刘晨晗：在《Science》上发表论文的南师“青椒”

2023年12月15日，南京师范大学、哈尔滨工业大学和东南大学合作在《科学》（Science）上发表了题为“Low voltage-driven high-performance thermal switching in antiferroelectric PbZrO3 thin films”（“反铁电PbZrO3薄膜中低压驱动的高性能热开关”）的论文。南京师范大学为第一单位，能源与机械工程学院刘晨晗副教授是第一作者。此外，我校张力发教授、卢平教授和卓蒙老师等参与其中。 

作为一名青年学者，刘晨晗热衷科研，将国家需求与研究方向相结合，教学认真严谨，热心指导同学，是一名热忱的研究者，也是一名热心的好老师。

从“工程师”到“研究者”

2016年，刘晨晗到加州大学伯克利分校，成为了中美联合培养博士。此后两年多，他一直沉心钻研热学，学习微尺度热输运的前沿理论。学成之后，他没有留恋在国外发展的大好前程，毅然选择回到中国，将最先进的理论带回来建设祖国。

2019年，刚取得东南大学博士学位的刘晨晗来到华为技术有限公司，担任热设计工程部高级工程师，参与芯片热设计研发工作。2020年，他来到了南京师范大学，从事教学工作与前沿技术研究。从顶尖企业的“高级工程师”，到一名认真严谨、锐意进取的教育和科研工作者，刘晨晗老师将在企业的工作经验带入到高校的基础研究之中。

刘晨晗老师说，在企业与高校的工作，存在着很大差异，但又一脉相承。在华为工作时，他更多的是负责应用比较成熟的技术去解决实际问题，尤其是控制生产成本和提高器件效率。但这样的实际应用工作并不能满足他的好奇心，他希望探索未知领域，从事前沿技术的开发工作，解决关键领域的卡脖子问题，增强国家综合竞争力。所以他离开了华为，来到了南京师范大学。在南师，刘晨晗以饱满的探索热情，全身心地投入到科研工作之中，深入研究芯片散热、智能热管理、新型固体制冷等领域，取得了显著的成绩。

在企业的工作经历，让他站到了热设计行业一线，看到了热设计在实践应用中的具体情况，了解到行业当今存在的痛点。在随后的科研生涯中，他更关注如何创新去克服行业痛点、解决现实问题，将实践经验带入理论研究中，让自己的科研更加有针对性，满足现代科技生活的应用需求，从而改善人们的生活。

刘晨晗及其课题组主要聚焦在微纳尺度热输运、机器学习、界面热输运、热管理器件研发、电卡和热电制冷、锂电池热管理等领域，已取得了不少阶段性的成果。从“工程师”到“研究者”，他希望做一些有意义能够推动人类认知和社会进步的工作。

“Science+1！”青年学者的科研之路
在顶级期刊《Science》上作为第一作者发表论文之后，刘晨晗表示将进一步瞄准国际科技前沿和国家重大战略需求，潜心治学、精心育人、刻苦钻研、继续努力，争取更多更大的成果。作为一名青年学者，刘晨晗既注重创新又脚踏实地，一步一个脚印，走好自己的科创之路。

研究铁性材料热管理这一新兴领域，与我们生活息息相关。无论是电子设备散热、新能源系统稳定性，还是航空航天领域的极端环境稳定问题，都需要对热流传导进行控制。热流传导就像电流传导一样重要，但对于热流的调控却远远落后于现实应用需求。关注到这点，刘晨晗希望通过研究实现热流密度的实时精准调控，从而提高热管理效率，改善人们的生活。

刘晨晗及其团队在做了大量的研究基础上，选择了铁电材料作为提高热管理效率的切入口，利用其独特的相变特性，来实现高效的热开关功能。“我们认为反铁电材料具有潜在优势，它可以通过电场作用下完成反平行偶极子的翻转，从而实现导热系数的大范围调控。经过艰难的实验设计与探索，我们最终在反铁电锆酸铅薄膜中获得了我们期望的热开关性能。”

反铁电PbZrO₃薄膜表征图

从定下课题到研究成功主要经历了三个阶段，共花了五年时间。刘晨晗简单地介绍了他们这篇论文的研究经历：

“第一阶段，我们通过修改软件代码，成功施加外部电场模拟外场驱动的PbZrO3反铁电-铁电相变，并通过理论计算发现了比以前更优的热开关性能，这让我们对此项研究充满信心。

第二阶段，我们通过脉冲激光诱导沉积方法制备了高质量的反铁电薄膜，通过调整厚度、控制生长方向等方式提高了热开关的开关比。

第三阶段，我们设计了一套新颖的测量系统，可以同时施加电场并准确测量薄膜的导热系数，最终验证了我们的理论研究成果。”

