張亞剛（前排右二）和學生
2022年7月，電子科技大學材料與能源學院張亞剛教授團隊在國際著名學術刊物 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科普界50多年的難題，終結了關于Mpemba（姆潘巴）效應的困惑和爭論。
一項發(fā)現(xiàn)
見到張亞剛時，他正帶領學生用冰激凌進行冷凍實驗，希望進一步探究在鹽水、糖水、牛奶、咖啡、冰淇淋等復雜和多相體系中是否能觀察到Mpemba 效應（在同等質量和同等冷卻環(huán)境下，溫度略高的液體比溫度略低的液體先結冰的現(xiàn)象）。
提到破解Mpemba效應，張亞剛說：“這并不是我主要的研究方向，完全是好奇心驅動和科研工作者的使命感。”
中學時期，張亞剛的初、高中化學老師都多次提及這一現(xiàn)象，他們鼓勵同學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)行會舉辦的一個題為“誰能夠提出對Mpemba 效應最合理的解釋”挑戰(zhàn)賽。當時張亞剛正在美國攻讀博士后，這個題目立馬激起了他的好奇心。他從實驗室把裝有冷熱水的燒杯放進冰箱，但在讀數(shù)過程中發(fā)現(xiàn)，開關冰箱門會擾動冷卻環(huán)境，得出的結果沒有意義，最終不了了之。
剛到電子科技大學工作不久，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)級快速冷卻”的研究論文再次勾起了張亞剛強烈的好奇心，他心想能否用更簡單直觀的體系，系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)來進行驗證呢？于是他下決心要帶領團隊破解這一困擾物理化學科普界50多年的世界難題。
團隊首先進行了細致的理論分析：從物理化學的角度，溫度愈高，分子運動愈快；物體愈冷，分子運動愈慢。如果溫度高的水可以比溫度低的水先結冰，那意味著以溫度對時間作圖的兩條冷卻曲線，在結冰點以上會發(fā)生交叉，也意味著溫度高的水冷卻的速度更快。
張亞剛帶領研究生仔細分析了Paul F. Linden和Henry C. Burridge教授的實驗后得出結論：一要設計足夠強大的冷卻場，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展緩慢：人工觀察讀數(shù)效率低、耗時長，觀察過程極為痛苦。
于是張亞剛轉換思路，尋找可以自動測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備單元，并把他們組裝在一起，形成了一套體系，實驗數(shù)據(jù)的采集和分析變得更加方便，極大提高了實驗效率。
張亞剛帶領團隊在幾百條實驗數(shù)據(jù)中總結規(guī)律，考慮影響因素，優(yōu)化條件，最終發(fā)現(xiàn)了在水這一簡單體系中可以觀察到Mpemba 效應的條件。
除了給出科學解釋，張亞剛團隊還申請了Mpemba 效應成套實驗裝置的中國發(fā)明專利，希望激發(fā)更多中小學生在化學領域的興趣。
一個選擇
在2018年12月國家級人才化學化工專委會的會議上，一同參會的向張亞剛推薦了電子科技大學。2019年7月，回國6年之后，張亞剛加入電子科技大學材料與能源學院，一切歸零，開始了自己的二次“創(chuàng)業(yè)”。
電子科技大學一向以電子信息見長，作為長期在化工新材料與綠色化學領域深耕的科技工作者，張亞剛計劃將自己的化學化工專業(yè)背景與電子信息產業(yè)需求相結合，以期研究并解決電子封裝材料和微系統(tǒng)集成中的關鍵材料和工藝問題。
回憶起剛來電子科技大學的情景，張亞剛說，學校提供的杰出人才科研啟動經費，在關鍵的起步階段是非常珍貴的。裝修實驗室、購買實驗儀器，科研工作一步步走上軌道。他和團隊成員一起，把一個空曠的房間變成現(xiàn)在明亮干凈的實驗室，并且迎來了一位又一位充滿朝氣的學生。
團隊內融洽的氛圍，校院兩級的支持，讓張亞剛感受到了家的溫暖。“如果你在一個大家庭里感到很溫馨，你就想一直留下來。出國留學時學的是國際視野，而家國情懷是每個人內心力量的源泉。只有從內心認同這個家，愛這個家，才能真正為之奮斗。”張亞剛說。
一起成長
“在我的求學生涯中，非常幸運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、為人處世的風格，都對我影響很大。如果不是我的中學化學老師，我大學也許不會選擇材料化學這個專業(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生。
“必須要通過流量和粘性才能展示‘成就’，得到‘認同’，才能獲得機會的形勢下，很多老師自己都迷失了方向，更何況學生。”張亞剛說，“本科和研究生階段是一個人心智逐漸成熟的關鍵期，但常會遇到挫折、迷茫、沮喪和困惑。在一個快速變化的時代，保持善良、正直、單純和美好，愈發(fā)顯得彌足珍貴。”
來到電子科技大學后，張亞剛精心構思開設了一門新課：面向全校學生的素質教育選修課《材料與能源——從基礎到應用》。課程涵蓋了材料和能源領域的32個專題，幫助同學們系統(tǒng)地構建材料與能源領域的宏觀知識體系。同時還開設了面向材料與能源學院本科生的新生導論課《電子信息材料概論》。在這門課程中，他結合實際問題，展示了自己對電子信息材料的獨有理解。課程開設以來，受到同學們的喜愛和好評，多次評教獲得五星級。
刻在骨子里的細致、脫口而出的專業(yè)知識、不懼困難的攻堅精神讓團隊的學生在張亞剛身上看到了科研人員應該具有的品質。而他也在言傳身教中，與學生教學相長，正如他所說的：“遇到好老師，是一輩子的幸運，遇到好學生，也是一生的福氣。”
回國獨立開展工作以來，張亞剛已培養(yǎng)博士生、碩士生15名，培養(yǎng)的學生中有些是國家獎學金獲得者，有些獲全額獎學金赴法國、加拿大攻讀博士。其中4位已是大學的教授、副教授。
科研工作再忙，但只要學校和學院有需要，人才培養(yǎng)、美育工作、學科評估、高考招生、啟蒙計劃……張亞剛總是“來者不拒”。占去的時間總要補回來，晚上加班到深夜也是常態(tài)。
“成電以電子信息為優(yōu)勢，我希望自己的研究一方面能夠與電子信息領域不斷交叉融合，碰撞新的火花，一方面能夠讓更多學生認識到基礎學科的重要性，培養(yǎng)學生扎實的基礎學科核心素養(yǎng)，支撐他們將來能向工程、醫(yī)學、信息等其他方面走得更遠。”張亞剛說。
