然科学基金委和科技部相关资助下完成的。

根据相关数据，全世界有20亿人存在不同程度的缺水问题。常规的海水淡化主要采用渗透膜等技术，但是传统技术对于基础设施的要求很高，也会造成很大的能源消耗问题。此外，利用太阳能光蒸馏的海水淡化技术低碳环保，但光热转换效率在40%左右，无法大规模应用。

朱嘉团队在国际上首次利用等离激元增强效应，实现了高效太阳能海水淡化，其效率在90%左右。该研究发现，三维铝颗粒等离激元黑体材料是实现高效率太阳能海水淡化的绝佳体系。首先，等离激元铝黑体材料具有宽太阳光谱超高光吸收效率，确保了海水淡化过程中光热转换效率大大提高；其次，铝纳米颗粒的局域等离激元光学共振效应使得漂浮在水面的紧密排列的铝颗粒附近区域产生极高的局部温度和电磁场增强效应，非常有利于快速有效的淡水蒸汽产生。

“测量表明，淡化后的水质为优于世界卫生组织标准的可饮用水，且材料的淡化性能表现出良好的稳定性和耐用性。”朱嘉表示，这项技术的成本非常低，未来太阳能海水淡化的大规模产业化非常有希望。

目前，朱嘉团队发现的这种新材料，已经获得了外界高度关注。中外诸多企业和公益组织纷纷与之联系。事实上，这种技术有着非常广泛的拓展前景。它不但可以用于海水淡化，也可以用于污水处理。目前，朱嘉正在和各方进行合作，推动该技术的进一步完善与发展。作为纳米科学的研究者，朱嘉对于过去十多年来纳米材料的发展速度备感欣慰。他认为，纳米材料在太阳能、锂电池、显示、热电等领域有着非常广泛的前景和应用，科学家在实验室已取得了很多进展，“预计未来5到10年，纳米材料在能源领域会有大规模的应用。”

尽管非常年轻，但朱嘉也已经拥有了自己的团队。在他看来，交叉科学的重要性日益凸显。因此他在选择团队成员时，也会非常注意引进不同领域的人才，“比如我这个团队有物理、化学、材料背景的，我经常鼓励他们更加深入地碰撞和交流。”

尽管回国不久，朱嘉也已获得了多项重要国际和国家级学术奖项，并获得了国家自然科学基金委群体及面上项目、国家重点基础研究计划（青年“973”）等的资助。对于中国的科研环境，他表示在不断地改善，前景非常看好。作为青年科研人员，只要摆正心态，踏踏实实做科研，就一定能够取得成就、获得认可，“做任何事情都会遇到困难，关键是这条路你是不是认为值得为它而奋斗。”

“我国政府对于科研向来是保持坚定不移的支持态度，这对青年科研人员来说非常重要。科学研究，尤其是基础科研，本来就需要有稳定、长期的支持。只要再稳定支持20年，我国的科研水平一定能再迈上一个台阶。”朱嘉表示。“科研做得好，学生带得也好。”南大现代工学院执行院长陆延青介绍，每年报考研究生时，学生们都争相加入朱嘉的团队，他被学生们誉为最“抢手”老师。

“指导用心、易出成绩”是学生们对朱嘉的评价。朱斌是该团队中最早加入的学生，“那时候朱老师刚回国，我也刚读研究生，实验做得很不顺。”朱斌说，发现他的情绪不对后，老师主动约他吃饭，用在国外的亲身经历化解他的烦恼。两年多来，他们团队已经在国际顶级期刊上发了6篇高水平论文，其中一篇论文的第一作者是一位本科学弟；好几位学生凭借在该团队的科研经历，拿到了美国斯坦福大学、加州伯克利分校、耶鲁大学等诸多名校的读博机会和全额奖学金。

由于孩子上学，去年下半年，朱嘉搬到了仙林，每天要在鼓楼、仙林之间来回奔波约两个小时。“每天到家，孩子都已经睡了。只能在第二天早上上学前，陪他们一会儿。”朱嘉说，常常会觉得对夫人、孩子有很多愧疚。

 

“国内科研水平的提高，得益于前辈们过去二三十年来的不断奋斗、积累和改善。如果经过我们的努力，能够为后面的年轻人搭建更好的平台，并且吸引到更多世界顶尖的人才来我们国家，推动我国科研的发展和产业的升级，我觉得一切都值了。”朱嘉说。

图片来自中国科学报、南京大学新闻网。

    关注 侯印国老湿