在热开关的研发过程中，他谈到了两件难忘的事。一是电场的施加，他们进行了长时间的尝试和测试，最终克服了这一难题。他说，这一经历让他更加深刻地体会到科研不易，但只要持之以恒，总能找到解决的方法。

反铁电-铁电相变的原位测量

和热开关机理的第一性原理计算另一个是理论计算结果显示开关比对电场方向敏感，然而实验上并没有相关的报道。这个理论发现一旦验证，那么控制薄膜生长方向能提供一个新的策略调控开关比。他制备了不同生长方向的多批次样品。刘晨晗分享道：“每次实验结果出来后，我们都会第一时间聚在一起讨论，分析结果，大家都很兴奋。尽管做科研已经好多年了，但很久没有这种兴奋感了，感觉回到了自己刚接触科研的时候，那会儿对什么都充满了好奇和求知欲。”最终，实验结果证明了理论预测，他们在热开关领域取得了全新的发现。

热开关原型

作为教师严谨不失随和
谈起对刘晨晗老师的印象，能源与机械工程学院的同学们说，刘老师特别随和，经常能在非工作时间，如下班后和周末在学校见到他。而且他非常善于指导学生，带领学生参与各种竞赛，屡获佳绩。一位跟着刘老师做毕业设计的同学分享道，“刘老师特别严谨负责，定期跟我们开周会，督促同学的毕设进展。”在他所担任导师的班级中，刘老师也广受同学好评。

刘晨晗表示，他指导学生的主要目标在于激发学生的兴趣。为了激发学生的兴趣，他会花较多时间讲解项目的背景，让学生了解到这项工作的意义。为了推进项目的进展，他会定期给学生答疑解惑，让学生了解到做项目做科研的乐趣。最后答辩撰写报告的时候，他也会认真修改答辩PPT和报告，告诉学生答辩的注意事项和撰写报告的要点，让学生了解到不仅要会做科研，还要会总结、宣传、举一反三等。从立项开始到答辩结束，刘晨晗做到了全过程参与，给予了同学们最好的指导和帮助。

作为指导老师，刘晨晗带领同学们获得了“2021年江苏省节能减排大赛二等奖”“2022年江苏省工程热物理学会第十五届学术会议优秀论文奖”“2023年第十六届大学生节能减排大赛国际赛道铜奖”等多项奖项，硕果累累。

既是一名潜心钻研的科研工作者，也是一名认真严谨的老师，刘晨晗始终饱含着对事物的热忱之心，不断探索前行，热情地科研，热心地指导同学，希望用自己在热学上的研究，推动人们生活的改善与世界科学的进步。在顶级期刊发表论文之后，刘晨晗将继续走好自己的科研与教学之路。刘晨晗，南京师范大学能源与机械工程学院副教授，校中青年领军人才“中青年杰出人才”，江苏省“科技副总”、双创博士，美国化学学会优秀审稿人，国际科研组织Vebleo会士，分别于2012年和2019年在东南大学获得工学学士和博士学位，2016年到2018年受国家留学基金委资助到美国加州大学伯克利分校联合培养。

2020年到南师大工作至今，主要从事微纳尺度热输运及其调控的研究和热管理功能器件的研发，申请热功能器件专利2项，在界面热阻、声子输运及调控、热开关和电卡制冷等领域以第一作者或通讯作者发表相关论文30余篇，Science（1篇）、Nature Communications（1篇）、Physics Reports（1篇）、Applied Physics Reviews（研究型论文，1篇）、Progress in Materials Science（1篇）、ACS Nano（1篇）、Advanced Functional Materials（1篇）、Acta Materialia（1篇）、Science China Physics, Mechanics & Astronomy（1篇）等，其中1篇ACS Editors’ Choice、1篇Featured Article、1篇Highlight Article、1篇封面文章，研究成果被Science编辑发表总结评述、被美国物理联合会编辑撰写Scilight论文专题报道，担任Nature Communications、Applied Physics Letters、Nanoscale Horizons等期刊的审稿人，获评为美国化学学会优秀审稿人，担任Frontiers in Thermal Engineering审稿编辑，多次受邀在国际国内学术会议或院校作报告并荣获Vebleo Fellow，先后主持包括国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和局厅级各类项目7项，骨干参与多个国家面上和江苏省双碳专项-基础前沿项目等。

END

往期推荐:






后台回复关键词即可获取招生 | 考研 | 高考 | 校历 | 校车 | 体育馆 | PPT

文   字	蒋宇恒
编   辑	王熙媛
审   核	徐   雯 杨鸿飞 李   敏

▼更多南师新闻，敬请留意南京师范大学官方网站。