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曾炜:纳米材料世界的追梦人

来源: 时间:2021-06-24

    “世界那么大,我想去看看”

  对于在新拉斯维加斯棋牌网化工研究所从事纳米材料、柔性传感器以及柔性能源科研工作的研究员曾炜而言,世界的大和小是辩证统一的关系,其间微妙无穷。曾炜分享了一张他喜欢的图,浩瀚的宇宙隐藏着无数的秘密:宏观的星体、微观的尘埃;有光、有暗、有万有引力;还有也许连物理学家到现在也无法说明的某些微观相互作用关系——而所有的这一切又能如此和谐统一,展现出无与伦比的美。

图片来源于网络:https://wallpaperaccess.com/cool-planet

  “科学研究于我就是一种本能的源动力,我一直渴求探索这个世界,索其本源,细致以入微。一花一世界,一微一浮生,遇一叶而知秋,于细微见端倪,小小的微观世界却也是如此变化万千,绚丽多姿。”曾炜说,“无论纳米技术还是纳米艺术,小即是美,但小纳米里有大知识和大世界。我就是纳米世界里的一个追梦人,借用前几年网络上非常流行的一句话来说就是,‘世界那么大,我想去看看’。”

    “创新、务实、勤奋”

  曾炜自2004年以来就一直从事于纳米材料的相关工作,“得益于两位人生中的良师,中山大学章明秋教授和香港理工大学陶肖明教授,他们的悉心引导使我能在纳米材料领域一窥堂奥。导师们的引导方式都很独特,‘授人以鱼不如授人以渔’,我也在他们身上学到了最纯粹的科学家精神,创新、务实、勤奋。”

  做科研不能完全跟在别人的身后进行亦步亦趋的模仿,导师们常常说,科学研究需要创新,需要有创造性思维。从认识物质的存在与规律到发现更深层次的科知识题,从科知识题出发寻找有关事物本质的答案,认识世界的方法与依据多元而奇妙,创新是实践多元可能性的关键。不同于天马行空的想象,创新的过程需要保持严谨的科学态度,用实验数据证明实践的可行性就是一种务实,这样的务实离不开勤奋学习与试验的日积月累。


曾炜/拍摄于中山大学

  记忆中非常深刻的是,章老师曾和我说过科知识题不同于普遍存在的问题什么是导致问题存在的原因?这就需要一层一层抽丝剥茧探索究竟了。比如说传感器的灵敏性不足是一个普适性问题,然而是什么原因导致的呢?从原始材料到传感方式,继续一步步往深层去想可以启发无穷的科学思考。”传感器是曾炜在中山大学读博士期间开始做的研究,当时的具体方向是气体传感器,后来他在香港理工大学任职研究员,主要研究织物基可穿戴电子传感器和能源转换系统。“非常巧合的是两位导师都是学物理出身,因此在我后续的研究中或多或少地会将物理学与材料科学相互结合,两者之间的相互关系奠定了我后续所有研究的创新基础。”


曾炜/拍摄于香港离岛

  材料学的研究脱离不了物理和化学的结合,在实际应用的专业划分中也细分有材料物理和材料化学两个学科。曾炜的研究方向包含了纳米材料、能源材料以及高分子材料,这些研究始终是围绕着物理和化学来开展的。“在我看来,物理注重理性,化学在某些程度上注重感性,两者的有效结合正是创新之始。纳米尺度下材料的物理性质可以与宏观尺度下的情况完全不同,比如说,日常情况下石墨烯是优良的导热材料,但是大家在研究中发现如果将石墨烯中引入原子级或者纳米尺度的缺陷,可以将其导热率降至比水更小,这种情况下甚至可以用石墨烯来做隔热材料,可以说石墨烯在热电转换的应用中有着较大的优势。因此,纳米材料的世界更细微也更复杂,创新的认识与实践还可以走很远很远的路。”

可穿戴能源转换材料/图片来源于曾炜已发表的科研成果

  在新拉斯维加斯棋牌网化工研究所柔性传感研究技术部,曾炜目前的主要研究之一是包括柔性可穿戴传感器以及柔性能源在内的“结构-功能”一体化纳米材料及器件的研发。“作为传感器的一个分支,柔性传感器不仅可以实现人体运动等大变形状态下的监测,同时还具有优良的柔性、高灵敏性等优点。但是作为传感器本身来说,其工作时需要外部供能,对于可穿戴的功能而言或多或少是一个局限。基于这样的考虑,大家就想如何设计一个不需要外部能源的传感器来满足穿戴功能的要求呢?人体本身就是一个能量的有效来源,这部分能量包含人体运动时产生的机械能,人体体温产生的热能等,如能将这部分能源充分利用并收集起来转换为电能就能达到自供能的目的,因此大家目前的研究都是围绕这个目的展开。沿袭紧密结合物理学和材料学的思路,近期大家在自供能柔性传感器方面取得了新的成果,通过精密设计材料的结构,可以实现阴阳离子在温度场中选择性迁移,从而达到将环境或者人体的热能转换为电能的目的,还能同时完成对人体运动的监测,这一成果有望在智能医疗、可穿戴电子器件等方面找到应用,相关的研究论文刚刚被Nano Energy接受。”曾炜说,“尽管当前取得了一些阶段性的成果,但是在实现更高效的能源转换以及更高灵敏度的自供能传感器研发等方面还面临很多挑战。”

    “追梦”

  柔性材料的研究以人为本,可以系统而有效地监测人体身体健康状态、人体运动模式等预防疾病,还可用于智能机器人、可穿戴设备、未来人工智能等多个领域。新型柔性能源材料是柔性材料的一个重要部分。能源的收集与使用与人们的生活息息相关,甚至可以说是人类社会发展的先决条件。除太阳能外,环境中的热能也是一种重要的能源来源,如何有效将环境中的热能转换为可利用的电能?如何有效利用这些热能解决人们在使用便携式电子产品时面临的持续更换电池的问题?解决这些问题对物联网、智能医疗以及未来军事等领域也具有重要的中长期战略意义。

曾炜/拍摄于实验室

  科研的道路本就不是一帆风顺,失败和羁绊常有,虽然艰辛但是也充满乐趣。“面对未知我从未停止求索,面对挑战我也绝不会退缩。”曾炜说,“我常常会问自己,大家科学研究的目的是什么?包括求知欲在内的人类生命欲望是会膨胀的,探索未知的道路也是永无止境的。回望来路,放眼未来,我还是期待自己能实现自我的价值,为建设一个可持续发展的社会贡献一份力量。‘世界那么大,我想去看看’,我将继续带着新鲜感去摸索、去质疑、去研究、去体会,保持自己的初心与本心,怀着一份感激在纳米的世界里追梦。”

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