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国奖风采郑州大学牛欢欢 博观而约取 厚积而薄发(2021至2022学年度)

       

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      个人简介:牛欢欢,男,郑州大学材料科学与工程学院2020级硕士研究生。获得2022年郑州大学硕士研究生国家奖学金,以第一作者分别在Chemical Engineering Journal (IF:16.744)和Journal of Advanced Ceramics(IF:11.534)各发表论文1篇,参与国家自然基金项目1项。

       推荐理由:不驰于空想,不骛于虚声,他脚踏实地、埋头苦干,心怀追梦之志,秉持不竭动力,制备出新型电磁波吸收材料。展望未来,他不断向着新目标,奋楫再出发!

初出茅庐遇恩师。他出身农村,读大学是他第一次踏足河南的省会——郑州。从第一次走进郑州大学的校门,他在这里一待就是七年。除了寒假偶尔回家看望父母,他剩下的时间基本上都在学校中度过。在这里,他结识了人生中最重要的学术引航人——导师范冰冰教授。从此在这里,他与211实验室结下了不解之缘,也就是在这里,他取得了优异的科研成果,获得了2022年研究生国家奖学金。

勤勉学习夯基础。终生大计,莫过于学习。作为一名硕士生,在研究生理论课的学习过程中,他有自己独特的心得:他认为研究生的课程学习内容和方法都与以前大不相同,每一个知识点,每一个理论模型都可能会指导日后的科研工作。学问未必全由书本出,仅仅学习书本上远远不够。他尝试走出应试思维的怪圈,坚信学习与能力并重。他一直推崇“学以致用”“书本理论联系实验实际”,针对材料科学与工程专业的学科特点,不断尝试着把自己的所学应用到每个实验细节中,进入实践锻炼,经常与同学们在一起探讨交流专业问题,不断丰富和充实自己的科学文化知识,这不仅训练了他的科学实验逻辑思维能力、实践操作能力,而且也提高了他和同学们团结合作的能力。

紧跟时代助发展。在科研方面,他追求创新突破。刚入学的时候他偶然间与老师谈及我国在通讯领域取得的巨大成就,心中充满了自豪,当即表示投身电磁领域,为我国电磁通讯事业增砖添瓦。当前,我国科技迅速发展,尤其是通讯领域领先世界,但随之而来的电磁污染问题不容忽视,电磁波污染已成为一种新型污染源,危害着人体健康。此外,电磁设备在工作时会辐射电磁信号,造成电磁泄露,造成信息失密。故而迫切需要设计和开发高性能的电磁波吸收材料来应对复杂的电磁环境。

已有电磁波吸收材料难以满足“薄”“轻”“宽”“强”的要求,为此,他提出以Ti3C2Tx纳米片材料为基础,结合SiO2微球制备核壳结构复合材料。Ti3C2Tx纳米片具有高电导率、高衰减常数等特性,SiO2微球具有低成本、低密度的特点,以SiO2微球为核还可以打破Ti3C2Tx纳米片的自堆积,改善其电磁参数。本次工作的问题在于如何使Ti3C2Tx纳米片成功包裹在SiO2微球上。他首次提出SiO2@Ti3C2Tx核壳结构,查阅Ti3C2Tx纳米片相关文献以寻求解决问题的突破口。经过查找阅读大量文献,他发现有人通过氢键结合成功制备出PMMA@Ti3C2Tx核壳结构。这给了他很大的启发:Ti3C2Tx纳米片表面含有大量-OH,通过溶胶凝胶法制备的SiO2表面同样含有大量-OH,二者是否也可以通过氢键结合制备SiO2@Ti3C2Tx核壳结构?想到这点,他马上开始行动。但是很遗憾,多次尝试后实验并没有成功。这并没有使他气馁,因为他坚信这个想法是可行的,一定是在某个环节出了问题。他一边继续重复观察实验,一边查找相关文献,希望找到实验失败的原因。多方查找无果,在某个瞬间,他脑子里闪过一个念头:由于Ti3C2Tx纳米片表面含有大量-OH,因此在水溶液中显负电势,那么和Ti3C2Tx纳米片一样,表面含有大量-OH的SiO2在水溶液中是否也显负电势,是不是因为静电排斥使二者无法结合,导致实验失败?为了验证这个想法,他检测了SiO2水溶液的ZATA电势为负值,果然不出所料。

柳暗花明破难关。找到了失败的原因,也就找到了成功的办法:既然静电力在纳米材料的制备领域内作用这么大,他想何不化被动为主动,通过表面改性的方法,把显负电势的SiO2改为正电势,然后根据静电结合的方法制备SiO2@Ti3C2Tx核壳结构。最终他选择使用硅烷耦合剂对SiO2进行表面改性,把SiO2表面的-OH改为-NH2,-NH2在水溶液中质子化使SiO2显正电势。确定实验思路之后,他开始制定实验方案。为了防止-NH2的氧化,他自己设计了N2气氛反应体系,使整个实验过程在N2气氛的保护下进行。经过几次对实验条件的探究之后,对SiO2的改性终于成功了。解决了实验过程中最关键的问题,SiO2@Ti3C2Tx核壳结构复合材料的成功制备也就顺理成章。之后就是控制原料进行调控SiO2@Ti3C2Tx核壳结构复合材料的电磁参数,最终达到了非常优异的电磁波吸收性能。

硕果累累收获。从实验思路的设计到成功制备出优异的电磁波吸收材料,整个过程用时三个月,其中阻碍重重,实验过程中遇到的难点就数不胜数,在那三个月里,他每天在实验室工作14个小时以上。令人欣慰的是取得的成果是可喜的——不仅这次的工作发表在了Chemical Engineering Journal(IF:16.744)上,而且还设计并完成了第二篇论文,发表在Journal of Advanced Ceramics(IF:11.534)上。为Ti3C2Tx纳米片复合材料在吸波领域的应用拓展了新的思路。

“在沉默中努力,让成功为自己发声!”牛欢欢说,制备出优异的电磁波吸收材料只是一个开始,他的目标是继续读博深造,研究专业知识,为国家发展贡献自己的力量。

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