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这名交大人，和压电陶瓷“较劲”了15年……
他，和压电陶瓷“较劲”了15年，现在正和科研团队一起专注于制作一种用于物理治疗的医用陶瓷片，可帮助很多脑疾病患者。
今天，让我们走进西安交通大学第七届“十大学术新人”——电信学部李景雷老师的科研故事。
人物名片
李景雷，1987年生，博士。主要研究方向为电子陶瓷与器件。
2018年8月进入电信学部电子陶瓷与器件教育部重点实验室从事科研工作。
■主持国家自然科学基金青年项目1项；
■中国博士后基金特别资助项目和面上项目各1项；
■陕西省高校联合项目-重点项目1项；
■陕西省自然科学基金面上项目1项，横向项目4项等。
在Nature Materials、Nature Communications、Advanced Materials等期刊共发表SCI论文41篇（第一作者19篇，通讯作者4篇），其中发表在Nature Materials（一作）和Advanced Materials（一作）的论文分别被ESI收录为高被引论文和热点论文，SCI他引分别为59次和272次。
研究工作被IEEE Fellow等国际同行评价为：“另辟蹊径，采用模板定向法，制备出了高储能密度的陶瓷材料” “为大规模电介质储能材料提供了一个急需的技术途径”。
和压电陶瓷“较劲”的一名“铁瓷”
李景雷（图左）与吴杰
在实验室讨论压电陶瓷的性能改进工作
“我是徐卓、李飞老师团队的一员，我们团队专门进行压电材料研究。压电陶瓷里面有一类陶瓷是具有铁电性质的陶瓷，这类陶瓷的压电性一般比较高，被称为铁电陶瓷。我可是铁电陶瓷的‘铁瓷’，先带你进实验室看看……”
刚一见面，李景雷快人快语，详细介绍起压电陶瓷的制作工艺：配料、混合磨细、预烧、二次磨细、造粒、成型、排塑、烧结成瓷、外形加工、焙电极、高压极化、老化测试……
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。生物医学工程是压电陶瓷应用的重要领域，可以用来探测人体信息和进行压电超声治疗。
由于体内的各种组织对超声波有不同的反射和透射作用，压电陶瓷发出的声波在人体内传输，返回来经压电陶瓷接收又变成电信号显示在屏幕上，据此可以判断内脏组织的情况，而且进入人体的超声波达到一定的强度的时候，能使组织发热并轻微震动。这种震动可以对一些疾病起治疗作用。
和陶瓷“较劲”十几年依然有冲劲
李景雷在实验室指导学生制备压电陶瓷
“我本科学的是特种陶瓷，后来学电子陶瓷，在美国留学的时候做储能陶瓷，算起来，我已经和陶瓷‘较劲’十五年了！”李景雷说。十五年的“较劲”使李景雷对各种陶瓷的性能和用途都非常熟悉，“压电陶瓷领域，可做的事情太多了！”
李景雷和团队成员目前正专注于制作一种用于物理治疗的医用陶瓷片。这涉及一种电刺激物理治疗手段，通过将电磁场传递至病灶，对生物电活动及细胞内极性分子起调控作用，目前主要用于深部脑刺激与神经调控，研发团队还在进一步挖掘其在治疗肿瘤方面的潜力。这种陶瓷片是该物理治疗设备的核心换能器件，它被贴于患者头部，电磁信号通过陶瓷片被转换为可以深入病变组织的能量形式，从而达到深部脑刺激的目的。
这种环形陶瓷片不足一枚一元硬币大小。“研发它，团队用了两年半的时间，每个操作环节都意味着无数次的失败和考验。”李景雷说，“如何配料？温度控制到多少？怎么优化性能……每一天，实验室里都有无数的问题等着大家逐个解决，但是大家都有一股冲劲。”
这种冲劲既来自整个团队投身科研的热情，更来自于陶瓷片应用于电刺激物理治疗仪可产生的实际效果。“因为我们正在做的事情，可以帮助很多脑疾病患者。”
如果该物理治疗仪进一步成功应用于肿瘤治疗，那将是利国利民的大好事。传统的肿瘤治疗手段包括手术、化疗和放疗。化疗主要通过药物作用于DNA，引起DNA的错配修复障碍、DNA链交联或断裂，导致细胞死亡。放疗则是利用电离辐射粒子破坏DNA进而损伤细胞。而电刺激物理治疗则通过头部贴片的方式进行治疗，在干预肿瘤生长的同时，不损伤正常细胞，实现了“内病外治”，是一种新型无创物理治疗手段。
