用来庆功的过期啤酒

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“I like magnetism”


提起李强老师,同学们首先想到的便是这句他常挂在嘴边的这句话。“我热爱磁学,当你发自内心地去热爱它时,你会收获到许多。”


“科研只有第一没有第二”“必须努力将细节做到极致”,这是李洪森老师经常给学生讲的,实际中也是严格这样要求的。


李强,凝聚态物理博士,毕业于山东大学物理学基地班;李洪森,材料物理与化学博士,毕业于南京航空航天大学材料科学与技术学院。两位青年老师现任青岛大学物理科学学院新能源科学与工程系专业教师。


2020年8月17日,李强、李洪森以共同一作兼共同通讯作者身份在国际顶尖期刊《Nature Materials》(《自然·材料》)在线发表了题为“Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed by in situ magnetometry(原位磁性测试揭示锂离子电池中额外容量起源)”的原创研究成果,这是山东省在该杂志上发表的第一篇学术论文。而《Nature Materials》也是材料、物理、化学等交叉学科领域最具影响力的期刊之一。


  

攻坚克难,滴水石穿


锂离子电池自问世以来,因其具有卓越的性能获得了迅猛的发展,并广泛应用在了人们生活的方方面面。目前锂离子电池广为人知的储能机理主要有嵌入型、转化型和合金型三种,然而对于过渡族金属化合物电极材料来说,上述机制并不能很好地解释其反常的超出理论极限的额外容量现象,这一难题也困扰了储能领域近二十年。

“这个关键科学问题的研究有着很大的实际意义,而且这个问题很有难度、有挑战性,就好比爬山一定要爬珠穆朗玛峰一样,我们要凭自己的努力将其攻克下来。”就这样,李强和李洪森朝着这一领域的研究进发了。


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李强老师近照


经过两年多的前期准备,2017年初实验设备前期基本构造完成后,李强和李洪森开始了他们的主要科研工作。一开始是一些软件、硬件的技术准备,主要是利用PPMS(VSM)对锂离子电池进行实时监控,从而得到锂离子电池在反应过程中的磁性变化数据。每一次的实验以及实验后的实验数据分析都需要耗费大量时间。在李强老师的电脑桌面上,密密麻麻的全都是各种实验数据的文档。李洪森老师在论文发表后整理总结所有文件包括实验原始数据、相关图表以及数百个版本的修改/投稿文档,内容高达11.7GB,这些都是两位老师在无数日日夜夜努力工作的结晶。

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李强老师与李洪森老师在工作室分析实验数据

为了加快实验速度、提高实验效率,李强和李洪森常常工作到很晚。在他们看来,做实验的时间总是流逝的特别快。实验达到关键时期的那段时间正值冬季,两位老师经常工作到晚上12点多,回家时在空无一人的校园小路走着时,只有皑皑白雪与昏暗的路灯相伴。


2018年底,论文正式进入投稿阶段。由于《Nature Materials》是世界顶级期刊,它的审稿更是难上加难。“审稿人的水平很高,提出的问题非常刁钻,每次我们都要补充大量的实验数据,不过也正是他们这种对科研的严谨让我们无比尊重。”李强老师说道。


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李洪森老师近照


在准备投稿之前,李强和李洪森买了啤酒,准备在论文正式刊用后打开庆功。但没想到的是论文总计经历了七轮审稿,持续了将近一年半的时间,等到论文成功发表时啤酒已过了保质期。在博逸楼的楼顶,喝着过期的啤酒,两位老师感慨颇多。


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博逸楼楼顶的啤酒

麻省理工大学国家磁体实验室Moodera教授在看过论文后说过一句:“Everyone know it's good, so many people try it, but it's too difficult.” (人人都知道这个是好的,非常多的人也尽力的尝试研究,但这真的太难了。)科研就要做就做有意义的科研!在这个艰难过程中,有很多人尝试过,有很多人放弃了,但李强和李洪森坚持下来了。为了专心研究锂离子电池额外容量这一课题,两位老师牺牲了休息和陪伴家人的时间,也放弃了诸多其他快速出论文的课题研究机会,李强把所有精力都用在了这一个工作上,这几年间几乎无任何论文产出,因此业绩上相比要逊色一些。


