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2019年6月14日 (2019年5月12日)

王中林獲愛因斯坦世界科學獎

    2019-06-15

    2019年6月14日(農歷2019年5月12日),“納米發電機之父”王中林獲愛因斯坦世界科學獎。

“納米發電機之父”王中林獲愛因斯坦世界科學獎

  王中林和他納米器件

  2019年6月14日,2019年度“阿爾伯特·愛因斯坦世界科學獎”(Albert Einstein World Award of Science)揭曉,中國科學院北京納米能源與系統研究所首席科學家、國科大納米學院院長、美國佐治亞理工學院終身講席教授王中林斬獲這一世界性的大獎,成為首位獲此殊榮的華人科學家。

  王中林是國際公認的納米科學與技術領域的領軍型科學家。2006年,王中林成功地研制出世界上最小的發電機——納米發電機,被譽為是“納米發電機之父”。他同時也是壓電電子學和壓電光電子學兩大學科的奠基人。

“納米發電機之父”王中林獲愛因斯坦世界科學獎

  王中林教授。圖/中國科學院北京納米能源與系統研究所網站

  該獎項評選委員會評價王中林在納米發電機和自供能系統領域做出了開創性的重大貢獻,認為這一領域“將對人類和我們社會的可持續發展產生巨大的利益”,“有望在不久的將來改變世界”。據悉,頒獎典禮將于今年10月2日至4日在日本舉行。

  最年輕中國科學院外籍院士

  1961年,王中林生于陜西省蒲城縣。在他出生兩年前的1959年,物理學家理查德·費曼(Richard P. Feynman)發表《底部還有很大空間》(There's Plenty of Room at the Bottom)演講,“納米”一詞被世界廣泛關注。1978年,王中林考取了西北電訊工程學院(西安電子科技大學的前身),學習物理,同時也開啟了他的勵志“開掛”人生。

  在“惡補”英語一年后,他于1982年通過中美聯合培養物理類研究生計劃,赴美國亞利桑那州立大學就讀,1987年7月獲得物理學博士學位。1995年,王中林應聘到佐治亞理工學院當副教授,由于沒有專用實驗室,他只能白天看文獻,晚上蹭別人的實驗室進行研究。“不能因為條件艱苦而停止研究”,在這樣的環境下,王中林用3年時間發表了80多篇論文,并一舉獲得終身教授的席位。

  自1992年以來,王中林長期推進中美科技、教育的交流和發展,頻繁往返中美兩國,培養了多位分布在中國和美國的華人學生、學者。

  2009年,王中林當選最年輕的中國科學院外籍院士。2010年起,他參與組建中國科學院北京納米能源與系統研究所。在他的帶領下,納米能源所碩果頻出,在領域內處于國際研究領頭羊地位。

“納米發電機之父”王中林獲愛因斯坦世界科學獎

  青年王中林

  “絆倒你的可能是塊金子”

  2005年的一天,王中林與一位博士生用當時最高級的手段測試納米材料的壓電系數。學生做了一個夏天,得到的結果卻和王中林期待的不太一樣。是方法錯了,假設錯了,還是計算錯了?他和學生一起反復研究,重新計算,最終發現了一個全新的方向:利用納米材料發電。一年后,王中林發明了納米發電機。

  納米發電機是基于規則的氧化鋅納米線的納米發電機,是在納米范圍內將機械能轉化成電能,是世界上最小的發電機。圖/中國科學院北京納米能源與系統研究所網站

  它的問世完全打破了人們對“發電機”尺寸的認識極限。納米發電機能實現對環境中特別微小機械能的進行收集和利用。例如,空氣或水的流動、引擎的轉動、機器的運轉等引起的各種頻率的噪音、人行走時肌肉伸縮或腳對地的踩踏、甚至在人體內由于呼吸、心跳或血液流動帶來的體內某處壓力的細微變化,都可以帶動納米發電機產生電能。因此,納米發電機理論為目前實現物聯網和傳感網絡以及大數據提供了理想的電源解決方案。

  “有時候你摔了一跤,但絆倒你的很可能不是磚頭,而是一塊金子。”后來回憶起這段波折的經歷,王中林如此形容。

  研發無需電池的自驅動心臟起搏器

  2012年,王中林帶領團隊構建了全新的納米器件“摩擦納米發電機”。小巧的“摩擦納米發電機”可以把人走路、說話、心跳,肌肉收縮等運動中由摩擦產生的能量收集起來,轉換成電能,為一些設備供電。未來很多裝置在身體中的醫療器械就不再需要電池了,因為自驅動本身就是一種可以實現自己發電的技術。這一技術還可以推廣使用在安防和老年人監護等方面。

