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传奇院士王中林:纳米发电机之父,华人最高H因子!
来源: 时间:2022-12-06 16:20:37 浏览:3138次


王中林,国际顶尖纳米科学家、物理学家、材料学家、能源技术专家,中国科学院外籍院士,欧洲科学院院士,加拿大工程院国际院士,佐治亚理工学院终身董事教授、Hightower讲席教授,中国科学院北京纳米能源与系统研究所创始所长、现任所长,中国科学院大学纳米科学与技术学院院长

作为纳米能源领域的集大成者,王中林院士的头衔及荣誉之多、分量之大,在整个科研领域都极其罕见,他是当之无愧的纳米能源奠基人!

然而,就是这样一位顶级的华人科学家,在今年年初却遭到了国内外许多“吃瓜群众”的质疑。起因只是中国科学院北京纳米能源与系统研究所发布了一项重磅科研进展:王中林院士对麦克斯韦方程进行了拓展,在雷达、天线、航空、航天和军事等需要无线通信的领域展现出巨大的应用潜力。

为了一探“麦克斯韦方程修正事件”始末,笔者深入了解了王中林院士的人生轨迹,窥得了这位传奇学者的伟大之处,心中再无质疑,唯有“高山仰止,景行行止”之念!

本期,笔者将带领大家一览王中林院士的传奇人生,揭开“纳米发电机之父”的成功秘诀!



求学之路
PART 01

1961年的冬天,陕西省渭南市蒲城县阴雨连绵。在这样天气下,高阳镇一户不起眼的贫苦人家迎来了一个小生命,他就是王中林!谁也没想到,一个地地道道陕西汉子的儿子,却是日后科学界数一数二的顶级科学家!

父亲是工人,母亲是农民,幼年的王中林日子凄苦,为了维持生计,下地劳作是他的日常工作之一。贫苦的生活并没有让王中林退却,相反,“知识改变命运”的想法时刻萦绕脑海。

凭着冲劲与刻苦,1975年的秋天,王中林成功考入当地的高阳中学!作为一所普通高中,受当时国内政策影响,高阳中学也像全国各地的中学一样,花费一定的时间在学农上,对“数理化”的知识传授少之又少。虽然生活、学习条件十分艰苦,但王中林对各种知识的学习都具有浓厚的兴趣,他也凭借自己的优秀获得了当时学校分发的为数不多的数理化学习资料。皇天不负有心人,苦于前途无望的王中林赶上了“恢复高考”的大好消息。

1978年的秋天,品学兼优的王中林顺利考入西北电讯工程学院(现在的西安电子科技大学)。

图1 西北电讯工程学院校徽(上)和如今的西安电子科技大学校门(下)

1981年,王中林所在的西北电讯工程学院得到了3个“中美联合培养物理类研究生计划(CUSPEA,由诺贝尔物理学奖得主李政道建立)”考试的名额。王中林兴冲冲的参加了考试,但英语成绩给他浇了一盆冷水,初战失败!王中林没有放弃,他买来录音机夜以继日的练习英语,终于在第二年一举通过了CUSPEA的考核,他也成为当年西北五省唯一被CUSPEA录取的学生!

被录取后的王中林又遇到了难题,那就是如何选择美国高校。当时国内消息闭塞,关于国外高校的介绍鲜有报道。或许是命运的抉择,王中林最终选择了亚利桑那州立大学,正式成为亚利桑那州立大学的一名博士生,并歪打正着投身国际知名的显微分析学家、英国皇家学会会员、高分辨电子显微学奠基人J.W.Cowley教授的门下。

王中林的勤奋刻苦和出类拔萃很快被Cowley教授看在眼里,在Cowley教授的帮助下,仅仅4年时间,王中林就完成了三个课题,而这三个课题中的任何一个都可以单独作为一篇合格的博士论文!毕业前夕,Cowley教授曾这样评价王中林:“不管做什么,都是做得最好的”。

1987年,王中林顺利获得亚利桑那州立大学物理学博士学位,这个常人需要6~8年才能拿到的学位证书,王中林仅仅花了4年时间!

