曹文斌：隔離期里的科研靈感

曹文斌

工學博士、教授、博士生導師，現任北京科技大學無機非金屬材料系副主任，主要從事納米光催化材料、光子晶體和陶瓷材料的新型合成與制備技術等方面的研究工作。2003年入選北京市科技新星，2007年入選教育部新世紀優秀人才資助計劃。

2003年，曹文斌開始了兩個研究項目，一是光子晶體的制備，延續他在日本的光子晶體的研究；二是納米氧化鈦的制備及應用——“非典”期間的隔離生活給了他靈感。

記者：能否簡單介紹一下光子晶體的研究背景？

曹文斌：光子晶體的概念是1987年由美國科學家雅伯羅諾維奇最先提出的，是一種由介電材料在空間的周期排列而構成的、結構類似于半導體的人工晶體。由于半導體集成電路受到量子效應及電子本身之間相互作用的限制，難以再進一步提高速度和效率，而光子技術則是當前認為的最有可能突破這些限制的有效手段之一。但相對于電子集成器件，傳統光學器件體積龐大，如果光學器件也能像當前的電子器件一樣集成化，光電傳輸將使電子傳輸為基礎的信息技術產業發生巨大變革。解決這個問題的關鍵就在于光子晶體的成功研制。目前全世界都在為此努力，盡管光子晶體的理論研究已走得很遠，但理論上設計出的光子晶體結構在實際中卻難以做出來，尤其是在光波段，也就是說光子晶體的制備仍然是個難題。我的新星課題也是關于光子晶體的制備研究這個方面的。

記者：你的新星項目成果如何？

曹文斌：我們團隊已摸索出一套方法，能夠任意地在光子晶體中引入可控的點或線缺陷，在微波波段制備出任意復雜結構的三維光子晶體，還實現了陶瓷材料三維光子晶體的制備，很好地解決了微波段三維光子晶體制備的難題。

記者：光子晶體之后為何轉向納米氧化鈦？

曹文斌：光子晶體的項目和氧化鈦的項目是并行的。氧化鈦的研究是從2003年開始。“非典”期間，我家樓下出現了一個疑似病例，我被隔離了兩個星期。當時想到隨著人們生活水平的提高，人們對于殺菌和環境凈化的要求會越來越高。氧化鈦的殺菌能力公認比較好，所以決定做氧化鈦的研究。

記者：納米氧化鈦如何凈化環境？

曹文斌：家具可能會因為使用了膠、油漆，其中含有甲醛和苯等有機污染物。這些對人體有害的微量有機物會逐漸釋放出來，這個釋放過程很長，要很多年才能夠消除掉。納米氧化鈦通過把表面所吸附的氧和水氧化成自由基，這些自由基能夠和甲醛、苯等發生反應，把甲醛、苯或是其他揮發性有機物變成二氧化碳和水，從而達到凈化環境的目的。

記者：納米氧化鈦的制備難點在哪里？

曹文斌：氧化鈦是一種半導體材料，需要紫外線激發，它的電子才會從價帶躍遷到導帶，產生電子-空穴對，從而具備氧化還原能力。如果在缺乏紫外線的情況下使用，就需要對它進行摻雜，摻雜的作用是不用紫外線，而用可見光去激發它。制備的難點主要是解決摻雜的問題。國內外目前的相關研究很廣泛，但真正能做到用可見光來激發的納米氧化鈦的規模化制備技術并不多。

記者：您的研究有哪些突破？

曹文斌：我們在開始研究的時候就考慮，為了應用，不能讓納米氧化鈦的制備成本過高，所以我們自行設計了適用于規模化生產的合成設備，開發了具有自主知識產權的工藝技術路線，并采用廉價的工業原料來進一步降低生產成本。2007年完成中試。徹底解決了納米氧化鈦對紫外線光的依賴問題，從測試效果來看，在密閉空間的空氣凈化以及污水處理等方面都取得了滿意的結果。研究成果還得到了這方面的鼻祖——日本藤島昭教授的肯定和贊揚，并被邀請在相關國際會議上做邀請報告。

科技新星計劃

北京市科技新星計劃是由北京市財政經費支持、北京市科學技術委員會組織實施的科技人才培養計劃，于1993年7月頒布實施。該計劃旨在選拔一批高素質青年科技人才，通過資助其獨立開展科研工作，參與國際合作和競爭，使其成為能夠擔負科技研究重任的帶頭人。