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头条王中林院士荣获世界能源领域诺贝尔奖--埃尼奖

2018-07-27 18:42

  头条王中林院士荣获世界能源领域诺贝尔奖--埃尼奖

  埃尼奖(Eni Award)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( The Nobel Prize for energy ),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领域性的最高奖项。

  2018年7月23日,埃尼奖组委会在意大利罗马正式宣布:根据科学委员会最终评选结果,决定将第十一届埃尼前沿能源奖(Energy Frontiers Prize)授予王中林院士,奖金为20万欧元(折合人民币153万元),以表彰他首次发明纳米发电机、开创自驱动系统与蓝色能源两大原创领域,并把纳米发电机应用于物联网、传感网络、环境保护、人工智能等新时代能源领域所做出的先驱性的重大贡献。

  王中林是中国科学院外籍院士、欧洲科学院院士、台湾中央研究院院士,中国科学院北京纳米能源与系统研究所创始所长和首席科学家、中国科学院大学纳米科学与技术学院院长,美国佐治亚理工学院终身校董事讲席教授、Hightower终身讲席教授。王院士还是美国物理学会、科学发展协会、材料学会、陶瓷学会、显微学会会士(fellow)和英国皇家化学学会会士(fellow)。

  王中林院士是国际公认的纳米科学与技术领域的领军型科学家,目前位居全球纳米领域H指数及影响力第1名。他首次发明了纳米发电机和自驱动纳米系统技术,被誉为纳米发电机之父。他是压电电子学和压电光电子学两大学科的奠基人,发明了压电纳米发电机和摩擦纳米发电机,首次提出并发展了自驱动系统,首先提出蓝色能源等大原创概念,并将纳米能源推广为新时代的能源--即物联网、传感网络、大数据时代的分布式移动式能源。这一应用于物联网、传感网络和大数据时代的新能源技术,将开启人类能源模式新篇章,为微纳电子系统发展和物联网、传感网络实现能源自给和自驱动提供了新途径。王中林领导下的中科院北京纳米能源与系统研究所因拥有原创的理论、原创的学科、原创的技术成为世界纳米能源与自驱动系统研究领域的领头羊。

  2018年第十一届埃尼奖评审机构--科学委员会因王中林院士在纳米发电机理论和技术方面的重大原创性贡献,以及对人类能源革命带来的可预估性的巨大前景,决定授予他埃尼前沿能源奖。这是对王教授多年来所开创的基于纳米发电机的纳米能源与自驱动传感领域的最大国际认可,也是对他的研究成果在能源与环境技术应用方面的最高的权威性肯定。根据Google Scholar 2018年6月的公开数据,王中林院士的学术论文已被引用16.15万次以上,被引用H因子(h-index)达207,学术影响力与H指数继续位居世界纳米科技和纳米科学领域第1名,充分体现了他在学术方面的卓越地位。这两项荣誉的获得,足以证明了王中林教授力行的学术与产业化并行并重的顶天立地研究思路取得了重大成功。

  王中林教授科研成果丰硕,已在国际一流刊物上发表1500多篇论文(其中发表在《科学》、《自然》及其子刊上的文章40余篇),拥有200项专利、7部专著和20余部主编书籍、会议文集。王中林院士先后获得各类国际性重大奖项17次,比如2015年获得汤森路透引文桂冠奖,该奖项被称为诺贝尔奖风向标,他也因此成为诺贝尔奖的热门人选;此外他还获得2011年美国材料学会奖章、2014年美国物理学会詹姆斯马克顾瓦迪新材料奖、2013中华人民共和国国际科学技术合作奖、2014年佐治亚理工学院杰出教授终身成就奖、2016欧洲先进材料奖和2017年全球纳米能源奖,等等。

  自从2007年该奖项设立以来,共有约8000名科学家申请该奖项,经过由包括多名诺贝尔获得者组成的评审委员会的评选,每年获奖的人数为4到8位。在历年获奖的人员中包括三位前诺贝尔奖得主:1996年诺贝尔化学奖得主Sir Harold W. Kroto, 2000年诺贝尔化学奖得主Alan Hegger 和 2005年诺贝尔物理奖得主Theodor Wolfgang Haensch。

  王院士在2006年发明了纳米发电机(nanogenerators)并开创了纳米能源这一新的研究领域,2007年成功首次研发出由超音波驱动的直流纳米发电机,2008年研发出可以利用衣料来实现发电的发电衣的原型发电机。该项研究成果完全地实现了自驱动(self-powered)的纳米元件。纳米发电机的原理是利用压电效应所产生的电场来驱动外电路中电子的流动。

