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朴实纳米学人,力促亚洲纳米科学共繁荣的践行者——访韩国汉阳大学李海元教授

仪器信息网 2019/09/24 10:34:51 点击 799 次
默克工艺
[导读] 仪器信息网有幸走进汉阳大学OTFL实验中心,采访了Lee教授。Lee教授为笔者分享了他与纳米科学的不解之缘、他眼中的纳米科学,以及对未来纳米科学的看法。

  对于韩国汉阳大学李海元教授(Haiwon Lee,以下简称“Lee”)的第一印象是在去年青岛AsiaNANO 2018大会开幕式上,Lee教授携手刘忠范院士、Masatsugu Shimomura教授,三位大会发起人分别作了开幕致辞。机缘之下,仪器信息网编辑此次有幸走进汉阳大学OTFL实验中心,近距离采访了Lee教授。这位纳米学人朴实、善谈,容易让人亲近,短短的下午时光,Lee教授为笔者分享了他与纳米科学的不解之缘、他眼中的纳米科学,以及对未来纳米科学的看法。篇幅有限,以下将交谈中印象深刻的部分与大家分享,共同走进Lee教授与纳米科学的那些故事。

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韩国汉阳大学李海元教授

情怀篇——出身农民家庭,力促亚洲纳米科学的共同繁荣

  1950-1953年,三年的韩国战争结束后,韩国面临被战争破坏的不毛之地及众多与贫穷抗争的人口。在此历史背景下,1954年,李海元教授出生在一个拥有八七个兄弟姐妹的普通的农民家庭。父母为养育八个子女,辛劳工作,倾尽所有在子女的教育上,在父母强大不懈的支持下,八个子女中培养出4位博士,以及其中3位成为了教授。正是在这样的家庭氛围下,Lee谈到,“我十分幸运,从父母那里获得了无限的爱。虽然父母已经过世,但父母在生活和为人处世方面给予的言传身教是我一身生的财富,我很想把得到的这些分享给大家,把得到的幸运和爱分享给别人。”于是,感恩回报便成为Lee学业初期埋在心底的一个愿望。

  1980年,Lee在韩国西江大学化学系完成获得学士学位后,留学美国,1986年,在美国休斯敦大学与德克萨斯大学物理化学系完成硕士及博士学位,后又在德克萨斯大学奥斯汀分校化学系担任助理研究员2年。1988年正式回国,开启曾经感恩回报愿望,先后在韩国化学技术研究所(KRICT,1988-1993年,高级材料司首席研究员)、汉阳大学(1993年-至今,化学系教授)从事教育与科研工作。关于归国这31年,Lee表示:“当时在美国,学习了美国式的先进教育与生活工作方式,自己想把亚太地区的文化与西方的先进模式相结合,回来多做一些事情,所以选择了回国。回首这31年,曾经的付出看到了许多成效,自己也从未后悔当初的决定”。Lee的学生们,包括来自中日韩印尼等,他们回顾道,李教授时常为大家分享一句话,“做人最重要是要有一颗爱国心,首先对自己的国家热爱、忠诚,然后是其他国家,这样才能为更多的人带来和平。”Lee也始终坚守在并践行着自己当初的愿望,感恩回报,为和平发展多做一些事情。

  感恩回报,结合自身纳米科学专业,充当亚洲纳米科学共同发展的“搭桥”人。这份热心,除了教育事业,积极组织亚洲范围纳米科学高端学术论坛活动也是一例。目前,Lee已经成功创立或参与发起的国际会议包括:IC ME&D会议(于1990年创立,2019年成功举办了第30届会议)、NANO KOREA会展(于2001年创立,2019年成功举办了第18届)、AsiaNANO会议(于2002年,由刘忠范院士、Haiwon Lee教授、Masatsugu Shimomura教授发起,两年一届,2018年第九届会议在青岛举办)等。这些会议经过十余年甚至二十余年举办积累,获得了亚洲纳米科学学者的广泛认可,并成为国际间学术交流、友谊联络的平台。

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Lee办公室一角与部分友谊交互的见证

  对于多年来热心奔走的这些会议,Lee有着自己独特的解读——那就是参会背后的“友谊”,尤其是在十年、二十年时间维度上建立起来的“友谊”。Lee举例道,比如,在AsiaNANO 2002上,北京大学当时的一个博士在会上发表报告让我们相互得以认识,十六年后,在AsiaNANO 2018上,我们再次相遇,他会给我打招呼:“ Lee教授您好,我现在已经成长为北京大学的教授了”,“ 我也会感到非常开心,就像我自己的学生一样,这种友谊是非常重要的。”“通过这样的会议,多年的朋友再次相遇,相互拥抱,彼此开怀畅聊,无所避讳,这比会议本身内容更加有意义”。

