科研创新引领原创产业新发展

王中林院士工作照

    基于纳米发电机的自驱动系统与蓝色能源宏大领域及压电电子学与压电光电子学效应的第三代半导体的崭新领域

基于纳米发电机的自驱动系统与蓝色能源宏大领域及压电电子学与压电光电子学效应的第三代半导体的崭新领域

□ 贺 珍 黄 珊

新中国成立以来，一代又一代的科研工作者矢志报国、接续奋斗，助推我国的科技事业取得了历史性成就。在祖国大地上树立起了一座座科技创新的丰碑，铸就了一系列独特的精神气质。中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长、首席科学家、中国科学院外籍院士王中林教授，不仅成功创立了一个新的学科和领域，还一直用实际行动引领着整个领域的创新与发展。

王中林院士作为公认的纳米能源研究领域奠基人，首次将纳米能源定义为“新时代的能源”，将分布式能源定义为“高熵能源”，开创了压电电子学和压电光电子学的领域研究，这对物联网、传感网络、人机界面、医学健康、第三代半导体光电器件等技术的发展均具有里程碑意义。

王中林当过学生，当过研究者，直至成为世界理工科学知名学府佐治亚理工学院的终身讲席教授。他凭借在微纳能源和自驱动系统领域的开创性成就，分别荣获了2011年美国材料学会奖章（MRS Medal）、2013年中华人民共和国科技合作奖、2014年美国物理学会James C. McGroddy新材料奖、2015年汤森路透引文桂冠奖、2018年世界能源领域的最高奖项——“埃尼奖”，并斩获2019年“阿尔伯特·爱因斯坦世界科学奖”，成为少数获此殊荣的华人科学家。

四十年科研生涯的关键词——创新。秉承着科学家精神，王中林一路走来，对原始创新的矢志追求成为他前进的不竭动力。在他40余年的科研生涯中，分为了两个阶段。第一阶段主要从事电子显微镜的基础研究工作；第二阶段是从2000年至今，从事纳米材料的研究后，王中林便不断在纳米世界寻找属于自己的崭新领域。一次偶然的机会，梦想照进了现实。2005年初，王中林在做研究中发现了纳米材料中一个不起眼的电信号，敏锐的直觉提醒他，这是一个不同寻常的物理现象。于是，他带领学生反复试验论证后，首次发现了基于扫描探针的压电现象，并发表在《Science》杂志，成为创立纳米发电机的开山之作。从此，王中林带领团队先后成功发明了压电式纳米发电机和摩擦纳米发电机，正式创立了以纳米发电机为核心技术的纳米能源与纳米自驱动系统研究领域，成为国际公认的纳米科技领域和材料科学领域的领军型战略科学家。

敢于成为掌握真理的少数人。科研创新的道路充满了荆棘与风险。失败的案例远多于成功的案例，并且原创研究还要面对外界质疑的压力。王中林对此感受颇深。在2006年，当纳米发电机的第一篇论文出来后，德国一位知名学者带领团队通过论文、学术会议对王中林的成果进行公开质疑。面对质疑声，王中林本着尊重科学的态度，反复实验并最终验证了数据的真实性和可重复性。他多次邀请该教授团队来美国佐治亚理工学院，利用该校的设备重复试验。虽然，那位德国教授最终没有亲自前往验证，但通过这次学术争论，让欧美学界看到了王中林这一成果的正确性。这次学术争议长达几年的时间，王中林团队充分运用这个时间，将该领域的各项成果系统发展起来，推动了纳米发电机在全球的传播和发展，并由此诞生了压电电子学这一新学科。

2022年1月份的“拓展麦克斯韦方程组”学术大讨论，王中林提出和发展的非匀速运动介质系统中的动生麦克斯韦方程组理论，再次面对同样的质疑声。这次，王中林的心态更加从容。目前，他已经把该成果系统化、理论化，并有新的研究成果不断见诸专业学术期刊，再次树立了面对学术争论的典范。正如他所说，“如果你的学术观点被立即认可，说明你的观点没有新意。”

献给祖国一个领先世界的原创领域。2012年初，王中林放弃国外的优厚条件，在中国科学院和北京市政府的共同支持下，回国创立中国科学院北京纳米能源与系统研究所（以下简称“纳米能源所”）。经过10年的努力，该所已经成为世界纳米能源与纳米系统和压电（光）电子学领域的研究高地，逐步建立起系统完善的研究体系和领域，概括为“1、2、3、4、5、6、7”：即建立1个全新的研究体系——高熵能源与新时代能源体系；创立2个研究领域，即基于纳米发电机的自驱动系统与蓝色能源宏大领域，基于压电电子学与压电光电子学效应的第三代半导体的崭新领域；建立3个国际公认的学科——压电电子学、压电光电子学和摩擦电子学；研发4项核心技术：微纳能源、自驱动传感与系统、蓝色能源、微型高压电源；培育五大产业方向：微纳能源与蓝色能源产业、自驱动传感产业、微纳医疗健康与环保产业、自供能安防监测产业、压电（光）电子半导体产业；在多年的研究过程中，首次发现6个新的物理效应，即压电电子学效应、压电光电子学效应、压电光子学效应、摩擦伏特效应、热释光电子效应和交流光伏效应；在提出和发展动生麦克斯韦方程组理论等7个方面，作出了科学贡献。在科研工作快速推进的同时，还为国家培养了大量的高端人才。

原创创新孕育新产业、新业态。科研成果的价值在于应用，实现产业化，才能成为推动经济社会发展的原初动力。在王中林院士的领导下，纳米能源所自2023年开始将工作重心转向产业应用，布局了微纳能源与蓝色能源产业、自驱动传感产业、微纳医疗健康与环保产业、自供能安防监测产业、压电（光）电子半导体产业5个产业方向，成立了6家产业公司。

目前，研究团队开始重点推进海洋蓝色能源技术的工程化和产业化。团队已经开始在海上进行测试并取得成功，实现了摩擦纳米发电机发电单元在海洋环境下高效收集波浪能并转换为电能的实际实验。根据实验数据，该发电模式可实现全天候海洋波浪能和潮汐能的发电，取得峰值功率76w/m3的实验数据。按照此数据推算，1平方公里的海面、1米深的发电模块每小时的发电功率是76兆瓦。据了解，该团队还在不断提升发电单元的功率和效能，以期待取得更大突破。

随着纳米发电机技术的进一步突破，将对现有工业发展带来“横截面式”的冲击。例如在能源领域，基于纳米发电机技术的海洋蓝色能源产业将真正实现能源领域的颠覆性发展。此种能源模式将陆续进入工程化测试直至产业化，将为人类在后化石能源时代提供一个全新的能源选择路径。

原创创新，带来的不仅是新的研发体系，还孕育着新的产业和业态。正是这样的发展态势，让王中林始终坚持原创创新，并成为中国原创创新的佼佼者。