2019最高科学技术奖提名公示材料

2019年度最高科学技术奖提名公示材料
候选人基本情况
姚熹、教育、教授，西安交通大学、博士
（格式：姓名、从事专业、职称、工作单位、受教育情况）
提名单位
教育部பைடு நூலகம்
提名意见
（不超过600字）
姚熹院士长期致力于我国电子陶瓷材料与元器件行业的前沿基础研究与应用开发，在电子陶瓷科学与技术创新方面有突出建树，在引领电介质学科发展、推动电子元器件行业进步等方面成绩卓著。发展了弛豫铁电体的介质极化理论，建立“微畴-宏畴转变”以及“新玻璃模型”理论，推动和引领了国际铁电学研究的热潮；率先开展和引领了我国高性能电子陶瓷、铁电单晶、铁电薄膜和纳米复合材料的学术与应用研究，并用于国防尖端装备研制，对推动解决关键部件受制于人的问题具有重要的现实意义；推动了我国功能材料领域科技战略的制定和该领域“863”、“973”等重点科研计划的实施，带领中国电介质研究走向世界；发起建立了亚洲铁电学会（AFA），主导筹建了亚洲电子陶瓷学会（AECA），大大提升了我国和亚洲电子陶瓷在国际学术界的地位和影响；培养了一大批从事电介质研究的领军人才，为我国相关行业的发展和进步作出了重要贡献。1991年当选中国科学院院士，1997年获何梁何利科学与技术进步奖，2002年当选美国陶瓷学会会士，荣获美国电气电子工程师学会（IEEE）铁电学成就奖，2007年当选美国工程院外籍院士，2015年获国家自然科学二等奖。
根据国防需求，发展了锆钛锡酸铅基反铁电陶瓷在电场、温度和等静压外场耦合下的热力学唯象理论，发现了四方反铁电相/三方铁电相温度垂直的准同型相界，研制出压致相变性能与温度稳定性好的反铁电陶瓷材料和小型化高压电脉冲电源，已用于国防尖端装备；设计和研制出由畴调控的大电致应变和细电滞回线的电致相变反铁电陶瓷，已研制出低频大功率小型化水声换能器；承担国家进口替代项目，对提升我国电子元器件行业的发展和推动解决关键部件受制于人的问题具有重要的现实意义。
一、提出弛豫铁电体微畴的概念，建立了“微畴-宏畴转变”与“新玻璃模型”理论，丰富和发展了铁电体理论体系。
弛豫铁电体具有极其优异的介电、压电、热释电和电致应变性能，是电子技术领域重要的功能材料。早期研究发现钛酸锶铋（BiST）和铌镁酸铅（PMN）弛豫铁电陶瓷具有奇异的的扩散相变和介电色散现象，采用建立在原子分子尺度上的经典电介质极化理论无法解释，连其发现者-前苏联学者史卡那维(Skanavi)和斯摩棱斯基（Smolensky）等人也无法完整描述弛豫铁电体的结构性能关系。如何理解其奇异介电行为的起源并大幅度提高材料性能，一直是国际上该领域的研究焦点。姚熹及其团队历经50多年研究，提出在化学组成复杂的铁电体中存在着线度为数十纳米的极性微畴，这种微畴在偏置电场作用下可以通过热激活转变为通常的铁电畴，并在此基础上建立了“微畴-宏畴转变”以及“新玻璃模型”理论，该理论模型揭示了纳米尺度微畴在弛豫铁电材料中的重要作用。中国科学院上海硅酸盐研究所和美国里海大学(Lehigh University)材料研究中心分别用高分辨率透射电镜在多种弛豫型铁电体中直接观察到了微畴，证实了有关微畴的设想。以姚熹为首的研究组又通过偏置电压下X-射线衍射、小角度光散射和电诱双折射等方法观察到了微畴-宏畴转变所导致的微小结构变化。至此，姚熹所提出的"微畴-宏畴转变"理论被世界铁电学界广泛认可和接受。国际铁电学研究泰斗、美国宾州州立大学LE Cross教授称“微畴的发现是铁电体研究中一个重大事件，在理论与应用方面均将产生重大影响”。