同年8月份,意气风发的王中林进入纽约州立大学石溪分校攻读博士后,然后该校当时在显微学研究方面的基础实验条件很差,王中林空有一身本领却无用武之地。

几经周转之下,1988年王中林进入英国卡文迪许实验室,继续进行科学研究。在物理学界,卡文迪许可谓是大名鼎鼎,当然,以他的名字命名的实验室也是不同寻常,历年来,该实验室曾有27人获得诺贝尔奖,说它是“诺贝尔奖的摇篮”都不为过!

然而,造化弄人!初入剑桥大学的王中林并没有感受到顶级名校的学术氛围,相反,由于当时提出的一项理论与他在剑桥的导师的观点相悖,王中林在剑桥的日子同样举步维艰。作为一个新人,公然与领域权威对抗,结果可想而知,王中林遭到了该导师众多的门生的敌对。

研究生涯似乎陷入了困境,但王中林从来没有气馁,他找到了显微镜分析领域内的所有文献,悉心整理钻研。1995年,逆境中的王中林完成了他的处女作《Elastic and Inelastic Scattering in Electron Diffraction and Imaging》(电子成像和衍射中的弹性和非弹性散射),该书一经出版就广受好评,不仅得到了剑桥大学教授们的一致认可,还被媒体称为“具有卓越成就的经典之作”。

 

图2 王中林院士第一本著作封面

也就在这一年,王中林被聘请为佐治亚理工学院副教授及电子显微镜实验室主任,并开始从事纳米科学研究,传奇学者的传奇道路自此开始延伸,纳米能源领域的启明星开始冉冉升起!



最年轻的中科院外籍院士
PART 02

传奇之所以是传奇,自有其过人之处!王中林即将开启的“开挂般超神人生”靠的也不仅仅是运气,更是多年如一日的磨砺与厚积爆发!

自发表第一本个人著作以来,王中林夜以继日的进行非弹性反射的相关研究,短短几年时间就发表了二十多篇被广泛传播的论文,在此领域顺利的占有一席之地。

1996年,王中林在纳米领域的第一篇文章发表在材料领域顶级期刊Advanced Materials上,引起了广泛关注,截止目前,该文章被引次数超过1500次。

 图3 王中林参与发表的第一篇纳米领域文章

同年,王中林在剑桥大学出版社出版了他的第二本著作《Reflection Electron Microscopy and Spectroscopy for Surface Analysis》(用于表面分析的反射电子显微镜和光谱学),引起了行业内巨大反响。美国材料学会会刊曾这样评论该著作:“反射电子显微学唯一的和必读的教材”。

1998年,王中林和同事在Science期刊上发表了关于发现纳米碳管量子导电效应的文章,被12家专业学会会刊和报社作为重大科技发现转载,且被权威专家评论为“有关智能材料唯一的和最前沿的文章”。也就在这一年,王中林晋升为佐治亚理工学院终身正教授!从实验室都没有到发表80多篇文章,再到获得终身教授头衔,王中林仅仅用了3年时间,以至于当时佐治亚理工学院的某位教授曾这样说:“You make us look bad”。(没有对比就没有伤害…)

对于“普通”学者来说,不到40岁取得这样的成就,已然算得上是年少有为,称得上是社会精英了。然而,学无止境,王中林并没有就此止步,相反,别人的终点似乎才是他的起点!

1999年,王中林率领科研小组研制出可称单个病毒质量的“纳米秤”,这个被称为“世界上最小的秤”能够秤出质量为亿亿分之二百克的单个病毒的重量,这一重大发明对生物学和医学研究产生了的重要影响。

2000年秋,王中林在佐治亚理工学院创立了纳米科学和技术中心,并担任该中心主任。此后,他陆续收获美国显微镜学会巴顿奖章、美国化学学会S.T.L奖金、美国陶瓷学会普帝奖、美国陶瓷学会及埃瓦德奥顿纪念奖、美国材料学会奖章、美国物理学会会士、詹姆斯新材料奖......这些奖,几乎囊括了美国五大学会的最高奖!而王中林,他是罕见的能集齐美国五大学会所有奖章的学者!

虽然身在国外,但王中林的心里一直都住着五星红旗。2002年,王中林担任国家纳米科学中心海外主任。同年,鉴于其出色的研究能力及对纳米能源领域的突出贡献,王中林当选为欧洲科学院院士!

