張亞剛（前排右二）和學(xué)生
2022年7月，電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院張亞剛教授團(tuán)隊(duì)在國際著名學(xué)術(shù)刊物 Infomat 發(fā)表了題為“Direct Observation of the Mpemba Effect with Water–Probe the Mysterious Heat Transfer”的研究論文，這一重大發(fā)現(xiàn)破解了困擾物理化學(xué)科普界50多年的難題，終結(jié)了關(guān)于Mpemba（姆潘巴）效應(yīng)的困惑和爭(zhēng)論。
一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)
見到張亞剛時(shí)，他正帶領(lǐng)學(xué)生用冰激凌進(jìn)行冷凍實(shí)驗(yàn)，希望進(jìn)一步探究在鹽水、糖水、牛奶、咖啡、冰淇淋等復(fù)雜和多相體系中是否能觀察到Mpemba 效應(yīng)（在同等質(zhì)量和同等冷卻環(huán)境下，溫度略高的液體比溫度略低的液體先結(jié)冰的現(xiàn)象）。
提到破解Mpemba效應(yīng)，張亞剛說：“這并不是我主要的研究方向，完全是好奇心驅(qū)動(dòng)和科研工作者的使命感。”
中學(xué)時(shí)期，張亞剛的初、高中化學(xué)老師都多次提及這一現(xiàn)象，他們鼓勵(lì)同學(xué)們未來要勇于破解這一神秘現(xiàn)象，這一教誨和期望在張亞剛的心里埋下了一粒種子。
2012年英國皇家發(fā)行會(huì)舉辦的一個(gè)題為“誰能夠提出對(duì)Mpemba 效應(yīng)最合理的解釋”挑戰(zhàn)賽。當(dāng)時(shí)張亞剛正在美國攻讀博士后，這個(gè)題目立馬激起了他的好奇心。他從實(shí)驗(yàn)室把裝有冷熱水的燒杯放進(jìn)冰箱，但在讀數(shù)過程中發(fā)現(xiàn)，開關(guān)冰箱門會(huì)擾動(dòng)冷卻環(huán)境，得出的結(jié)果沒有意義，最終不了了之。
剛到電子科技大學(xué)工作不久，加拿大Simon Fraser University的Kumar 和Bechhoefer教授于2020年在Nature上發(fā)表題為“膠體系統(tǒng)中的指數(shù)級(jí)快速冷卻”的研究論文再次勾起了張亞剛強(qiáng)烈的好奇心，他心想能否用更簡(jiǎn)單直觀的體系，系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行驗(yàn)證呢？于是他下決心要帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)破解這一困擾物理化學(xué)科普界50多年的世界難題。
團(tuán)隊(duì)首先進(jìn)行了細(xì)致的理論分析：從物理化學(xué)的角度，溫度愈高，分子運(yùn)動(dòng)愈快；物體愈冷，分子運(yùn)動(dòng)愈慢。如果溫度高的水可以比溫度低的水先結(jié)冰，那意味著以溫度對(duì)時(shí)間作圖的兩條冷卻曲線，在結(jié)冰點(diǎn)以上會(huì)發(fā)生交叉，也意味著溫度高的水冷卻的速度更快。
張亞剛帶領(lǐng)研究生仔細(xì)分析了Paul F. Linden和Henry C. Burridge教授的實(shí)驗(yàn)后得出結(jié)論：一要設(shè)計(jì)足夠強(qiáng)大的冷卻場(chǎng)，二要采用較小體積的水（30～40mL）。
雖然找到了良好的觀察條件，但研究工作初期卻進(jìn)展緩慢：人工觀察讀數(shù)效率低、耗時(shí)長，觀察過程極為痛苦。
于是張亞剛轉(zhuǎn)換思路，尋找可以自動(dòng)測(cè)溫的傳感器和溫度記錄系統(tǒng)?？嗫鄬ひ?，終于找到了合適的設(shè)備單元，并把他們組裝在一起，形成了一套體系，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和分析變得更加方便，極大提高了實(shí)驗(yàn)效率。
張亞剛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在幾百條實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中總結(jié)規(guī)律，考慮影響因素，優(yōu)化條件，最終發(fā)現(xiàn)了在水這一簡(jiǎn)單體系中可以觀察到Mpemba 效應(yīng)的條件。
除了給出科學(xué)解釋，張亞剛團(tuán)隊(duì)還申請(qǐng)了Mpemba 效應(yīng)成套實(shí)驗(yàn)裝置的中國發(fā)明專利，希望激發(fā)更多中小學(xué)生在化學(xué)領(lǐng)域的興趣。
一個(gè)選擇