  Lee回顾道,21世纪初前后,韩国呈现留学热潮,许多到欧美的学子,最终归来的只有不足30%,出现大量人才流失,亚洲其他国家也出现类似现象。在此背景下,亚洲人民就更加需要团结起来,共同促进亚洲圈的科技繁荣。组织和发起亚洲范围内的纳米科学学术活动,也有这样的初衷。个人成果成就的实现,只需独自发表成果,但共同的科技进步,大家友谊互助便更显珍贵。“友谊互助在亚洲文化中有着先天优势,通过这些线下活动,也是期望能将亚洲文化融入到先进纳米科学的快速发展之中。如此,便不仅仅是人与人的友谊网,更是机构与机构、国家与国家之间的友谊网。政治有国界,但学术无国界,希望亚洲国家的学者能够互爱互助,协力合作,在无间友谊的基础上实现纳米科学的共同繁荣。“

科研篇——与OTFL的26年:创建、成长、不舍

  1988年,Lee回到韩国,首先在韩国化学技术研究院先进材料部(KRICT)任首席研究员,5年后,1993年,正式加入汉阳大学。同时,意识到薄膜技术的广泛应用潜力及前景,Lee创立了OTFL研究中心(Organic Thin Films Laboratory)。OTFL的主要研究领域包括分子自组装,电子和光子学的有机材料,纳米制造,光刻等,具体研究内容包括原子力显微镜的应用、碳纳米管合成与应用、半导体光刻技术等。OTFL创立26年来,共培养了包括研究生101位,博士10位,由于研究课题与应用结合紧密,完成毕业的学生多数走进了三星、LG等全球知名企业。

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OTFL历史照片墙一角

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日本首相麻生太郎访问OTFL合影

  采访间隙,Lee带着笔者参观了这所陪伴了自己26年的OTFL中心,从最初三星集团赞助整栋实验楼的建设,到前韩国总统李明博、日本首相、诺奖获得者、白春礼院士、刘忠范院士等重要来访人物曾经留影纪念的实验室合影一角,到每一个实验室与对应研究内容,到每一个仪器设备,再到墙上挂满的研究成果与一幅幅留下历史印记的照片。实验室的每一个细节,Lee都如如数家珍,就像介绍着自己的一位位老友。让笔者印象深刻的是一张论坛会议的合影,这是2013年,汉阳大学为纪念Lee教授来校20周年而举办的论坛,合影中有Lee的来自中日韩等地的学生、全球纳米学术届好友、还有Lee自己的一家人,照片的欢乐气氛让笔者感受到生活与工作的亲密融合与温暖。

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纪念Lee教授来校20周年论坛欢快合影

  工欲善其事必先利其器,作为科研道路上的必备工具,Lee对OTFL配置的科学仪器有着特殊的理解与热爱。OTFL围绕材料合成、表面改性、表征和传感器应用等配置了Thermal CVD、PECVD、ALD、自组装,以及应用于光刻技术的AFM、DUV、EUV、电子束、X射线、FIB等。其中,应用比较多且比较重要的是Thermal CVD、PECVD、AFM,分别配置了两台。Lee在交流中重点介绍了实验室配置的AFM及应用情况。

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OTFL中心部分仪器设备

  由于原子力显微镜(AFM)不同于扫描隧道显微镜(STM),不需要样品表面导电,且相比光学显微镜、电子显微镜,具有允许以亚纳米分辨率对材料表面、纳米颗粒进行3D表征等优点。Lee对于AFM有着独特的钟爱。Lee使用AFM集中进行一系列研究,要追溯到1998年,那时Lee主要围绕AFM光刻技术展开。控制AFM探针针尖释放的微量电子,作用于对光电子敏感的高分子光刻胶薄膜表面,在纳米尺度,完成精密图案的刻蚀研究,相关研究也正是半导体工业晶圆光刻技术的基础。Lee将此研究过程做了一个比喻:“假如面前桌面这个大概100cmx60cm的区域是要研究的基底,我们要观察测绘这桌面上大概一本书范围内厚度约2-3cm的凸起的形貌图案。然后将整个长宽尺度缩小1000万倍,此时,cm单位变成了nm,人的肉眼已无法观察到,此时,AFM就充当了我们的眼睛和操纵的双手”。当时,OTFL利用AFM光刻技术,获得了一系列些列比较好的成果,这些成果都离不开AFM这项优秀的微观表征手段。由于当时,OTFL从事这项研究在韩国差不多是最早的,实验室安装了5套AFM设备,在当时韩国所有相关研究中心中堪称“豪华配置”。5套AFM也基本涵盖了当时的几个主流品牌,到目前,实验室还在使用的是2套韩国帕克AFM。Lee表示,除了经久耐用与扫描快速精确,喜欢帕克AFM的另一个原因是其xy轴与z轴的三轴分离技术,这项技术促成了AFM的非接触扫描模式,通过探针与样品表面原子间作用力控制扫描间距,避免了接触模式或轻敲模式的“盲人摸象”,大大减小了大量检测过程中对AFM探针针尖的磨损以及对样品表面的损坏,而这对探针寿命以及表征结果的准确性是十分重要的。

