科研力 | 从核电站、放疗科到太空舱,电离辐射会让电子器件瞬间失控吗?

新闻

2011年3月,受日本外海大地震影响,福岛核电站发生泄露事故,核素放射出的大量伽玛射线让公众闻之色变。

除了核辐射对人体的巨大危害,遭受到辐射的的电子器件,会产生哪些损伤?是否会导致核电站的控制设备失灵?什么样的抗辐射加固工艺,能提高电子器件的抗辐射能力?

“现在是和平时期,关于电子器件的电离辐射失效研究,国内很少有人做,国际上做的人也不多。”西交利物浦大学电气与电气工程系的赵策洲教授说。然而,研究微纳器件在辐射环境下的可靠性,对于国家在医疗、核电、国防、航空航天等领域的创新具有重大战略意义。宇宙射线、X射线和来自放射性物质的辐射都属于电离辐射。

在西浦地下车库,一个不起眼的角落里,有一间小小的“电离辐射实验室”。赵教授在西浦连续两个国家自然科学基金“面上项目”,就在这里完成。

投身电离辐射研究,两度攻克国家自然科学基金项目

红色的铅罐,上面标着“当心辐射”的醒目标识。

铅罐内封藏着伽马辐射源,这是赵策洲教授投入大量心力,通过国家环保部门的层层审批,购买到的放射实验材料。

“从事电离辐射研究的难点在于,国家对伽马辐射源有严格管控,大部分高校是没有电离辐射实验室的,不具备做电离辐射研究的条件。”他说。

在实验室里,辐射源放射出的伽马光子,照射在芯片中的电子器件上,研究人员能够通过电脑屏幕上红色和绿色曲线的漂移,实时在线监测到器件性能在辐射环境下所发生的变化。

(图为赵策洲教授指导博士生进行电离辐射实验)

电离辐射研究是赵策洲教授近十多年来个人的主要研究方向之一。近期,他在西浦主持的第二个、也是他本人的第三个国家自然科学基金项目顺利结题,成功完成了电离辐射环境下电子器件的实时、在线检测,发表SCI论文10余篇。

“电离辐射对器件的影响分为两部分:实时的影响,以及辐射过后的变化;其中当下的损伤是最致命的,也最难测量。”他解释道,“我们的研究实现了对电离辐射瞬间器件所受损伤的实时检测。”

在此基础上,赵教授带领团队尝试通过改变芯片上电子器件的制备工艺条件、改变器件所用到的介质材料,使得器件的性能变化趋向稳定,对电离辐射的敏感度降低,曲线的漂移幅度变小。

“国家自然科学基金项目是关于基础科学的研究,它的深远意义在于,这些研究成果将来有可能运用到不同的应用领域中去。”赵策洲教授说。

以医疗领域的放射性治疗为例,“医院的放疗设备长期受电离辐射影响,需要人们对设备的寿命有一个全面的考量;否则哪天设备失效了、辐射剂量失去控制,本应杀死癌细胞的辐射就可能杀死病人。”他补充道。

跨学科紧密合作,科研攻关靠团队作战

“不是我能干,是我们团队强大。”这是采访中,赵教授反复强调的一句话。

2008年,当赵策洲教授加入西交利物浦大学时,这所年轻的大学刚成立两年,校园内只有一栋白色的基础楼。

此前,他以教授身份在利物浦大学等英国知名高校从事博士后工作已十年。

来到西浦后,赵教授的首要任务是创建实验室。

“从实验室的建设,我见证了西浦十年来的发展。”他说。

(图为赵策洲教授在微纳制造实验室指导博士生从事集成电路制备研究)

从2008年创建西浦第一个洁净间、第一座“微纳制造实验室”开始,而今,在工业园区和学校的支持下,赵策洲教授带领课题组老师和博士生团队管理着西浦规模最大的科研实验室群,10余间实验室遍布南北校区的多个楼宇。

多年前,他从退休副校长吴洪才教授手中,接过了“苏州市新能源技术重点实验室”的管理重任。目前该实验室的核心团队成员还包括担任常务副主任的化学系杨莉博士(材料方向),电气与电子工程系的赵春博士(微电子学方向)、文辉清博士(可再生能源方向)、刘雯博士(电力电子方向)。

“能这么紧密跨学科合作的群体是很少见的,我们真正在团队作战。”赵教授说,“我一个人的力量是微薄的,是这些年轻人的勤奋与才华,推动了实验室的向前发展。”

(图为赵策洲教授向来访的政府领导展示“新能源技术重点实验室”的科研成果)

以锂离子电池中所运用到的石墨烯材料为例,团队创造了最新前沿成果:将二维状的石墨烯转化为海绵状的三维石墨烯,从而大大提升石墨烯的使用效率、增加电池容量。

“石墨烯只有薄薄的一层碳原子,是二维材料。我们利用低压化学气相淀积技术在泡沫镍、泡沫铜上生长石墨烯,做好之后把镍、铜腐蚀掉,只剩下石墨烯,这时候的石墨烯就像海绵一样,是立体型、多孔状的,整个的面积很大,存储的离子就更多。”赵教授解释道。

团队五位老师现带领着英国利物浦大学、西安交通大学、新加坡国立大学、马来西亚大学、大连理工大学和中科院纳米所6所院校的近三十名博士研究生,在高介电常数介质和石墨烯材料、氮化镓电力电子器件集成、AI芯片设计、薄膜晶体管、半导体存储器件、太阳能电池、锂离子电池和超级电容器等领域,共同开展研究。

“开辟这么多研究方向,目的是使我们的博士研究生有更多的选择,在交叉学科中翱翔。”赵教授说。

近年来,实验室核心团队成员申请的科研经费超过一千余万,每年发表十余篇SCI论文,累计获得专利授权30余项、完成国家及省市级科研项目30余项。

谈到自己的座右铭时,赵策洲教授说了八个字——“淡泊明志、拒绝浮躁”。

“国内传统高校的知识分子有爬不完的台阶,”他说,“但在西浦,老师们不必申请这个申请那个,客观上可以沉下心来做科研。埋下头来干活,总有一天你能干出东西来。”

(记者:石露芸 编辑:寇博 摄影:杜媛媛 其他图片来源:Shutterstock)

Tagged as: 工程与技术 科研

分享

  • 了解更多信息请联系

  • 姓名

    市场与交流办公室
  • 电子邮件

    [email protected]