姚熹带领研究团队采用溶胶凝胶工艺制备玻璃陶瓷，实现了多种铁电材料的低温、低成本的玻璃陶瓷制备新工艺，样品具有纯度高、成分均匀、易实现受控析晶等特点，创新提出的“玻璃陶瓷混凝土工艺”，将溶胶凝胶过程与固相法制备的陶瓷微粉结合，可使获得的玻璃陶瓷具有更高的铁电成分含量，开发出的纳米晶和微米晶铁电、铁磁玻璃陶瓷材料，展现出优异的电学、磁学和光学性能。
三、基于微畴-宏畴转变的思想，开发了一系列高性能铁电陶瓷和铁电单晶。
上世纪九十年代中期，弛豫铁电单晶材料生长技术和压电性能取得了革命性的重大突破，这为大幅度提高现有超声，水声等器件和系统的整体性能带来了历史性发展机遇。但由于高性能弛豫铁电单晶在电场、应力和温度等比较复杂的环境中使用时，其压电性能的显著退化，严重影响了单晶器件的应用推广，因此探究和解决外场耦合作用对单晶性能的影响规律、温度稳定性等问题成为研究工作的重点。基于微畴-宏畴转变的思想，姚熹团队针对这些问题开展了富有特色的研究工作：（1）揭示了铌镁酸铅-钛酸铅单晶在偏压和温度耦合作用下不同晶向场致相变的规律，建立了不同取向单晶的电场-温度相图，发现了晶体中极化方向旋转、准同型相界附近相结构和极性纳米微区的失稳是高压电性的物理机制。（2）通过调控正交相的畴结构，设计出剪切压电性能高且温度稳定的单晶样品。（3）采用高温极化和电场控制，实现了对单晶畴尺寸的调控。通过减小畴尺寸，有效地提高了单晶的压电性能。本项目组目前已拥有直径5英寸弛豫铁电单晶的生长技术，并具有小批量单晶生产能力，为我国研制宽带高灵敏度、高发射响应的单晶水声换能器和多种基阵、研发新一代声纳装备提供坚实的材料保障。
二、在微畴-宏畴转变现象的启发下，率先提出了纳米复合功能材料的学术概念，为开拓和推动这一研究方向做出了重要贡献。
20世纪80年代中期，姚熹提出了在纳米尺度上把不同的材料复合起来，利用材料复合时的加和效应和耦合效应，可为电子学和光电子学提供许多新型的功能材料。他参与制定和实施的中国高技术新材料发展计划(“863”计划)，把精细(纳米)复合功能材料研究作为前沿研究方向列入该计划的第一批研究专题，纳米复合功能材料研究计划迅速起动。姚熹在西安交大建立了纳米复合材料研究中心，成功制备出10－50纳米的钛酸铅球状、针状、片状等多种形状微晶，发现其三阶非线性光学效应增强可达一到二个数量级，具有电场可控的光散射、光透射和光学双折射等多种效应。国务院高技术计划指导小组指出：“选择纳米复合功能材料作为研究探索目标是挑得很准的，属于世界前沿性课题,姚熹为开拓和推动这一研究方向作出了重要贡献”。
对照国家最高科学技术奖授奖条件，我部决定提名姚熹院士为2019年度国家最高科学技术奖候选人。
候选人主要科学技术成就和贡献
姚熹，电子陶瓷材料与元器件专家，中国科学院院士，美国工程院外籍院士，国际陶瓷科学院院士，亚太材料科学院院士。从上世纪六十年代开始致力于电子陶瓷材料的基础理论与应用开发研究，带领研究团队取得以下科学技术成就和贡献：