  纳米发电机理论的提出具有极为重大的意义。它的问世完全打破了人们对发电机尺寸的认识极限,让能源系统实现微型化成为可能,是人类对能源获取方式的新的认识和探索。纳米发电机能够利用无需任何磁铁和线圈的柔性结构,而实现对环境中特别微小机械能的进行收集和利用。例如,空气或水的流动、引擎的转动、机器的运转等引起的各种频率的噪音,人行走时肌肉伸缩能或脚对地的踩踏、甚至在人体内由于呼吸、心跳或血液流动带来的体内某处压力的细微变化,都可以带动纳米发电机产生电能。因此,纳米发电机理论为目前实现物联网和传感网络以及大数据提供了一种理想的电源解决方案。

  王院士于2011年首次提出了基于摩擦起电效应和静电感应效应的摩擦纳米发电机原理。通过简单、巧妙的结构设计,可将古老的摩擦起电效应与静电感性效应耦合,实现机械能向电能的高效转化,是一个具有划时代和颠覆性意义的能源技术。2016年,王院士首次从理论上揭示了纳米发电机的物理根源,即根据1861年提出的麦克斯韦位移电流理论,发展和开拓了位移电流在能源方面的应用。摩擦纳米发电机不仅具有完全不同的发电原理和工作模式,更在以下方面产生了革命性的突破:(1)输出功率密度可达313W/m2,能量转换效率高达50%;(2)取材突破了压电性和纳米尺度的限制,各种聚合物、天然高分子材料、甚至是木头、纸张都可能成为摩擦纳米发电机的原料;(3)极简的结构更易于规模化生产。摩擦纳米发电机的成功研制将纳米能源技术从基础性的科学研究推向了成为接近产业应用的实用化技术。在此基础上,王院士首次提出了新时代的能源这一新的能源技术模式,即应用于物联网、传感网络和大数据时代的分布式能源技术,开启了纳米能源领域的全新篇章。

  最近,他首次提出了利用摩擦纳米发电机网格结构收集海洋水波能的蓝色能源的原创理论。他的这一新理论有可能解决传统电磁发电机百年无法解决的难题,为人类从根本上解决可持续发展的大能源,提出了一个革命性的大胆思路。

  2006年,王院士设计了纳米尺度上压电和半导体性能的巧妙耦合,首次提出了基于第三代半导体的压电电子学 (Piezotronics)的概念,即利用压电效应所产生的电场来调制和控制载流子运动的原理来制造新型的元件,并首次开发出了压电场效应三极管、压电二极体、压电调控的逻辑运算电路。在传统的场效应电晶体中,外加的电压场效应开关调控了半导体中电流的方向和大小,而在压电电子学这种新型纳米逻辑元件中,其开关场则是由通过氧化锌纳米线的机械变形来产生的晶体内部场,它起到了传统金属氧化物半导体(CMOS)元件中门电压的作用,从而可以调控载流子的运动。王院士发明的这种新型纳米压电逻辑元件则适用于低频应用领域,亦可广泛应用于纳米机器人、纳米机电系统、微机电系统与微流体元件中。这一原创性的发明被国际著名期刊《自然》和《科学》称为压电电子学效应。

  王院士引领了第三代半导体氧化锌纳米结构领域的研究,使氧化锌纳米结构成为与碳纳米管和硅纳米线同等重要的一类材料研究体系。他在美国《科学》发表的关于发现氧化锌纳米带的文章单篇被引用次数接近5000次。王院士有关纳米结构氧化锌的研究连续两次荣登每三年一期的《美国纳米科技进展报告》的封面。1999年在《科学》发表的可以称出单个病毒品质的世界上最小纳米磅秤的论文,被美国物理学会评为在纳米科技方面的重大进展之一。他开创了在穿透式电子显微镜中原位测量纳米力学和电学性能的技术,引领了这个领域的发展。

  王院士注重创新链和产业链的协调发展,积极推动科技成果的转移转化。在研究上他极力主张顶天立地的一条龙思路,强调研究成果不但能上书架子,也能上货架子。经过几年的努力,在他带领下,纳米能源所以摩擦电空气除尘技术为基础的空气净化产品已进入产业化具体推进阶段,合资公司业已成立,并投入运营;汽车尾气、智能鞋装备、雾霾治理等技术的转化工作也在有条不紊的进行中;蓝色能源的概念已经引起国家有关部门的高度重视。这些成果的转移转化在未来可以产生可观的经济、社会效益。