“能量捕手”
——记西南大学工程技术学院副教授高鸣源
2024-05-11
“欢迎来到微能量俘获实验室，此处是科学的舞台。科学的舞者们在此舞蹈，繁复的装置犹如乐曲在空气中飘浮。电子的赞美诗在此奏响，无形的能量在此跃动。用勇敢的心，开启这个世界的新篇章，在微小与伟大之间，找寻科学的真理。”无论是谁打开西南大学工程技术学院副教授高鸣源课题组的官方主页，都会第一时间被这群年轻人的蓬勃与朝气“俘获”，寥寥几句诗歌一般轻松优美的语句，却写尽了他们的澎湃与激情。而照片中那个比一页纸还薄的器件，正能捕获5G电磁波能量。
2020年，当高鸣源第一次发现自己所学可服务于柔性电子和生命健康领域时，他就暗自许下了要在柔性可穿戴器件供电系统这一前沿的领域中不断下潜深耕的决心，虽然距今只有3年，但他和团队已收获颇丰。他说：“我只是幸运地站在了巨人的肩膀上，从求学到工作，我的导师刘胜教授、王平教授、卢日瑞（Yuerui Lu）教授及合作前辈都曾为我提出过极具指导意义的有效建议，多方共同支援之下，才催生出一个个可穿戴的微能源系统。”
加入西南大学的第一年，高鸣源收获的成果便发表在学术期刊《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上。在项目中，高鸣源及合作团队主要面向制约可穿戴设备普及的重要因素，即电池续航能力展开研究布局，针对柔性、绿色和可持续的能量供应存在的技术瓶颈等进行重点攻破，收获了系列创新成果。接下来，他们一鼓作气，对热电、运动及无线电波等能量源在可穿戴器件上的应用进行持续攻关，首次提出了柔性可穿戴器件供电系统的评价指标，可较为全面地评估柔性可穿戴系统的电源性能、能量转换机制、弯曲或拉伸条件下的功率折减等。
“这项成果使得未来可穿戴设备的电源设计有望标准化，供电系统更加智能。”成果一经发表，立即得到新华社等主流媒体报道。有业内专家认为，这项研究成果代表了未来柔性可穿戴器件供电系统的研究重点和发展趋势。研究提出的评价指标将有助于未来根据智能家居、人体健康监测、畜禽精细养殖等不同应用场合需要对可穿戴设备的电源进行选型，从而推进可穿戴设备的设计标准化和产业化进程。
高鸣源团队在“捕获”能量方面的实践步履始终未停。近两年，他们开发了一种无线电能传输技术，可将身边射频电磁波（如5G、Wi-Fi）的能量收集起来，为那些不方便和不能配合充电的可穿戴设备提供源源不竭的电能。研究成果相继发表于物理学领域顶刊《应用物理评论》（Applied Physics Reviews）和《细胞》（Cell）子刊《设备》（Device）上。这不仅有望帮助电子产品非敏感人群（例如老年人、婴幼儿等）解决穿戴设备频繁充电的麻烦，实现智能手表、手环、穿戴医用设备等的不间断实时监测，也可使此类产品摒除电池这类化学产品所带来的健康风险，让人类自身的体温、心跳和环境中的电磁波这些“看不见”却其实无处不在的能量，以一种“摸得到”的形式，体现在日常所用的设备上。
值得一提的是，此类技术还有望应用至特殊环境下的铁路监测。“川藏铁路沿途存在人迹罕至的区域”，它们因为昼夜温差大等气候特征凭“实力”上榜人类非适宜居住区。也正因如此，为铁路监测系统“做保养”及日常排查等工作成了巨大难题。“如果可以开发出一种只利用温差就能自主供电、维持实时监测的系统，减免日常运维工作量，就可以为解决相关难题扫清障碍”，瞄准行业急需，高鸣源在自己的职业篇章中开启了新一轮的勾画与描摹。
志向是人生的航标。致力于微能量俘获机制与微型能源器件的前沿技术研究虽然仅有数年，但高鸣源已发表一区学术论文20余篇，被引1500余次，授权发明专利7项，获国际创新奖1项。他内心笃定，“志行万里者，不可中道而辍足”，展望未来，他表示会继续携手团队一起脚踏实地，砥砺前行，直至抵达心中自由“捕获”能量的彼岸。
来源：科学中国人 2023年第4期 创新之路
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