姜汉卿：(x¨¬)妙趣横生的跨界创新“高手â€?/h2>

2021-08-13 | 温才�张弛 | 来源 《中国科学报�021-07-06 |

姜汉卿（左一åQ‰å’Œä»–在亚利桑那州立大学的团队成员在研制折叠甉|± ã€?受访者供å›?/span>

˜q‘æ—¥åQŒè¥¿æ¹–大学二åäh¥¼å†è¿Žæ–°å›¢é˜Ÿå…¥é©»ï¼Œæ¥è‡ª¾ŸŽå›½äºšåˆ©æ¡‘那州立大学的教授姜汉卿å?qi¨¢ng)其团队正式加盟西湖大学工学院ã€?/span>

ž®±åœ¨åŠ å…¥è¥¿æ¹–大学前夕åQŒåŸºäºŽå°†â€œç¡¬è–„膜与èÊY基底¾l“合åQŒæŽ¢ç´¢äº†è¯¥ç»“构在大变形时的后屈曲ç‰ÒŽ(gu¨©)€§ï¼Œòq¶å°†å…¶åº”用在很多领域”的开拓性èµA(ch¨³)献，姜汉卿刚刚获得美国机械工½E‹å¸ˆåä¼š(x¨¬)颁发的伍斯特·里å¯d·华纳奖章ã€?/span>

该奖™å¹äºŽ1930òq´é¦–度颁发，每年仅颁¾l™ä¸€ä½å¯¹å·¥ç¨‹æ–‡çŒ®æœ‰æ°å‡ø™µA(ch¨³)献的¿U‘å­¦å®Óž¼ŒçŽîC»£åº”用力学之父铁木辛柯也曾获得该奖章ã€?/span>

实际上，姜汉卿的贡献˜qœä¸æ­¢è¿™ä¸€ä¸ªé¢†åŸŸã€‚他是一名善于跨界创新的“高手”ã€?/span>

来自折纸艺术的灵�/span>

姜汉å?span lang="EN-US">2001òq´åšå£«æ¯•ä¸šäºŽæ¸…华大学力学¾p»ï¼Œ2006òq´è¿›å…¥ç¾Žå›½äºšåˆ©æ¡‘那州立大学，2016òq´èŽ·å¾—正教授职位。他å‡ø™ín于固体力学领域，师从清华力学泰斗、中国科学院院士黄克智，之后从力学研½I¶è·¨ç•Œåˆ°ææ–™å­¦ç ”½IÓž¼Œä¸»è¦ä»Žäº‹æŸ”性电(sh¨´)子与è½?span lang="EN-US">/¼‹¬å¼‚质性材料研½I¶ã€?/span>

˜q™æ ·ä¸€ä½è„‘‹zžå¤§å¼€çš„创新者，ä¼?x¨¬)ç»™äºÞZ»¬å¸¦æ¥æ€Žæ ·çš„惊喜？

2012òqß_(d¨¢)¼Œå§œæ±‰å¿åœ¨å­¦æœ¯ä¼‘假期间拜访了一位数学领域的朋友åQŒæ­£å·§é‚£ä½æœ‹å‹åœ¨ç ”究折纸åQŒçœ‹ä¼ég¸ŽåŠ›å­¦æ— å…³åQŒå´çŠ¹å¦‚掉落在牛™å¿å¤´ä¸Šçš„è‹ÒŽ(gu¨©)žœåQŒçž¬é—´æ¿€å‘了姜汉卿的灉|„Ÿã€‚“如果把折纸艺术˜qç”¨åˆ°æŸ”性电(sh¨´)子材料中åQŒæŠŠ˜q™ç§ææ–™æŠ˜å æˆå¾ˆž®ä¸€å—，却能展开到很大的面积åQŒä¼š(x¨¬)发生怎样有趣的事åQŸâ€?/span>

