近日，阿里達(dá)摩院青橙獎(jiǎng)公布，10位青年科學(xué)家共享1000萬獎(jiǎng)金，青橙獎(jiǎng)是向全球范圍對(duì)科技進(jìn)步有關(guān)鍵推動(dòng)作用的中國(guó)青年學(xué)者的年度獎(jiǎng)項(xiàng)，旨在發(fā)掘和支持從事人工智能、芯片、智能制造等基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)研究領(lǐng)域的優(yōu)秀青年工作者，每位獲獎(jiǎng)人將獲得100萬人民幣獎(jiǎng)金。

在這些人里，一位女生格外亮眼，她的名字叫趙保丹，91年出生的她，29歲就成為了浙江大學(xué)的博士生導(dǎo)師，今年的百萬獎(jiǎng)金更像是給她的導(dǎo)師禮物。

趙保丹的研究工作主要涉及鈣鈦礦LED、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，以及與上述課題有關(guān)的器件物理和光物理。2019 年 12 月 14 日，《麻省理工科技評(píng)論》公布了 2019 年“35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人”（Innovators Under 35 China）中國(guó)區(qū)榜單，趙保丹名列榜單。

1839年，德國(guó)礦物學(xué)家古斯塔夫羅斯（Gustav Rose）在俄羅斯烏拉爾山脈發(fā)現(xiàn)了第一種擁有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的礦石鈦酸鈣（CaTiO3），鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)是由俄羅斯礦物學(xué)家列夫·佩羅夫斯基（Lev Perovski）于1839年研究鈣鈦礦石中的鈦酸鈣晶體時(shí)而提出。

因?yàn)槭紫缺话l(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦材料是鈣與鈦的復(fù)合氧化物（CaTiO3），所以中文稱其為鈣鈦礦。如今，鈣鈦礦已不再特指鈣鈦復(fù)合氧化物，而用來泛指一系列與上述礦物晶體結(jié)構(gòu)相似的材料（化學(xué)式通常為 ABX3）。

在科學(xué)家的不斷研究中，鈣鈦礦原子結(jié)構(gòu)的合成變得更加容易。但直到2009年，日本科學(xué)家Tsutomu Miyasaka率先將鈣鈦礦材料用于染料敏化太陽(yáng)能電池作為吸光材料，獲得了3.8%的光電轉(zhuǎn)化效率。

這類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料有著獨(dú)特的晶體及電子結(jié)構(gòu)，近年來引起了太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、催化與電催化等領(lǐng)域的極大重視。

光伏產(chǎn)業(yè)是能源史上技術(shù)迭代突出的產(chǎn)業(yè)之一，電池材料、技術(shù)在效率和效益的倒逼下不斷掀起新的產(chǎn)業(yè)潮流。在當(dāng)前太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，晶體硅電池稱王已是不爭(zhēng)的事實(shí)。即便晶體硅電池在當(dāng)下仍然占據(jù)著太陽(yáng)能電池的王位，但科學(xué)家認(rèn)為，鈣鈦礦電池會(huì)是新的光伏顛覆者，是晶體硅電池、薄膜電池之后的第三代光伏電池之中的突圍者。

如果按照材料組分分類，主要包括四大研究方向：高溫超導(dǎo)體銅氧化物、鈣鈦礦氧離子導(dǎo)體、有機(jī)無機(jī)復(fù)合鈣鈦礦和純無機(jī)鈣鈦礦；而在后兩類材料中，如果其成分包含鹵族元素的話，也叫做“鹵素鈣鈦礦”——作為一種新興半導(dǎo)體材料，它在光電子等多個(gè)領(lǐng)域已顯現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力，但其工作時(shí)的“量子轉(zhuǎn)化效率”始終是制約發(fā)展的關(guān)鍵。

2018 年之前的四年時(shí)間里，鈣鈦礦發(fā)光二極管的外量子效率實(shí)現(xiàn)了從低于 1% 到大約 12% 的大幅度提升。

然而，12% 的效率仍遠(yuǎn)低于有機(jī)發(fā)光二極管和量子點(diǎn)發(fā)光二極管。當(dāng)時(shí)還在劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室讀博的趙保丹在研究鈣鈦礦發(fā)光器件時(shí)，發(fā)現(xiàn)了影響鈣鈦礦發(fā)光二極管效率的重要機(jī)制——鈣鈦礦材料本體和器件界面上的非輻射損失。

隨后她從發(fā)光機(jī)理入手，在鈣鈦礦材料中引入聚合物，通過聚合物與鈣鈦礦形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，降低了鈣鈦礦材料內(nèi)部與界面上的非輻射能量損耗。該研究首次實(shí)現(xiàn)了近 100% 的內(nèi)量子效率的電致發(fā)光，報(bào)道了大于 20% 的外量子效率，創(chuàng)造了鈣鈦礦發(fā)光二極管的效率紀(jì)錄。

這項(xiàng)研究也被《自然·光子學(xué)》選為了當(dāng)期的封面，其利用鈣鈦礦-聚合物異質(zhì)結(jié)構(gòu)突破了鈣鈦礦 LED 效率的世界紀(jì)錄，讓鈣鈦礦 LED 這種制備簡(jiǎn)單、成本低廉的技術(shù)在未來更具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

此外，為了解決鈣鈦礦材料實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用化面臨的主要問題之一：含有毒性。趙保丹利用錫替代鉛的方式降低了鈣鈦礦的毒性，也是最早探索高效錫鉛混合鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究人員之一。其研究為推動(dòng)鈣鈦礦光電子技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用起到了很大的作用。

趙保丹在近5年共發(fā)表SCI期刊論文20篇，包括Nature Photonics (cover article), Nature Communications, Joule, Advanced Materials, Nano Letters, ACS Energy Letters。可以說在30歲之前創(chuàng)造了許多人一生無法企及的成就。

當(dāng)被問到為什么選擇理科的時(shí)候，趙保丹笑稱因?yàn)樽约簭男〉睦砉た凭头浅：?，大學(xué)選了物理專業(yè)。

“古詩(shī)，你背一首、兩首，它還有很多。但是物理，你學(xué)得越多，最后它反而變得越少，最終統(tǒng)一成很少的幾個(gè)公式，這是很美的一件事?！?br>

她認(rèn)為女生的第六感可能是做科研的優(yōu)勢(shì)之一。因?yàn)樽隹蒲芯褪莿?chuàng)新，有時(shí)需要突發(fā)奇想，探索一些別人沒有想到的方向。我在進(jìn)行探索型實(shí)驗(yàn)時(shí)的判斷往往就比較準(zhǔn)，經(jīng)?？梢哉业奖容^關(guān)鍵的地方。另外女生認(rèn)真仔細(xì)的優(yōu)勢(shì)會(huì)更多地發(fā)現(xiàn)一些細(xì)節(jié)，對(duì)有些細(xì)節(jié)的關(guān)注可能改變我們的研究方向。