两年后的2004年,王中林当选为世界创新基金会院士,并晋升为佐治亚理工学院终身校董事教授,成为该校校史上最年轻的终身校董教授!

随后,王中林一鼓作气,其领导的研究小组在世界上首次得到具有压电效应的半导体纳米环和纳米螺旋结构。并2006年的某一个失败实验中取得灵感,成功地研制出世界上最小的发电机——纳米发电机。该成果发表在当年出版的Science期刊上,并入选中国两院院士评选的“2006年国际十大科技进展新闻”,“纳米发电机之父”自此闻名于世!

随着时间进入21世纪,笔记本电脑和手机开始占领人们的生活。笨重的电池似乎愈发难以满足这些精致的电子产品。于是,王中林适时地提出了“自驱动”概念。所谓的自驱动,是指不依靠电池等储能器件,让电子产品直接从环境中收集能量。这个2008年出现的概念一经提出立刻引起了学界的广泛关注。

 图4 王中林在Scientific American期刊上提出的“自驱动”概念

2009年,荣誉加身的王中林毫无意外的当选为当年中国科学院外籍院士,他也是截止当时最年轻的中国科学院外籍院士。



获“能源界诺奖”
PART 03

任何一个人能达到40岁之后的王中林的成就,都可以算得上人生赢家。然而每隔一段时间、甚至于每隔一年,王中林都在刷新“人生赢家”这四个字,于他而言,诸多的顶级荣誉、头衔,似乎只是稀松平常,他前进的步伐从未停顿!

2010年,王中林晋升为Hightower讲席教授。与此同时,他也没有忘记两年前提出的“自驱动”概念,孜孜不倦的攻克着心中的构想。他将目光投向了自己开辟的氧化锌(ZnO)材料,而这,也成功的让王中林及其团队找到了突破口。

2011年,学生在测试一款纳米发电机时观察到了5V的电压信号。起初大家以为这是一个误差,因为数值比预想的要高出一个数量级。但王中林觉得这其中应该另有玄机。

机会从来都是留给有准备的人的!

2012年,王中林再次轰动世界,他的团队研发出世界上第一款体积最小的纳米摩擦发电机。这款发电机的神奇之处在于,它的动力源既可以是风力、水力、海浪等,也可以是人的行走、手的触摸、下落的雨滴等环境能源,甚至可以是车轮的转动、机器的轰鸣等垃圾能源,哪怕说话也行。彼时,王中林说:“或许不久的将来,你只要正常走路,附着在你衣服上,或安在你鞋里的摩擦发电机,就能随时为你随身携带的手机充电。”

 图5 摩擦纳米发电机将人走路的能量转变为电能

当初的一个“实验误差”,如今已经发展出了一个全新研究领域。纳米发电机技术具有划时代意义,被国外权威学术期刊评选为未来30年最有潜力的十大技术,甚至被视为与手机同等重要的发明。正如王中林总是挂在他嘴边的一句话:“绊倒你的不一定是石头,可能是个金砖。”

20159月,汤森路透公司发布2015年度引文桂冠奖获奖名单,王中林成为物理学领域获奖人之一。汤森路透引文桂冠奖是由汤森路透公司推出的一项通过数据定量分析得出的学术奖项,旨在表彰最有影响力的研究人员。该奖项自2002年开始评选,每年一次,截止到2015年,汤森路透已成功预测了37位诺贝尔奖得主,素有“诺奖风向标”之称,可见分量之重,而王中林院士是其中唯一的华人获奖者。

然而,这远远没有结束,王中林心中还装着蓝色能源之梦!他设计了一款基于摩擦发电原理的球状发电机。这种发电机由一个空心壳层和一个内部球体组成,可以漂浮在海洋上。随着海浪的冲击,壳层与内部球体发生相对位移与摩擦,从而产生电流。他希望未来人们能“从海浪中获取大量能源以解决世界的能源需求”。

“洋装虽然穿在身,我心依然是中国心”。王中林曾公开表示:“如果我想要成就一番事业,那我肯定要回到中国来。”

2017年,王中林载誉而归,国家为他“量身定做”了北京纳米能源与系统研究所,且聘请他担任中国科学院大学纳米科学与技术学院的首任院长,而他也没有辜负国家的厚爱!