很快åQŒä»–çš„ç ”½I¶å›¢é˜Ÿå°†æ³¨æ„åŠ›é›†ä¸­åœ¨å¦‚何在机械超材料领域引入折纸概念的研½I¶å·¥ä½œä¸Šã€‚所谓机械超材料是指òq‰™žè‡ªç„¶å½¢æˆåQŒè€Œæ˜¯äºÞZØ“(f¨´)构造的材料¾l“æž„åQŒææ–™çš„性能不依赖于材料的分子结构或者晶体结构本íw«ï¼Œä¸»è¦ä¾èµ–于其¾_‘Öéy的构型里面的¾l“æž„¾l†èŠ‚ã€?/span>

通过学习(f¨¤n)折纸与剪¾U¸è‰ºæœ¯ï¼Œä»–们ž®†æž„造锂甉|± éœ€è¦çš„ž®è£…材料、电(sh¨´)极材料及(qi¨¢ng)隔膜切割成相同åŞ状但不同大小的图案，然后堆叠在一赯‚¿›è¡Œæ•´ä½“封装，ž®è£…后通过折纸中采用的旋è{和折叠方式最¾lˆæˆåž‹ã€‚如此一来，它便可以在面¿U¯ä¸Šå®žçŽ°åå‡ å€çš„反复拉äŽ×、弯曲和扭è{åQŒåŒæ—¶ç”µ(sh¨´)池容量和输出功率保持不变ã€?/span>

˜q™æ ·çš„折叠电(sh¨´)池非帔R€‚合集成在智能穿戴设备狭ž®ä¸”形状不规则的½Iºé—´ä¸­ï¼Œå¯ä»¥ç”¨äºŽæ™ø™ƒ½æ‰‹çŽ¯ã€æŸ”性手机、心率追ítªå™¨½{‰å„¿Uéœ€è¦æŸ”性拉伸的可穿戴电(sh¨´)子äñ”品，在羃?y¨­u)®ç”?sh¨´)池空间的同时åQŒå¤§òq…度廉™•¿ä½¿ç”¨æ—‰™—´ã€?/span>

为锂金属甉|± å·§å¦™è§£åŽ‹

½W¬äºŒä¸ªå¤©é©¬è¡Œ½Iºçš„故事也来自于我们的日常生‹z…R€?/span>

很多人知道，¾l™æ‰‹æœºå……甉|—¶åQŒå› ä¸ÞZ‹É用不当或者服å½ÒŽ(gu¨©)—¶é—´è¿‡é•¿ï¼Œæœ‰æ—¶å€™ç”µ(sh¨´)池会(x¨¬)膨胀发生变åÅžåQŒç”šè‡³çˆ†ç‚¸ã€‚对此，äºÞZ»¬çš„选择往往是换甉|± åQŒæˆ–者换手机。而出íw«äºŽåŠ›å­¦é¢†åŸŸçš„姜汉卿åQŒå´çœ‹åˆ°äº†ä¸ä¸€æ ïL(f¨¥ng)š„问题åQšæœ‰å˜åÅžž®×ƒ¸€å®šæœ‰åŠ›å­¦é—®é¢˜ã€?/span>

事实上，˜q™æ­£æ˜¯é”‚金属甉|± æŠ€æœ¯çš„一大壁垒。锂金属在用作电(sh¨´)æ± çš„é˜Ïxžæˆ–负极时åQŒè¡¨é¢ä¼š(x¨¬)生长出针状物åQŒå‡ºçŽîC¸å¯æŽ§çš„锂枝晶åQŒå¼•èµähœ‰å®³çš„副反应而降低能量密度，严重时会(x¨¬)å¯ÆD‡´ç”‰|žçŸ­èµ\åQŒè¿›è€Œå¼•å‘火灾或爆炸ã€?/span>

当众多科学家试图从材料或ç”?sh¨´)化学的角度来解册™¿™ä¸ªé—®é¢˜æ—¶åQŒå§œæ±‰å¿å’Œä»–çš„ç ”½I¶å›¢é˜Ÿå´å¦è¾ŸíyŠå¾„åQŒä»Žæœºæ¢°å·¥ç¨‹çš„角度来å¯ÀL‰¾è§£å†³æ–ÒŽ(gu¨©)¡ˆã€?/span>

