【美丽成电·奋斗之美】林媛:抢占科技新高地的巾帼奇兵

文:杨丽可 图:新闻中心 / 来源:新闻中心 / 2018-10-21 / 点击量:2077

编者按:学校新闻中心推出“美丽成电”主题宣传报道,以全面展示成电及成电人的奋斗之美、创新之美、师德之美、奉献之美、和谐之美,进一步激发广大成电人热爱成电、建设成电、奉献成电的内生动力。

  笑起来眼睛弯成好看的月牙……林媛不像人们传统印象中的科学家。在可延展柔性无机薄膜器件这一出现不到15年的新领域中,她以服务人类健康为目的,推动力学、材料学、微电子学等多学科交叉融合,研制出“智能绷带”等系列可延展无机薄膜传感器,靠前站上国际科技新高地。

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“智能绷带”及系列可延展传感器惊艳业界  

“硬邦邦的电路板可以变得比绷带更柔更轻?”林媛领导的团队刚与美国加州大学合作研制出一种轻薄、柔软的电路板。这种被称为“智能绷带”的新发明可以贴在皮肤上监测多种生理信号。英国《自然—电子学》杂志上的封面文章介绍了这项成果。

在林媛看来,电路板“软化”对于医学、脑科学、人类健康产业都具有很重要的意义。“比如现在24小时心电监测都绑一个很硬的盒子在胸口,换成柔软轻薄的电路板,就不会很影响人们生活了。”

这样一块若有若无、轻柔纤巧的“板子”还能用于多种疾病的监测,悄无声息地获得人体生理参数,用于治疗;还可制作成更柔软、薄若无物的“腕表”,成为人们健身时的好伴侣。

在研发这种薄膜器件的过程中,最大的问题就是如何实现延展性。林媛领导的团队充分利用了力学、材料学和微电子学的学科交叉,采用了以硅弹性体为基础的“岛—桥”结构,其中“岛”是刚性的小型电子器件,如传感器、天线、蓝牙芯片等;“桥”是可拉伸的铜线,用来连接“岛”,使电路板可以伸缩弯曲而不影响其功能。

目前,林媛领导的团队在主攻方向信息功能薄膜传感器上,着重于在不同衬底上利用不同的方法制备高质量性能可控的电子信息薄膜,成功研制了一系列基于高性能无机功能薄膜的可延展柔性传感器,推动了微电子系统小型化和可延展柔性化。

“比如,我们制作的二氧化钒传感器比传统的金属传感器的温敏灵敏度高一个数量级。”林媛领导的团队在氧化物薄膜材料领域已经达到国际比较领先的程度。

“她总能用稀奇古怪的想法做薄膜”

要使硬邦邦的无机材料传感器变得可弯曲可拉伸,首先需要把无机敏感材料薄膜化。如何制备出高质量的无机敏感薄膜是需要闯过的第一关。

二氧化钒在敏感材料家族中是个多才多艺的优等生,它可以用于探测温度、应变、化学气体等多种信号,备受传感器研发者的青睐。但二氧化钒薄膜是一个“势利的家伙”,一般要在复杂昂贵的高真空设备中才能做好。但林媛却“剑走偏锋”,用简单易行的化学溶液沉积法来做,而且晶体结构和传感性能都很好。

在国际会议上,许多专家都为林媛的成果“点赞”,同时也很好奇,如何能用“价廉物美”的方法做出高质量的二氧化钒薄膜的?

用化学溶液沉积法来做二氧化钒薄膜是“剑走偏锋”之举,难点在于如何让二氧化钒的价态“乖乖地”稳定在正四价,而不是偏到正三价或正五价。

林媛领导的团队想出了“稀奇古怪”的方法,在薄膜制备的过程中加了一些水蒸气。别小看小小的水蒸气,它像补维生素一样恰到好处地补充了薄膜中的氧元素,刚好把正三价的钒氧化为正四价,使得薄膜的纯度和性能变得更好。所制备的二氧化钒薄膜在小于1摄氏度的相变温区内能发生大于4个数量级的电阻变化,这样优异的相变性能在国际上也处于领先地位,为使用这种薄膜研发高性能的柔性开关型温敏传感器迈出了关键的一步。

看起来简单的方法,实际上背后有许多热力学知识。林媛用很多时间去思考工作的难点、根本原因,调动起自己积蓄的经验和知识。她还尝试了许多“稀奇古怪”的方法,“比如在金属基底上做氧化物薄膜,用双氧水泡一泡,效果更好。”林媛发明的新型薄膜生长技术解决了高质量氧化物薄膜的制备及其与非贵金属衬底集成的难题,为研制出高性能无机功能薄膜的可延展柔性传感器奠定了基础。

林媛的“创新之路”延续多年。高中毕业时,她以广西理科第一名的成绩考上中国科技大学,后来在中科院物理所、美国休斯顿大学、美国Los Alamos国家实验室从事博士后研究。中科院的赵忠贤院士教导学生们在科研中要敢于质疑、勇于挑战,对林媛影响很深。林媛在考虑自己研究方向时,就想到在柔性电子器件这个领域中难度较大的方向,在国内最早开始做基于氧化物薄膜的可延展柔性传感器。

“林媛最擅长用一些稀奇古怪的方法做出质量很好的薄膜传感器。”科技界的朋友们这样评价她。而成功的背后是林媛对科研领域的深层理解、对高难度问题执著的挑战。

“绝不让中国在薄膜器件‘蓝海’被‘卡脖’” 

2008年,四川汶川特大地震的严重灾情让林媛深感震惊。此时,她已在美国科技和产业界做得很出色,但她放弃一切,立即回国,加盟电子科技大学。“学成归国不是一句口号,而是在国家需要支援的时候,贡献自己的一份力量。”林媛说。

她选择了氧化物薄膜器件这一前沿领域,要让中国在薄膜集成器件的这片“蓝海”中“自由航行”,并积极探索基于氧化物薄膜的传感器在生命科学、生物医学等新领域的运用。“欧美强国对部分领域内尖端技术的积累和封锁,中国作为后来者想要赶超,绝非朝夕之间能够实现。”林媛说,她就是要努力在新领域抢先占领“山头”,推进国际电子行业的改变。

她建立科研团队开始了在新领域的冲锋。近年来承担和参与了十余项国家级科研项目;相关基础研究成果在国际学术期刊上发表SCI论文140余篇,被国际同行引用2000余次;在国际学术会议担任分会主席十余次,特邀报告十余次;作为主编出版英文专著一部,作为副主编出版中文专著一部;相关创新技术已获授权美国发明专利4项、中国发明专利16项。

她积极培养着科研领域的后备人才。微电子前沿、纳米科学初探等课程中,林媛为年轻的学子们打开了广阔的薄膜科学世界,激励他们独立探索。2014年,由她主讲的课程获评教育部视频公开课,同年她参与的教改项目荣获四川省优秀教学成果一等奖,2018年再次斩获第八届高等教育四川省教学成果奖一等奖。

她投身于产学研合作,努力打破产业化的“最后一公里”。林媛结合在美国Intel公司封装测试技术研发中心高级工程师的经历,在产业化的道路上勇于探索。她与公司交流原始创新的心得,支持学生参与“一带一路”路演,加强国际交流。“包括国内公司在内,就是要有占据国际前沿的idea,才不会在新领域被‘卡脖子’。”林媛说。

“每天送孩子去学校后,我就马上到电子楼工作”,林媛在办公室里总是工作到很晚,思考着在科技新高地的“成电贡献”。


编辑:记者团助理编辑  / 审核:王晓刚  / 发布者:陈伟