他，和壓電陶瓷“較勁”了15年，現在正和科研團隊一起專注於製作一種用於物理治療的醫用陶瓷片，可幫助很多腦疾病患者。
今天，讓我們走進西安交通大學第七屆“十大學術新人”——電信學部李景雷老師的科研故事。
李景雷，1987年生，博士。主要研究方向為電子陶瓷與器件。
■主持國家自然科學基金青年專案1項；
■中國博士後基金特別資助專案和麵上專案各1項；
■陝西省高校聯合專案-重點專案1項；
■陝西省自然科學基金面上專案1項，橫向專案4項等。
在Nature Materials、Nature Communications、Advanced Materials等期刊共發表SCI論文41篇（第一作者19篇，通訊作者4篇），其中發表在Nature Materials（一作）和Advanced Materials（一作）的論文分別被ESI收錄為高被引論文和熱點論文，SCI他引分別為59次和272次。
研究工作被IEEE Fellow等國際同行評價為：“另闢蹊徑，採用模板定向法，製備出了高儲能密度的陶瓷材料” “為大規模電介質儲能材料提供了一個急需的技術途徑”。
和壓電陶瓷“較勁”的一名“鐵瓷”
“我是徐卓、李飛老師團隊的一員，我們團隊專門進行壓電材料研究。壓電陶瓷裡面有一類陶瓷是具有鐵電性質的陶瓷，這類陶瓷的壓電性一般比較高，被稱為鐵電陶瓷。我可是鐵電陶瓷的‘鐵瓷’，先帶你進實驗室看看……”
剛一見面，李景雷快人快語，詳細介紹起壓電陶瓷的製作工藝：配料、混合磨細、預燒、二次磨細、造粒、成型、排塑、燒結成瓷、外形加工、焙電極、高壓極化、老化測試……
壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的資訊功能陶瓷材料，已被廣泛應用於醫學成像、聲感測器、聲換能器、超聲馬達等。生物醫學工程是壓電陶瓷應用的重要領域，可以用來探測人體資訊和進行壓電超聲治療。
由於體內的各種組織對超聲波有不同的反射和透射作用，壓電陶瓷發出的聲波在人體內傳輸，返回來經壓電陶瓷接收又變成電訊號顯示在螢幕上，據此可以判斷內臟組織的情況，而且進入人體的超聲波達到一定的強度的時候，能使組織發熱並輕微震動。這種震動可以對一些疾病起治療作用。
和陶瓷“較勁”十幾年依然有衝勁
“我本科學的是特種陶瓷，後來學電子陶瓷，在美國留學的時候做儲能陶瓷，算起來，我已經和陶瓷‘較勁’十五年了！”李景雷說。十五年的“較勁”使李景雷對各種陶瓷的效能和用途都非常熟悉，“壓電陶瓷領域，可做的事情太多了！”
李景雷和團隊成員目前正專注於製作一種用於物理治療的醫用陶瓷片。這涉及一種電刺激物理治療手段，透過將電磁場傳遞至病灶，對生物電活動及細胞內極性分子起調控作用，目前主要用於深部腦刺激與神經調控，研發團隊還在進一步挖掘其在治療腫瘤方面的潛力。這種陶瓷片是該物理治療裝置的核心換能器件，它被貼於患者頭部，電磁訊號透過陶瓷片被轉換為可以深入病變組織的能量形式，從而達到深部腦刺激的目的。
這種環形陶瓷片不足一枚一元硬幣大小。“研發它，團隊用了兩年半的時間，每個操作環節都意味著無數次的失敗和考驗。”李景雷說，“如何配料？溫度控制到多少？怎麼最佳化效能……每一天，實驗室裡都有無數的問題等著大家逐個解決，但是大家都有一股衝勁。”
這種衝勁既來自整個團隊投身科研的熱情，更來自於陶瓷片應用於電刺激物理治療儀可產生的實際效果。“因為我們正在做的事情，可以幫助很多腦疾病患者。”