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实验室中的帕克原子力显微镜XE-100(左)与NX10(右)

  同时,对于AFM技术的未来发展,Lee也给出高度评价——“Game Change”。并以纳米科技走在前沿的半导体工业领域应用做了举例说明。随着半导体制程的不断提高,对半导体表面的检测技术要求更精密、更快速、更高质量,而纳米级的制程,以往光学显微镜手段已经逐渐不能满足需求,此时具备快速扫描功能的AFM便登上历史舞台(主流AFM品牌在近几年也逐渐加大了对快速AFM技术的研发投入),时下,帕克AFM产品已经逐渐开始在韩国三星、LG、SK hynix等世界领头半导体企业使用。相信不远的未来,在更多的主流半导体集团,将会在行业引领效应下,逐渐将AFM技术引入到半导体生产线,而当AFM技术被应用之后,在半导体行业的替代可能性很大。因为欧美、中日韩等半导体企业已经在尝试将AFM应用于生产线,此后一两年时间内,针对AFM的研究也会增加,当相关研究成果形成一定量级效应后,AFM的“Game Change”时代便不仅仅是一句空话。

  参观完OTFL中心,Lee言语间流露出些许不舍,因为Lee刚刚达到了韩国规定的退休年龄,退休仪式已于采访前一日举行,陪伴了自己26年余载余的OTFL中心也即将关闭。不舍之余,Lee也补充道,距真正退休还有一段时间,自己的研究生涯暂时还不会停止,OTFL的相关研究也将会以另一种形式延续。

展望篇——纳米科技交叉发展,美日中韩四国格局

  交流最后, Lee谈了对自己一直所从事的纳米科技的看法。

  首先,Lee从宏观到微观与微观到宏观两个角度解释了纳米科技的定义。宏观到微观方面,比如我们使用的手机的像素,从之前的几千到目前的几千万像素,随着单位面积上像素单元数目的不断增多,像素单元的划分被逐渐细化,单元面积也逐渐变小,从宏观到微观逐级细化划分过程便是纳米科学的一种呈现形式。微观到宏观方面,比如从细胞的分化,到大的分子基团、到功能器官,再到生物个体,此过程则是纳米科学呈现的另一种形式。这两种形式下,纳米科学的研究范畴则包括大的物质是如何由小的物质组成?分子到基团是如何转变的?人类大脑组成的网络是如何具体工作的?等等。

  纳米科学的重要意义,除了其广泛应用,还有一点重要原因便是其与其他多学科的高度融合交叉,当下的物理学、化学、生物学、材料科学、信息科学、环境科学、生命科学等都与纳米科技息息相关,都不能独立存在,这也体现了纳米科技的重要性。比如,时下各个国家都在关注的人类脑科学,其中通过纳米科技研究脑电路就是一项重要研究内容;环境雾霾研究,需要纳米科技的滤膜技术;近来火热的新能源汽车,其电池研究需要用到纳米科技研究其实现高效储能的微观机理;被称为第四次工业革命的物联网技术,为实现更快的交互速度,纳米技术就可以协助研究出更快更灵敏的各类传感器等等。

  纳米科技对于人类发展如此重要,时下纳米科技全球发展格局如何呢?Lee介绍道,随着全球对纳米科技领域的重视,各国家都在积极加大投入布局,并逐渐呈现头部国家优势明显,各自分领域优势突出等特点。总体而言,10年前,全球纳米科技综合实力的排名,依次是美国第一,日本第二,韩国第三,中国第四;而当下,中国通过在10年里在材料科学等优势领域的快速发展,排位升至第三,韩国则变成第四,其他不变。各个国家充分结合自身发展优势,也逐渐发展了各自纳米科技领先领域。美国主要在生物-纳米科技领域发展领先(简称BT-NT领域,值得关注的是中国近来在BT-NT领域也有显著的快速发展);日本在环境-纳米科技领域优势突出(简称ET-NT领域);中国在材料科学-纳米科技领域优势明显(简称MT-NT领域);韩国则在信息化-纳米科技领域最为强势(简称IT-NT领域)。

