用衣服给手机充电?这位“最美科技工作者”让科技充满想象力
2022-06-28 上海

青年报·青春上海记者 刘晶晶 

一件衣服也可以发电、治病、打电话?这种曾经仅出现在科幻电影里的场景在科学家的努力下逐渐变为现实。人类对未来生活的想像可以有多大胆?基础科学的突破还会为人类社会带来怎样的惊喜?这是刚刚获评上海“最美科技工作者”的彭慧胜和其团队孜孜不倦探索的问题。

 // 研制出20多种不同功能纤维器件 // 

一件80%用纤维太阳能电池编织而成的衣服,每天所产生的电量可以把36部手机充满电;一件拥有电子显示系统的织物,衣袖就如同手机,可以收发信息、打电话,也可以导航;一件拥有纤维传感器的织物,穿上后运动就可以随时对生理指标进行检测……社会数字化转型,就连“纤维”也向“电子”进化。

“如果每一根纤维都具有不同功能,可以实现功能的定制,那么从能源系统到信息技术到物联网、人工智能、大健康,以及未来太空探测,它都将发挥重要作用。”彭慧胜说。

社会创新每向前推进一步,都离不开科研工作者的努力。扎根电子纤维领域十年如一日,彭慧胜及其团队始终在推动中国新材料发展。这位复旦大学高分子科学系的主任、教授,国家重点研发计划首席科学家与团队一起,从智能高分子纤维与织物研发领域出发,在织物显示的路上不断求索,截至目前已经研究出二十多种不同功能的纤维器件,其中一些已经可以规模化制备和生产。

“电子器件是现代信息化社会发展的原动力,也正在朝着微型化、柔性化、集成化方向发展。世界上第一台计算机很笨重,重约30吨,现在大家使用的笔记本电脑最轻可能只有一公斤,而未来将主导我们生活的穿戴式电子设备,可能就只有几十克了。”

趋势之下,电子器件的结构从三维块体向二维薄膜演化。从2008年开始,彭慧胜团队重点提出和实现一维的纤维器件——在二维的基础上,进一步把一个维度做小,转变成一维的纤维器件。做成一维的纤维电子器件之后,材料就具有了更好的柔软性。

到目前为止,他的团队已经实现了纤维电子器件的储能、发光、发电、显示、传感、治疗、计算、通信等系列功能。这些纤维器件在电子织物、可穿戴设备、新能源、信息技术、物联网、人工智能、大健康等领域都显示出巨大的应用前景。

 // 科学研究要敢于走“无人区” // 

“做科学研究不能跟着别人走。”在彭慧胜看来,研究最需要两个品质,一是不顾一切的勇气,“或者敢解决瓶颈问题,或者敢走无人区。”第二是丰富的想象力,“科学的每个角落都挤满了人,新的根据地在哪里?”他的科研道路正是这样一条创新之路。

彭慧胜开始研究纤维电池时,无人相信可以实现纤维电池,更无人相信纤维电池可以规模应用。在质疑声中坚持15年,他颠覆了传统认知,发现了纤维电池内阻随长度增加反而先降低后趋稳定,呈现独特的双曲余切函数关系,奠定了纤维电池发展的理论基础。在此理论指导下构建的纤维锂离子电池,能量密度较过去提升了近2个数量级,并建立了世界上首条纤维锂离子电池生产线。

纤维锂离子电池系统的电化学性能与商业锂离子电池相当,而稳定性和安全性更加优异,彭慧胜用自己的坚持和直觉,在柔性电池领域开拓出一个新方向,被美国化学会评为2021年度全球10项“顶尖化学研究成果”,入选2021年“中国科学十大进展”和“10项中国重大技术进展”。

2006年起,无任何参考文献,彭慧胜又带领团队开始研究电子织物显示器。在长期思考发光原理的基础上,2018年彭慧胜决定突破平面显示器件经典三明治结构的研究范式,提出在纤维电极交织点构建微型发光器件的全新路线,在国际上率先创建出织物显示器件,颠覆了人们对传统显示器件和纺织品的认知。织物显示器件像衣服一样轻薄、透气,可贴合在不规则基底上,被 Nature 等评述为“世界电子织物领域一个卓越的里程碑”,并在人机界面、健康监测、电子织物等领域得到规模应用。

彭慧胜所开创的纤维电子器件新方向,目前已有世界上50多个国家1000多个研究组进入该领域开展研究工作。“科学最终的目的,第一是提高人类对自然的认识,第二是提高人类生活质量,推动社会发展。我想在第二点上我们至少取得了一点小小的成绩。”他说。

 // 青年人思想比知识更重要 // 

从1995年选择了高分子材料专业,彭慧胜就”一条道走到了底”。在他看来,既然选择了就要热爱。

大学是在当时的中国纺织大学现在的东华大学读的,离上海图书馆非常近,彭慧胜有3个暑假都是在上图度过的。每天早上8点多骑着车,带着一瓶水一个面包当中饭,从早上一直看书看到下午图书馆关门,把能想到的书都看了一遍,从历史到哲学。“这个过程对我特别重要。科学不是简单地在实验室做实验,要培养自己的科学直觉,在人文和哲学方面的学习很重要。”彭慧胜说,直到现在他每年都要看20多本书,也会将书单分享给学生,“我特别鼓励年轻一代一定要看书,养成阅读的习惯,一定会受益匪浅。”

在复旦读研究生的3年里,他经常睡在实验室。去美国留学期间遭遇飓风大灾难,他甚至曾经面临生命的威胁。“灾难是一笔财富,扛得住,就什么都不怕了。”彭慧胜说。

今年疫情期间,彭慧胜也始终坚守在江湾校区实验室,指导学生开展项目攻关。博士后曾凯雯是驻扎在实验室的团队成员之一。这两年,他在彭慧胜的带领下,一直坚持攻关某种高性能的全新材料,但因为相关研究缺乏文献和仪器设备,项目研究难度很大,是块硬骨头。他在博士后阶段的论文产出并不算高,但在导师的理解与支持下,他选择继续坚持挑战这项创新性难题。

“这是我的教育目标,本科生创造性地学习知识,研究生就应该是创造知识。不仅要有知识,更重要的是要有思想。”彭慧胜说。他把自己和团队的目标概括为“111”:“1个重要科学发现,也许永远在路上;10个系列产品,已经有3个了;还有1个1是希望团队里出现100个优秀人才,现在已经带出26位教授和副教授了。”他笑着说。

青年报·青春上海记者 刘晶晶

编辑:张红叶

来源:青春上海News—24小时青年报

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