如果該物理治療儀進一步成功應用於腫瘤治療，那將是利國利民的大好事。傳統的腫瘤治療手段包括手術、化療和放療。化療主要透過藥物作用於DNA，引起DNA的錯配修復障礙、DNA鏈交聯或斷裂，導致細胞死亡。放療則是利用電離輻射粒子破壞DNA進而損傷細胞。而電刺激物理治療則透過頭部貼片的方式進行治療，在干預腫瘤生長的同時，不損傷正常細胞，實現了“內病外治”，是一種新型無創物理治療手段。
“2020年，以這種陶瓷片為核心器件製作的電刺激物理治療儀專案已經完成A輪融資，目前已進入臨床試驗階段，很快將能應用於廣大患者。”說起這個環形陶瓷片的應用前景，李景雷充滿期待。包括他在內的整個團隊成員都爭分奪秒地往前衝，為此放棄了週末和各種假期，“在實驗室忙到午夜12點後才走，這已是我們實驗室裡的‘日常’。”
較勁，既是挑戰自己，也為不被“卡脖子”
製作壓電陶瓷的工藝有十幾道，需要用到的儀器有幾十臺，不僅需要對製備的壓電陶瓷進行宏觀介電壓電效能檢測，還需要對製備過程中的陶瓷微觀結構進行檢測，李景雷整天花大量的時間在實驗室操作這些機器，陪家人的時間就變少了。
6歲的兒子看到李景雷出門就說：“爸爸你又要去實驗室啊！”李景雷的妻子笑稱：“對他來說，在實驗室度過的一天才是充實的，陪我們的時候經常是‘身在曹營心在漢’！”李景雷說道：“我不由自主就會去思考實驗步驟咋完善！我們團隊的人都有這個習慣！”
在高效能壓電陶瓷領域，目前國內高階壓電陶瓷材料主要依賴於美國CTS公司、德國PI公司、日本富士等公司。國內技術近幾年已越來越成熟，但隨著研究的深入，遇到的挑戰也越來越多。疫情期間發生的一件事深深刺痛了李景雷和他的團隊。
當時口罩機非常緊俏，口罩機上用到的超聲波壓電陶瓷環片的價格更是水漲船高，從幾百塊漲到了幾千塊。超聲波壓電陶瓷環片用在口罩機焊接換能器上，主要功能是完成鼻線貼合、耳帶焊接等工藝。“我們需要更多的科研人繼續在高效能壓電陶瓷領域探索，”李景雷說，“比如在B超領域，影像清晰、效能更良好的B超機幾乎都依賴進口壓電陶瓷，我們下一步努力的方向就是將B超機上用到的壓電陶瓷替換為國產的。不能在壓電陶瓷上被別人‘卡脖子’。團隊經過數年的潛心研究，已成功製備了兩種高效能壓電陶瓷，應用前景廣闊。”
從2018年8月進入電信學部電子陶瓷與器件教育部重點實驗室從事科研工作以來，李景雷主持國家自然科學青年基金、中國博士後基金特別資助專案和麵上專案、陝西省重點研發專案、陝西省自然科學基金面上專案、企業橫向專案等12項，以第一作者或通訊作者在Nature Materials, Nature Communications, Advanced Materials等學術期刊發表論文6篇，得到了國際同行學者的正面評價，其中發表在Advanced Materials和Nature Materials的論文分別被ESI收錄為熱點論文和高被引論文。擔任Journal of Materials Chemistry C, Ceramics International等多個國際著名期刊審稿人。
“科研是一條充滿挑戰和不確定的道路，留學美國的時候，我感觸最深的就是，美國的科研人員也很拼，並不是我們以為的朝九晚五、到點走人。雖然他們的科研投入更大、積澱更多，但我們要趕上和超過他們並非不可能！創新港和秦創原平臺的建設，以及相應的配套體制機制，為我們提供了一個良好的科研環境，未來我們將研製出具有更高效能的壓電陶瓷，提高壓電陶瓷的溫度穩定性，將它們廣泛應用於不同條件、不同需求各科技和生活領域中。”
“我可是鐵電陶瓷的‘鐵瓷’呢，比鐵哥們還要鐵！”面對未來，李景雷信心滿滿。
來源：西安交通大學