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李海元教授受访中

  采访后记

  采访交流不觉中持续到了下午五点,从战争年代出生,到美国求学,到归国回馈家乡,再到热爱的纳米科学事业、与OTFL中心26年的朝暮相处…浏览着一张张老照片,3个多小时,仿佛穿过Lee教授数十年与纳米科学之间的那些精彩瞬间。

  谈到即将从汉阳大学退休,亲手创建的OTFL中心即将关闭,“您可以生活稍微放慢一点节奏,放松一下了”,“不,今年我已经为新的事业做了一些准备,预计在10月份开一家公司,虽然不容易,但希望能结合以往纳米科学研究成果做出一些有意义的产品出来”。这位热爱纳米科学的Lee教授的脚步还未停下来,他与纳米科学的故事还在继续。

  附:李海元教授简介

  Prof. HAIWON LEE

  李海元 教授

  1954年7月7日 出生于韩国首尔市

  学历

  1973-1980 西江大学化学系(学士),韩国

  1981-1985 休斯顿大学化学系(博士),美国

  职历

  2018年至今 韩国国家工程院成员院士(Member, The National Academy of Engineering of Korea)

  2017年-2018年 韩国化学技术研究所兼职教授(KRICT)

  2015年-2017年 韩国科学技术研究院教授(KIST)

  2014年至今 科学和信息通信技术部(MSIT)国际合作促进委员会主席

  2014年-2016年 韩国纳米技术研究会会长

  2011年-2014年 导师,韩国领导指导网络,韩国学生援助基金会

  2012年至今 韩国亚洲研究网络主席

  2012年-2015年 亚洲纳米论坛财务主管

  2011年-2014年 韩国纳米技术研究会执行副主席

  2011年-2017年 韩国国家工程院候选成员

  2011年至今 Park Systems总监

  2009年-2012年 国家荣誉计划主任

  2009年-2010年 《Journal of Nanoparticle Research》副主编

  2008年至今 汉阳大学HYU杰出教授

  2008年-2010年 汉阳大学融合技术中心主任

  2008年-2010年 汉阳大学自然科学学院院长

  2008年-2010年 德克萨斯大学达拉斯分校化学系兼职教授

  2006年至今 亚洲研究网络项目主任

  2006年-2008年 汉阳大学大学研究院院长

  2006年-2008年 汉阳大学产学合作基金会主席

  2004年-2012年 汉阳大学纳米科学与技术研究所所长

  2003年-2005年 汉阳大学纳米技术项目主任

  2002年-2003年 美国宾夕法尼亚州立大学客座教授

  2000年-2007年 前沿研究系统,研究顾问;日本物理和化学研究所(RIKEN)

  1997年 德国Max-Planck高分子研究所客座教授

  1996年 日本物理和化学研究所(RIKEN)前沿研究员

  1993年至今 汉阳大学化学系教授

  1988年-1993年 韩国化学技术研究所(KRICT)先进材料部首席研究员

  1986年至1988年 美国德克萨斯大学奥斯汀分校化学系研究员

  获奖与荣誉

  2019年 韩国纳米技术研究会表彰

  2016年 Doyak奖章,韩国政府的科学技术勋章

  2008年 汉阳大学HYU杰出教授奖

  2005/2010年 优秀奖,NANOKOREA组委会

  2004年 汉阳大学Paiknam学术奖

  2001/2007 汉阳大学杰出教授奖

  学术活动

  2016年-2018年《Nano Convergence Journal》主编

  2014年至今 亚洲科技创新论坛主席

  2011年至今 韩国国家工程院国际合作委员会委员

  2010年-2015年 韩国-印度联合研讨会主席

  2010年 研讨会项目主席,IEEE NANO 2010

  2007年至今 德克萨斯州-韩国纳米技术研讨会联合主席

  2007年 “2007年SPM,传感器和纳米结构”大会主席

  2003年-2004年 研讨会项目主席,NANO KOREA 2003,2004

  2011年-2015年 NANO KOREA研讨会主席

  2004年 至今 联合主席,亚洲研究网络研讨会

  2002年至2013年 AsiaNano会议联合主席

  2002年 第一届美韩纳米加工研讨会大会主席

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