“納米發電機之父”王中林獲愛因斯坦世界科學獎

  利用納米技術可以把環境中無時不有處處有的能量轉換為電能來帶動一些小型的電子器件,就可以制造出自驅動的微納系統。圖/中國科學院北京納米能源與系統研究所網站

  今年年初,國際頂級學術期刊《自然—通訊》(Nature Communications)發表了一篇論文,介紹了王中林及其同事聯合研發的一款可植入式自驅動心臟起搏器:無需電池供能,僅從心臟搏動中就能收集足夠的能量,確保心臟起搏器工作。這意味著,患者不必再為更換電池失效的起搏器遭受多次手術之苦了。中美科學家團隊在豬體內證實,他們的可植入系統不僅可以進行心臟起搏,還能糾正竇性心律不齊。

  愛因斯坦世界科學獎評選委員會稱,王中林在納米發電機和自供能系統研究方面做出了影響深遠的開創性貢獻,使人類從環境和生物系統中獲取能量這一全新的技術成為現實。

“納米發電機之父”王中林獲愛因斯坦世界科學獎

  王中林在佐治亞理工學生畢業典禮上發表演講

  提出顛覆性海洋能采集方式

  王中林另一項備受矚目的研究是海洋藍色能源技術,被評選委員會稱為“有可能從海浪中獲取大量能源以解決世界未來的能源需求。”

  藍色能源與傳統綠色能源相比,擁有地理分布上的優勢,海洋覆蓋了地球70%的表面。但利用海洋能發電研究領域一直進展緩慢,海洋波力發電開發困難重重。

  海洋能的采集主要基于電磁感應的原理,利用海洋水流沖擊形成線圈對磁感線的切割來產生電能。然而,構成傳統電磁感應機的是重的磁鐵和線圈,放到水中后會往下沉,不能自然地浮在水體表面,除非從海底建立支撐塔架,但這樣會加大工程的難度和代價。由于海浪上下翻騰的不規則運動,使得傳統的電磁發電機難以收集波浪能。

“納米發電機之父”王中林獲愛因斯坦世界科學獎

  藍色能源夢想是網狀聯結數以百萬計的可捕獲低頻海波能量的摩擦納米發電機。本圖是網絡狀虛擬結構圖,右上角是設計的球形納米發電機。圖/中國科學院北京納米能源與系統研究所網站

  王中林利用摩擦納米發電機的原理,為收集利用海洋能源提供了新的解決方案。摩擦納米發電機的輸出效率遠高于電磁發電機,非常適用于收集藍sè能源,在緩慢流動和隨機方向的波流條件下能夠穩定輸出功率。

  “我們將摩擦發電機做成了球形,像網球一般大小。通過球中套球,外層的球在水中隨波浪晃來晃去,里邊的球也隨波動晃來晃去,就會產生發電所需的能量。并且因為它是球體,所以是無規則的,哪個方向都可以。通過發電球積少成多的規模效應,收集波動能量并發電的可能性大大提高了。”

  對每一位合作者都有積極影響

  除了開創性的科研成果,王中林的個人品質也贏得了評選委員會的高度評價——“他是一位天生的領導者,總是非常善良,鼓舞人心,充滿活力,對與他合作的每個人都有積極的影響”。

  評選委員會對他在學術上取得成績表示欽佩。目前,王中林已經發表論文1500余篇,包括55篇在《自然》(Nature)、《科學》(Science)及其子刊上發表的文章;根據谷歌學術(Google Scholar)的統計,他的論文被引用次數超過20.6萬次,標志學術影響力的H指數為226。

  2018年7月23日,王中林因其在納米發電機理論和技術方面的重大原創性貢獻獲得了世界能源領域的權威獎項“埃尼獎”,該獎一向被譽為是世界能源領域的“諾貝爾獎”。

  “我在納米領域已經研究了30年,未來的20年,我還會堅持現在的研究內容。”王中林在今年年初接受采訪時表示,“科研就是我的生活,是我快樂的源泉”。

  背景:愛因斯坦世界科學獎 每年僅一人獲獎

  愛因斯坦世界科學獎以偉大的科學家阿爾伯特·愛因斯坦的名字命名,象征著國際科學界的崇高榮譽,由世界文化理事會(World Cultural Council)設立。該獎項從1984年開始每年頒發1次,每次獲獎人數僅為1人,目的是表彰和鼓勵世界科學技術領域的重大研究進展,授予為人類帶來福祉的杰出科學家。

“納米發電機之父”王中林獲愛因斯坦世界科學獎

  愛因斯坦世界科學獎獎章。圖/中國科學院北京納米能源與系統研究所網站

  該獎獲獎人由來自50個國家和地區的124位世界著名科學家組成的跨學科委員會選出,委員會成員包括25名諾貝爾獎得主。

  之前已有35名科學家獲得此獎項,其中包括4位諾貝爾獎得主,即:1995年諾貝爾化學獎得主Sherwood Rowland,1999年諾貝爾化學獎得主Ahmed Zewail,2001年諾貝爾醫學獎得主Paul Nurse和2016年諾貝爾化學獎得主J. Fraser Stoddart。

  此外,世界文化理事會還每兩年評選一次“愛因斯坦世界藝術獎”、“愛因斯坦世界教育獎”。三個獎項總計已產生了74名獲獎人,尚無華人獲此殊榮,王中林教授此次獲獎開創了華人獲得該獎的歷史

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