城市路面的水泥地åQŒéš”一ŒDµè·¼›Õd°±ä¼?x¨¬)留一条缝隙，因äØ“(f¨´)水惔的膨胀¾pÀL•°æ¯”较大。天热的时候，没有½Iºéš™çš„水泥膨胀后会(x¨¬)断裂åQŒå¯¼è‡´èµ\面破¼„Žã€?/span>

如果在水泥块之间加个木条呢？水惔受热膨胀时就ä¼?x¨¬)挤压木条，而不ä¼?x¨¬)轻易断裂ã€?/span>

姜汉卿团队借鉴˜q™ä¸ªæ–ÒŽ(gu¨©)³•åQŒç”¨ä¸‰ç»´èšäºŒç”²åŸº¼‹…氧烷层作äØ“(f¨´)甉|± ä¸­é”‚金属é˜Ïxžçš„基体材料，有效地抑刉™”‚枝晶的åŞ成，从而大大地廉™•¿ç”‰|± å¯¿å‘½åQŒå‡ž®‘安全隐æ‚(zh¨¨n)£ã€?/span>

˜q™ä¸ä»…对锂离子电(sh¨´)池和锂空气电(sh¨´)池有意义åQŒå¯¹å…¶ä»–金属é˜Ïxžç”‰|± ä¹Ÿæœ‰å¾ˆå¤§çš„意义。因为几乎所有用作电(sh¨´)池阳极的金属都会(x¨¬)产生枝状晶体åQŒæ¯”如锌、钠和铝甉|± ½{‰ã€?/span>

可以吃的储能器äšg

“可以吃的储能器件”，˜q™ç®—得上姜汉卿最妙趣横生的研½I¶ä¹‹ä¸€ã€?/span>

柔性电(sh¨´)子材料的出现åQŒè®©å¯ç©¿æˆ´å’Œå¯æ¤å…¥çš„ç”?sh¨´)子讑֤‡é€æ¸èµ°è¿›äºÞZ»¬ç”Ÿæ´»å½“中åQŒç»™äºÞZ»¬å¸¦æ¥æžå¤§çš„便利。如果电(sh¨´)子设备可以“吃˜q›åŽ»â€ï¼Œé‚£ä¼š(x¨¬)发生哪些我们意想不到的应用场景？

姜汉卿脑‹zžå¤§å¼€åQŒåˆ©ç”¨ç”Ÿ‹zÖM¸­å¯ä»¥é£Ÿç”¨òq¶ä¸”˜q˜å…·æœ‰ç”µ(sh¨´)子性能的食材，比如‹¹¯‚‹”、芝士、食用金银箔(d¨¡ng)åQŒåˆ¶ä½œå‡ºäº†å¯ä»¥é£Ÿç”¨çš„­‘…çñ”ç”?sh¨´)容器ã€?/span>

˜q™æ ·çš„超¾U§ç”µ(sh¨´)容器可以吃，˜q˜å¯ä»¥è¢«æ¶ˆåŒ–åQŒé‚£ä¹ˆå°±å¯ä»¥ç”¨æ¥ä¸ÞZ¸€äº›å¾®ž®çš„仪器讑֤‡ä¾›ç”µ(sh¨´)åQŒç”¨äºŽæ£€‹¹‹äh体内部的生理状态，避免侵入式检查给æ‚(zh¨¨n)£è€…带来的痛苦和不适ã€?/span>

比如åQŒèƒƒé£Ÿç®¡åæµž®±æ˜¯å›°æ‰°è®¸å¤šäººçš„ç–„¡—…之一。大部分åŒÈ”Ÿéƒ½æ˜¯æ ÒŽ(gu¨©)®¾léªŒ¾l™è¯åQŒå‰‚量åƈ不精准。姜汉卿利用可食用电(sh¨´)子材料开发了一‹ÆùN…¸¼„±åº¦èƒ¶å›ŠåQŒæ?zh¨¨n)£è€…只要服用胶囊ä‹É其进入胃部，便可以实时监‹¹‹èƒƒé…¸åƈ通过无线ç”?sh¨´)信号反馈。一ŒD‰|—¶é—´ä»¥åŽï¼Œå®ƒä¾¿ä¼?x¨¬)被胃酸消化掉ã€?/span>

