近日，阿里達摩院青橙獎公布，10位青年科學家共享1000萬獎金，青橙獎是向全球范圍對科技進步有關鍵推動作用的中國青年學者的年度獎項，旨在發(fā)掘和支持從事人工智能、芯片、智能制造等基礎科學和應用技術研究領域的優(yōu)秀青年工作者，每位獲獎人將獲得100萬人民幣獎金。

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的博士生導師，今年的百萬獎金更像是給她的導師禮物。

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

1839年，德國礦物學家古斯塔夫羅斯（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構的礦石鈦酸鈣（CaTiO3），鈣鈦礦晶體結構是由俄羅斯礦物學家列夫·佩羅夫斯基（Lev Perovski）于1839年研究鈣鈦礦石中的鈦酸鈣晶體時而提出。

因為首先被發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦材料是鈣與鈦的復合氧化物（CaTiO3），所以中文稱其為鈣鈦礦。如今，鈣鈦礦已不再特指鈣鈦復合氧化物，而用來泛指一系列與上述礦物晶體結構相似的材料（化學式通常為 ABX3）。

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

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

光伏產業(yè)是能源史上技術迭代突出的產業(yè)之一，電池材料、技術在效率和效益的倒逼下不斷掀起新的產業(yè)潮流。在當前太陽能電池領域，晶體硅電池稱王已是不爭的事實。即便晶體硅電池在當下仍然占據(jù)著太陽能電池的王位，但科學家認為，鈣鈦礦電池會是新的光伏顛覆者，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：高溫超導體銅氧化物、鈣鈦礦氧離子導體、有機無機復合鈣鈦礦和純無機鈣鈦礦；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”——作為一種新興半導體材料，它在光電子等多個領域已顯現(xiàn)出巨大應用潛力，但其工作時的“量子轉化效率”始終是制約發(fā)展的關鍵。

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

然而，12% 的效率仍遠低于有機發(fā)光二極管和量子點發(fā)光二極管。當時還在劍橋大學卡文迪許實驗室讀博的趙保丹在研究鈣鈦礦發(fā)光器件時，發(fā)現(xiàn)了影響鈣鈦礦發(fā)光二極管效率的重要機制——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結構，降低了鈣鈦礦材料內部與界面上的非輻射能量損耗。該研究首次實現(xiàn)了近 100% 的內量子效率的電致發(fā)光，報道了大于 20% 的外量子效率，創(chuàng)造了鈣鈦礦發(fā)光二極管的效率紀錄。

這項研究也被《自然·光子學》選為了當期的封面，其利用鈣鈦礦-聚合物異質結構突破了鈣鈦礦 LED 效率的世界紀錄，讓鈣鈦礦 LED 這種制備簡單、成本低廉的技術在未來更具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

此外，為了解決鈣鈦礦材料實現(xiàn)大規(guī)模應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能電池的研究人員之一。其研究為推動鈣鈦礦光電子技術的規(guī)?；瘧闷鸬搅撕艽蟮淖饔?。

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。

當被問到為什么選擇理科的時候，趙保丹笑稱因為自己從小的理工科就非常好，大學選了物理專業(yè)。

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

她認為女生的第六感可能是做科研的優(yōu)勢之一。因為做科研就是創(chuàng)新，有時需要突發(fā)奇想，探索一些別人沒有想到的方向。我在進行探索型實驗時的判斷往往就比較準，經?？梢哉业奖容^關鍵的地方。另外女生認真仔細的優(yōu)勢會更多地發(fā)現(xiàn)一些細節(jié)，對有些細節(jié)的關注可能改變我們的研究方向。