能坚持坐冷板凳绝非易事,这不仅要求自身毅力强,还要抗挫折能力强,能顶住他人的非议。李强讲到,在读博期间,曾有同学在背后议论过他,“别看那个人懂得很多很厉害的样子,其实一篇论文都没有发表,厉害什么呀!”“我那时确实有些动摇,内心开始怀疑自己,这很痛苦。”李强说道。但是,慢慢的,他不再在意他人的看法,专心致志搞科研,历时五年最终证明了日本知名磁学专家在Nature上报道的所谓“自旋电池”,只是测试仪器的交流噪音信号导致的整流磁电阻。不过碍于其国际权威性,该工作只是写入了博士毕业论文。

“要做真正的科研,要做有意义的事情,写有价值的、高水平的论文。做科研就要沉下心来,不要浮躁,不要着急。”李强说,这种观点源自于山东大学磁学组认真严谨的科研氛围。这使李强能坐的住,能扑下身子踏踏实实搞科研,这种把冷板凳坐穿的精神或许就是他能够把科研做好的保障吧。


李洪森自硕士期间就一直围绕储能在做研究,博士期间去美国德克萨斯大学奥斯汀分校访学,更是与锂电池之父、诺贝尔化学奖获得者Goodenough常请教与交流,高水平与高强度的科研训练,为李洪森养成良好的科研素养和敏锐的科研嗅觉打下了坚实基础。


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李洪森老师在美国德克萨斯大学奥斯汀分校



  

团队合作,相互鼓励


科学问题的成功解决,往往不是自己一个人的功劳,团队合作才是成功解决问题的重要因素。这篇论文发表之后,国际上知名的科学门户网站不约而同地说,这项研究是“a marriage between physics and chemistry”(物理与化学的一种结合),而李强与李洪森的专业领域正巧是物理与化学。二者学科互补,有效地解决了能源物理领域的许多问题。


李强和李洪森是很要好的朋友与同事,并且他们恰好住在同一个小区,这就更加方便了他们间的学术交流,甚至他们在一起吃饭时也不忘记讨论研究内容。在李强生日的那天,同事们一起聚餐,两人在交流时豁然开朗,发现了研究的症结所在。随即,他们就查找文献、进行量化计算、推导,以验证这个猜想的正确性。


另外,还有一些国外的知名学府的教授也给研究提供了不少帮助。其中,有加拿大滑铁卢大学苗国兴教授,美国德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授,还有美国麻省理工大学Moodera教授等等。这些外国学者的帮助不仅仅是学术方面的,他们还有着与顶级期刊编辑、审稿人打交道的宝贵经验。


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加拿大滑铁卢大学留学时期


李强和李洪森的学生也是他们的重要合作伙伴。每次组装电池都需要研究生们花费一个多小时的时间,有时候天气炎热,电池组装下来大家都是汗流浃背。此外,李老师还要带领同学们进行磁性测试以及电化学测试,维修调试仪器设备。李强老师的学生,2018级硕士研究生夏清涛主要负责PPMS磁性测试,生长样品等。“跟李老师一起做实验不仅仅能增加相关领域的知识储备,更重要的还是发现和解决问题的思维方式”,夏清涛说。由于年龄差距并不大,李强和李洪森总能和同学们打成一片,而每次做实验时,他们和同学们又更像是战友一样并肩作战。


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李强老师与2018级硕士研究生夏清涛


“I like magnetism.”凭着对物理磁学的热爱,李强当初毫不犹豫地选择了物理,并坚定地沿着这条路走下去。就像李洪森所说,正是因为他们对这门学科始终的热爱,所以才有了这篇论文的诞生。

“通过这篇论文我们收获了很多,在科学上真正解决了一个问题、探索了一个技术,但这只是一个新的开始,还有很长的路要走。”李强说。他将会和李洪森一起再接再厉把开拓的领域做好做大做强,应用在更多方面,在青岛大学做出更多更好的成绩来。


在李强和李洪森共同工作的办公室里,在众多书本之间,有这样一个卷轴,打开后映入眼帘的是“知行合一”四个大字。“我们知道追求科学本质的科研方式是正确的,是自己所热爱的,所以在行动上也要这样做到。”李强和李洪森这样表示,他们也确实这样做到了。


两位青年教师的科研故事,正诠释了热爱与坚持是科研之基的道理,用来庆功的过期啤酒也散发出了钻研进取所独有的清香。热爱科研,不懈进取!