如果有更多这æ ïL(f¨¥ng)š„ç”?sh¨´)子器äšg以恰当的方式植入或进入äh体，未来实时诊疗ç”?sh¨´)子器äšgž®±å¯èƒ½å¤§æœ‰ä½œä¸ºï¼Œäººç±»å¯¹äºŽè‡ªèín的认识也ž®†è¢«æ— é™æ‰©å±•ã€?/span>

要做最好的研究

姜汉卿到西湖大学报到的那天，杭州正是阴雨蒙蒙åQŒä½†ä»–却意兴盎然。在解除隔离后，他立卌™µ¶èµ´å­¦æ ¡ï¼ŒèƒŒç€è¡Œå›Šè·Ÿç€åŠ©ç†åQŒåŽ»ä¸€ä¸ªä¸ªåŠžå…¬å®¤â€œä¸²é—¨â€ã€?/span>

在此之前åQŒä»–已经提前加入工学院的PIåQˆè¯¾é¢˜ç»„¾l„é•¿åQ‰ç¾¤åQŒéš”¼›ÀLœŸé—´å°±åœ¨ç¾¤é‡Œæ‰¾äºø™Šå¤©ï¼Œå‘现很多可能的合作机ä¼?x¨¬)，以期做更多、更有意思的学科交叉研究ã€?/span>

比如折叠甉|± åQŒåŠ å…¥è¥¿æ¹–大学后åQŒä»–æƒÏxŠŠ˜q™ç§ææ–™ä¸Žæœºå™¨äh¾l“合èµäh¥ã€‚“机器äh有非常坚¼‹¬çš„工业机器人，也有非常柔èÊY的硅胶机器äh。而折¾U¸æœ‰å¾ˆå¥½çš„性能åQŒè¿™ä¸ªææ–™å¯èƒ½å¾ˆè½¯ï¼Œä½†æ˜¯æŠ˜å å®Œä¹‹åŽå¯èƒ½ä¼š(x¨¬)变得很硬åQŒåŸºäºŽæŠ˜¾U¸ç»“构的机器人就可以随时调节软硬½E‹åº¦ã€‚â€?/span>

另外一个学¿U‘融合的方向是把力学和数据科学结合è“v来。与姜汉卿一起回国的其亚利桑那州立大学团队中的博士后研究员吴玲玲认äØ“(f¨´)åQŒå°†åŠ›å­¦ä¸Žæ•°æ®ç§‘学交叉融合，ž®†æ˜¯æœªæ¥æœºæ¢°­‘…材料的重要研究方向ã€?/span>

在姜汉卿眼里åQŒå­¦é—®æœ‰å¾ˆå¤š¿Uåšæ³•ï¼Œæ¯ä¸ªé¢†åŸŸéƒ½æœ‰å„自的特点，没有高低之分åQŒåªè·Ÿå…´­‘£æœ‰å…Ÿë€‚“有人愿意做非常深入、细致的工作åQ›ä¹Ÿæœ‰äh喜欢跨多个领域开展比较开放性的工作åQŒæˆ‘偏重于后者。”回到国内，他更惛_……分发挥国内的òq›_°ä¼˜åŠ¿åQŒä»Ž¿U‘学研究的兴­‘£å‘源，åˆîCñ”品化工程落地åQŒå®žçŽîC»Žå®žéªŒå®¤åˆ°ç™‘Ö§“家庭的完整过½E‹ã€?/span>

但不½Ž¡å¦‚何跨界，有一个原则不ä¼?x¨¬)变åQŒå°±æ˜¯å§œæ±‰å¿¾lå¸¸å¯¹å­¦ç”Ÿè¯´çš„，要做最好的研究åQŒä¸è¦åªæƒ³ç€é’ˆå¯¹æŸä¸ªé—®é¢˜å‘文章。“科研需要创斎ͼŒè¦æœ‰societal impactåQˆç¤¾ä¼?x¨¬)åª?ji¨£ng)响）(j¨ª)åQŒè¦å¯¹è¿™ä¸ªç¤¾ä¼?x¨¬)真正有贡献。â€?/span>