201810月底,世界能源领域最高奖、被誉为“能源界诺贝尔奖”的埃尼奖(Eni Award)颁奖典礼在罗马市奎里纳尔宫举行,中科院外籍院士王中林出席并荣获奖章!埃尼奖是世界能源领域最权威、最负盛名的奖项,被誉为世界能源领域的诺贝尔奖,与计算机界图灵奖、数学界的菲尔兹奖及沃尔夫奖等并称为自然科学领域性的最高奖项。王中林院士是迄今为止获得埃尼奖的第一位华人科学家。

颁奖时,埃尼奖组委会这样评价王中林院士:“王中林是摩擦纳米发电机理论和技术的创立者,是纳米发电机技术用于物联网移动能源和收集大规模海洋蓝色能源等重大科技的发明者,建立了从环境和生物系统中获取随机机械能来驱动移动传感器的原理和技术路线图,相关研究成果为物联网、机器人和人工智能的发展提供了能源技术,贡献重大。”

 图6 意大利总统马塔雷拉为王中林颁发埃尼奖奖章

站在世界之巅的科学巨匠还没来得及前进,荣誉接踵而至!20196月, 阿尔伯特·爱因斯坦世界科学奖Albert Einstein World Award of Science)揭晓,王中林再度斩获世界性大奖,再次成为首位获此殊荣的华人科学家。爱因斯坦世界科学奖以史上最伟大科学家之一的爱因斯坦命名,象征着国际科学界的崇高荣誉,目的是表彰和鼓励世界科学技术领域的重大研究进展,授予为人类带来福祉的杰出科学家。

该奖项评选委员会(包括25名诺奖得主)评价王中林院士在纳米发电机和自供能系统领域做出了开创性的重大贡献,认为这一领域“将对人类和我们社会的可持续发展产生巨大的利益”,“望在不久的将来改变世界”。

 图7 王中林院士获爱因斯坦世界科学奖



修正麦克斯韦方程
PART 04

人群熙熙攘攘,王中林院士的传奇却依然在延续!

他在国际一流刊物共发表期刊论文2100余篇,发明专利200余项,出版专著7部,且编辑书籍和会议文集20余本。Google学术检索“王中林”,其论文引用35万次以上,H因子(h-index高达287,这也是华人最高H因子同时,王忠林院士全球材料科学总引用数和H指数排名世界第一世界横跨所有领域前10万科学家终身科学影响力综合排名第3位,纳米领域奠基人名不虚传!

 

图8 Google学术里“王中林”论文引用情况

2022年初,王中林院士“跨界”研究,宣布拓展了麦克斯韦方程组,相关成果发表在材料学顶级期刊Materials Today上。

 

图9 王中林院士拓展麦克斯韦方程组示意图

同时,中国科学院北京纳米能源与系统研究所召开重大原创科学成果发布会,向包括CCTV、人民日报、中国日报、中国科学报等在内的多家媒体发布了这项成果。发布方这样描述该成果:王中林院士对麦克斯韦方程进行了拓展,在雷达、天线、航空、航天和军事等需要无线通信的领域具有巨大的潜在应用。

一石激起千层浪,相关话题瞬间引爆全网!

图10 中科院公布王中林院士拓展麦克斯韦方程组成果所引发的热潮

祝贺声不多,相反,质疑声不绝于耳。“拓展”二字用得是否恰当、该研究成果是否正确,成了人们质疑的核心。我不是物理学领域学者,孰是孰非难以判断,但面对质疑,王中林院士一一回应、坦然的心态依然是我们学习的榜样。站在学术之巅的大科学家,面对铺天盖地的质疑,再次向大家展示了虚怀若谷的风度!


结语

岁月如海波涛汹涌,人生奋进惊涛拍岸。从穷困小镇走向名牌学府,从同行敌对走向世界巅峰,王中林院士以无可战胜的强大意志和能力,书写了一段可载入史册的辉煌人生。没有人能洞察未来,但是这个我们赖以生存的世界,正在如王中林院士这般埋头在实验室里的英雄的手里,慢慢改变。惟愿多年后,这位站在世界之巅的学术巨匠俯首时,是国泰民安的稳定、是万家灯火的静谧、是岁月静好的幸福。


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文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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