在2018年12月國家級(jí)人才化學(xué)化工專委會(huì)的會(huì)議上，一同參會(huì)的向張亞剛推薦了電子科技大學(xué)。2019年7月，回國6年之后，張亞剛加入電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院，一切歸零，開始了自己的二次“創(chuàng)業(yè)”。
電子科技大學(xué)一向以電子信息見長，作為長期在化工新材料與綠色化學(xué)領(lǐng)域深耕的科技工作者，張亞剛計(jì)劃將自己的化學(xué)化工專業(yè)背景與電子信息產(chǎn)業(yè)需求相結(jié)合，以期研究并解決電子封裝材料和微系統(tǒng)集成中的關(guān)鍵材料和工藝問題。
回憶起剛來電子科技大學(xué)的情景，張亞剛說，學(xué)校提供的杰出人才科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)，在關(guān)鍵的起步階段是非常珍貴的。裝修實(shí)驗(yàn)室、購買實(shí)驗(yàn)儀器，科研工作一步步走上軌道。他和團(tuán)隊(duì)成員一起，把一個(gè)空曠的房間變成現(xiàn)在明亮干凈的實(shí)驗(yàn)室，并且迎來了一位又一位充滿朝氣的學(xué)生。
團(tuán)隊(duì)內(nèi)融洽的氛圍，校院兩級(jí)的支持，讓張亞剛感受到了家的溫暖。“如果你在一個(gè)大家庭里感到很溫馨，你就想一直留下來。出國留學(xué)時(shí)學(xué)的是國際視野，而家國情懷是每個(gè)人內(nèi)心力量的源泉。只有從內(nèi)心認(rèn)同這個(gè)家，愛這個(gè)家，才能真正為之奮斗。”張亞剛說。
一起成長
“在我的求學(xué)生涯中，非常幸運(yùn)地遇到幾位珍貴的好老師，從興趣愛好的培養(yǎng)、職業(yè)生涯的選擇、為人處世的風(fēng)格，都對(duì)我影響很大。如果不是我的中學(xué)化學(xué)老師，我大學(xué)也許不會(huì)選擇材料化學(xué)這個(gè)專業(yè)。”一路走來，張亞剛遇到了很多好老師，為他指路引航，于是，他也把從老師那得到的力量傳遞給學(xué)生。
“必須要通過流量和粘性才能展示‘成就’，得到‘認(rèn)同’，才能獲得機(jī)會(huì)的形勢(shì)下，很多老師自己都迷失了方向，更何況學(xué)生。”張亞剛說，“本科和研究生階段是一個(gè)人心智逐漸成熟的關(guān)鍵期，但常會(huì)遇到挫折、迷茫、沮喪和困惑。在一個(gè)快速變化的時(shí)代，保持善良、正直、單純和美好，愈發(fā)顯得彌足珍貴。”
來到電子科技大學(xué)后，張亞剛精心構(gòu)思開設(shè)了一門新課：面向全校學(xué)生的素質(zhì)教育選修課《材料與能源——從基礎(chǔ)到應(yīng)用》。課程涵蓋了材料和能源領(lǐng)域的32個(gè)專題，幫助同學(xué)們系統(tǒng)地構(gòu)建材料與能源領(lǐng)域的宏觀知識(shí)體系。同時(shí)還開設(shè)了面向材料與能源學(xué)院本科生的新生導(dǎo)論課《電子信息材料概論》。在這門課程中，他結(jié)合實(shí)際問題，展示了自己對(duì)電子信息材料的獨(dú)有理解。課程開設(shè)以來，受到同學(xué)們的喜愛和好評(píng)，多次評(píng)教獲得五星級(jí)。
刻在骨子里的細(xì)致、脫口而出的專業(yè)知識(shí)、不懼困難的攻堅(jiān)精神讓團(tuán)隊(duì)的學(xué)生在張亞剛身上看到了科研人員應(yīng)該具有的品質(zhì)。而他也在言傳身教中，與學(xué)生教學(xué)相長，正如他所說的：“遇到好老師，是一輩子的幸運(yùn)，遇到好學(xué)生，也是一生的福氣。”
回國獨(dú)立開展工作以來，張亞剛已培養(yǎng)博士生、碩士生15名，培養(yǎng)的學(xué)生中有些是國家獎(jiǎng)學(xué)金獲得者，有些獲全額獎(jiǎng)學(xué)金赴法國、加拿大攻讀博士。其中4位已是大學(xué)的教授、副教授。
科研工作再忙，但只要學(xué)校和學(xué)院有需要，人才培養(yǎng)、美育工作、學(xué)科評(píng)估、高考招生、啟蒙計(jì)劃……張亞剛總是“來者不拒”。占去的時(shí)間總要補(bǔ)回來，晚上加班到深夜也是常態(tài)。
“成電以電子信息為優(yōu)勢(shì)，我希望自己的研究一方面能夠與電子信息領(lǐng)域不斷交叉融合，碰撞新的火花，一方面能夠讓更多學(xué)生認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)學(xué)科的重要性，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的基礎(chǔ)學(xué)科核心素養(yǎng)，支撐他們將來能向工程、醫(yī)學(xué)、信息等其他方面走得更遠(yuǎn)。”張亞剛說。