“2020年，以这种陶瓷片为核心器件制作的电刺激物理治疗仪项目已经完成A轮融资，目前已进入临床试验阶段，很快将能应用于广大患者。”说起这个环形陶瓷片的应用前景，李景雷充满期待。包括他在内的整个团队成员都争分夺秒地往前冲，为此放弃了周末和各种假期，“在实验室忙到午夜12点后才走，这已是我们实验室里的‘日常’。”
较劲，既是挑战自己，也为不被“卡脖子”
2020年6月15日，英国《自然材料》期刊在线发表了西安交大研究团队的最新学术成果Grain-orientation-engineered multilayer ceramic capacitors for energy storage applications（用于能量存储的织构多层陶瓷电容器）。论文第一作者为李景雷老师。
制作压电陶瓷的工艺有十几道，需要用到的仪器有几十台，不仅需要对制备的压电陶瓷进行宏观介电压电性能检测，还需要对制备过程中的陶瓷微观结构进行检测，李景雷整天花大量的时间在实验室操作这些机器，陪家人的时间就变少了。
6岁的儿子看到李景雷出门就说：“爸爸你又要去实验室啊！”李景雷的妻子笑称：“对他来说，在实验室度过的一天才是充实的，陪我们的时候经常是‘身在曹营心在汉’！”李景雷说道：“我不由自主就会去思考实验步骤咋完善！我们团队的人都有这个习惯！”
在高性能压电陶瓷领域，目前国内高端压电陶瓷材料主要依赖于美国CTS公司、德国PI公司、日本富士等公司。国内技术近几年已越来越成熟，但随着研究的深入，遇到的挑战也越来越多。疫情期间发生的一件事深深刺痛了李景雷和他的团队。
当时口罩机非常紧俏，口罩机上用到的超声波压电陶瓷环片的价格更是水涨船高，从几百块涨到了几千块。超声波压电陶瓷环片用在口罩机焊接换能器上，主要功能是完成鼻线贴合、耳带焊接等工艺。“我们需要更多的科研人继续在高性能压电陶瓷领域探索，”李景雷说，“比如在B超领域，影像清晰、性能更良好的B超机几乎都依赖进口压电陶瓷，我们下一步努力的方向就是将B超机上用到的压电陶瓷替换为国产的。不能在压电陶瓷上被别人‘卡脖子’。团队经过数年的潜心研究，已成功制备了两种高性能压电陶瓷，应用前景广阔。”
从2018年8月进入电信学部电子陶瓷与器件教育部重点实验室从事科研工作以来，李景雷主持国家自然科学青年基金、中国博士后基金特别资助项目和面上项目、陕西省重点研发项目、陕西省自然科学基金面上项目、企业横向项目等12项，以第一作者或通讯作者在Nature Materials, Nature Communications, Advanced Materials等学术期刊发表论文6篇，得到了国际同行学者的正面评价，其中发表在Advanced Materials和Nature Materials的论文分别被ESI收录为热点论文和高被引论文。担任Journal of Materials Chemistry C, Ceramics International等多个国际著名期刊审稿人。
“科研是一条充满挑战和不确定的道路，留学美国的时候，我感触最深的就是，美国的科研人员也很拼，并不是我们以为的朝九晚五、到点走人。虽然他们的科研投入更大、积淀更多，但我们要赶上和超过他们并非不可能！创新港和秦创原平台的建设，以及相应的配套体制机制，为我们提供了一个良好的科研环境，未来我们将研制出具有更高性能的压电陶瓷，提高压电陶瓷的温度稳定性，将它们广泛应用于不同条件、不同需求各科技和生活领域中。”
“我可是铁电陶瓷的‘铁瓷’呢，比铁哥们还要铁！”面对未来，李景雷信心满满。
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图文 / 李莉
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