走清洁能源新路线克难创新谱新高
——记深圳大学物理科学与技术学院院长范平团队之能源材料研究
李明丽
近日，深圳大学和深圳市彩煌实业发展有限公司就“薄膜温差电池的研发及产业化”项目，在深圳大学举行了隆重的签约仪式。该项目由深圳大学物理科学与技术学院院长范平教授主持开发。根据协议，合作双方将共同开展此项目的技术研究与开发，深圳市彩煌实业发展有限公司将分期拨付100万元资金用于该项目研究，并先期提供20万元用于双方共同申请的实用新型专利“一种薄膜温差发电装置”的中试。
校企双方还签订了关于建立先进薄膜与器件研发中心的合作意向书。根据合作协议要求，深圳市彩煌实业发展有限公司负责提供研发中心所需场地及研究工作所需的条件，并投入约1900万元资金，用于研发中心购置设备及相关项目研发。
温差电池是一种新的清洁能源，具有无噪音、无有害物质排放、可靠性高、寿命长等优点，能长期、安全、连续地提供稳定的电能输出。制作温差电池是一种高新科学技术。据专家介绍，深圳大学所研究的薄膜温差电池具有良好的性能和优点。不仅能在低温差条件下提供足够高的电压，且寿命长，耗材少，制作成本低，符合工业生产的需要。而且产品在民用、军用等多个领域上具有广阔的应用前景。
21世纪是科学技术迅猛发展的时代，也是物理学经历深刻变革的时代。一方面物理学的研究触及宇宙、太空、原子能等关乎世界未来发展的精深领域；另一方面物理学的应用涉及机械、光能、电能等影响人类生活起居的实际问题。无论是深不可测还是密不可分，对长期从事真空物理与技术及薄膜物理与技术研究工作的范平来说，“不断创新，解决实际难题”都是最好的应对方法，对薄膜温差电池研发及产业化的成功探索就是典型一例。
解薄膜技术难题
节能与环保是人类面临的严重问题，开发新能源、充分利用低品位能源和废能源对正处在持续发展阶段的中国来说具有重大意义。范平及其科研团队下大力气对薄膜太阳电池和薄膜温差电池进行了一系列的实验与分析，并取得了可喜的成绩。
针对CIS薄膜材料在制备过程中存在的需要控制的因素较多，工艺重复性较低，高效电池成品率不高，产业化的进程受制约等难题，他们成功采用离子束溅射方法，通过精确控制离子源溅射参数，调整化合物各元素比例，实现了同一高真空环境下高温退火三元溅射叠层或三元周期叠层制备高质量CIS薄膜，省略了后硒化工艺且提高了原料的利用率。预期实现在真空室内不破坏真空的条件下，制作出较高效率CIS薄膜太阳能薄膜单体电池。在CIS薄膜太阳电池研制方面取得了具有自主知识产权的成果。
他们对薄膜热电材料和薄膜温差电池进行了深入的研究，制备出了高性能的热电材料薄膜，提出了新型薄膜温差电池的结构，还首次提出用物理气相沉积方法直接制备薄膜温差电池。在薄膜温差电池的研究方面已获得了两项国家发明专利和一项实用新型专利。项目研发为薄膜温差电池走向产业化奠定了坚实的基础，为他们与深圳市彩煌实业发展有限公司的顺利合作埋下了伏笔。促进我国在新能源领域的探索与发展，为探索出健全的、具有重复性且适于产业化的有自主知识产权的薄膜温差电池的制备工艺打下基础。
创流导理论新高
薄膜能源材料研究之外，分层流动模型流导计算理论是范平及其科研团队提出的又一项重要的创新理论。在真空物理与技术领域，气体粘滞—分子流流动的流导计算问题一直是一个较长时间没有解决的难题。这一理论的提出，从理论上解决了粘滞—分子流时真空管道的流导计算困难，被认为在流导计算上提出了新的见解、新的理论，其主要成果在真空设备与抽气系统的设计、航天技术等方面有广泛的应用意义。该理论为分子增压泵的研制提供了一定的理论基础，目前分子增压泵项目已经进入产业化阶段，在应用方面获得广东省和深圳市产学研项目的支持，并获得第十届中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖。
对金属薄膜的研究是一项非常有趣和重要的课题。随着纳米材料以及多层金属薄膜的研究进展，金属薄膜的输运理论和特性研究成果被广泛应用在金属多层膜的研究中。范平提出了同时考虑表面散射和晶界散射的理论模型，在Boltzmann方程的基础上，建立了金属薄膜电子输运的理论新模型，得到了金属薄膜电导率的新公式。理论结果与实验结果符合得很好，弥补了F-S理论在较薄厚度时与实验结果不相符的缺陷。此外，他建立的金属薄膜半经典电输运理论解释了通常被认为是量子尺寸效应的典型例子的Pt薄膜和Bi薄膜的实验结果。同时，他还深入研究了金属与合金材料薄膜的物理性质、成膜过程，在对连续膜开始形成的条件与判据的实验与理论方面，提出了金属薄膜的最小连续膜厚的光学特性特征判据和电学特性特征判据。
作为深圳大学物理科学与技术学院院长、深圳市传感器技术重点实验室副主任、深圳大学薄膜物理与应用研究所所长，身兼多职的范平既关注人才培养又重视科技研发：他率先在本科专业中设立了薄膜技术与应用专业方向；他将传感器技术中敏感薄膜材料及其物理效应作为研究所的重要研究方向；他率领的科研团队先后承担和完成了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市科技计划等科研任务10余项, 在国内外权威学术期刊上发表论文百余篇。
《科学时报》 (2011-3-8 A5 综合)
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