燃起“納米火”的普羅米修斯——納微能源研究專家胡志宇的創新故事

記者 王春 實習生 錢洛瀅

■行進中國·創新故事

國家“千人計劃”專家胡志宇的辦公室裡，愛因斯坦在海報中調皮地“吐”著舌頭“說”：“想象力比知識更重要！”牆對面，“天道酬勤”的書法遒勁有力。書櫥裡擺放著胡志宇在美國學習、工作期間榮獲的嘉獎和榮譽，包括美國能源局局長的親函嘉獎。胡志宇看著愛因斯坦像說：“超富想象力、對自然的好奇心和對人類生活水平提高的期望，這些是作為一名學者最需要的素質。”

胡志宇還兼任上海交通大學“致遠”講席教授、微米納米加工技術國家級重點實驗室主任、上海大學納微能源研究所所長。在納米的世界裡，胡志宇顛覆了“火能傷人”這一常識：他發現了一種室溫下在納米尺度下燃燒的火，即使被捧在手心，也絲毫不會灼燒皮膚。

沒有火，也能“燃燒發電”！從世界首創的用“納米火”實現全固態發電芯片，到自主設計國際領先的中國牌紅外顯微熱像系統，胡志宇和他的團隊要從根本上改變人類用燃燒產生能源的方式，將科研成果產業化做大、做強。

“取下你的靈魂，把它當做火把﹔取下你的心，把它當做火種”。室溫納米催化燃燒不會產生如NOx等污染物，為當今飽受霧霾困擾的社會帶來節能減排新思路，胡志宇如同給人類帶來火種和希望的“普羅米修斯”式的筑夢者。

納米尺度下的“溫柔火種”

實驗室裡，胡志宇手中躺著一片“溫柔火種”——帶有納米顆粒的棉花球在碰到了甲醇之后，立刻燃燒了起來。但胡志宇依然神情自若，絲毫沒有被燙到的模樣。

點火除了必須滿足三個條件——氧氣、燃料和點燃過程之外，胡志宇給我們補充了第四個條件：尺度。當火的尺寸太小（通常小於1毫米）時，它很快就會熄滅。在比毫米還小100萬倍的納米尺度下，如何點火更是大問題。為何要將燃燒“微縮”到這樣的尺度？胡志宇教授解釋，主要是為了讓燃燒可以在室溫下進行。

“解決問題最好的方法就是沒有問題”。從能量產生的科學原理出發，從源頭上解決環境污染問題，胡志宇要為中國乃至世界開出一副靈丹。2005年，實驗室中一起“意外事故”，讓胡志宇發現納米顆粒在催化劑作用下可以在室溫中燃燒。從這小小的“納米火”之中得到靈感，胡志宇提出了全新的室溫納米尺度能量轉換方法。

“如果把傳統的燃燒比作一整個足球場在起火，那麼納米尺度的燃燒就相當於在這足球場中間點燃一隻桔子大小的煤球，這樣看台上的人還會覺得灼熱嗎？”這正是燃燒的“棉花球”不燙手的原因。值得一提的是，這火種雖不燙手，卻能產生和正常燃燒一樣的能量。更重要的是，能夠以納米精度控制它燃燒的范圍與大小。在紅外顯微鏡的幫助下，我們能夠觀察到厚度僅僅為幾十個納米顯示為“SH”的兩維燃燒圖案，這使得其與微米納米加工技術相結合成為可能。在全球能源危機日益嚴重的今天，這“溫柔火種”蘊含了巨大能量和應用前景。

納米火或帶來能源領域巨大變革

“在能源領域填補世界級空白”，這是胡志宇認定的一條艱辛的“開荒”之路。

2008年，看到全球污染最嚴重的20個城市中有16個在中國，當時還在美國能源部橡樹嶺國家實驗室擔任正研究員的胡志宇十分痛心。他辭去了優渥的工作，舉家遷回中國。

剛回國時，實驗條件、物質待遇等與美國落差極大：“缺腳的桌子和椅子，布滿厚厚灰塵的一張老式沙發，這是2008年大年初十我回國到上海大學報到時，在辦公室裡看到的所有家當。”從此，他從零開始開創在中國的事業。

六年中，胡志宇在上海大學創建了納微能源研究所，組建了來自物理、化學、材料、信息、納微加工等領域的跨學校、跨專業的團隊，“多面手”胡志宇成了該團隊無可取代的主心骨。2010年，美國國家專利局批准了一項名為“全固態室溫納米催化燃燒發電”的技術發明專利，這項由胡志宇首創的專利被國外眾多科學家認為是“具有廣泛應用前景的革命性新能源技術”。今年，胡志宇教授應邀擔任了上海交通大學“致遠”講席教授及微米納米加工技術國家級重點實驗室主任，在新的工作崗位繼續他的探索與研究。

經過十年的努力，今年7月胡志宇教授的團隊成功研制出全固態室溫催化納米發電芯片，並最終打造出世界上首個“芯片發電廠”，厚度僅為頭發絲百分之一。由於發電單元的尺度與構造和目前半導體芯片非常類似，這意味著未來有可能把兩者集成在同一個芯片上構成“電子細胞”，把微電子芯片從單一復雜系統轉變為具有仿生構架的、由海量簡單功能“電子細胞”構成的超級復雜系統，從而引發新一輪的微電子革命。

“芯片發電廠”如何既節能又環保？它和傳統熱機在高溫下將燃料劇烈燃燒從而快速釋放出熱能的工作機制不同，“芯片發電廠”以甲醇作催化劑，將燃燒的化學能轉化為電能。納米尺度下的燃燒可避免傳統燃燒80%以上的熱能損失，且不會產生污染物，從根本上杜絕空氣污染的產生。

這項科研成果有望為分布式電網、電動汽車產業提供更為經濟有效的能源供給。利用此項技術，今后隻要將催化劑加注到裝有納米發動機的新一代電動汽車中去，就可長時間持續提供電能。其他日用電器如手機平板電腦、筆記本電腦、家庭照明等都可以使用這項技術。未來人們可能不再需要發電廠，而是每家每戶自主發電，這或將徹底改變人們的用火、用電習慣……“芯片發電廠”也許將譜寫人類能源利用新篇章，填上第三次工業革命能源發展部分的空白。

隨著科研工作的深入，胡志宇教授的研究工作已經引起了國內外同行的高度關注，國外用戶對納微能源研究所網站的訪問量持續增加。據悉，近期胡志宇教授已經被國際上素有能源界“諾貝爾獎”之稱的埃尼獎提名。

“手工帝”推進科研成果產業化

市場倒逼著創新。在研制全固態室溫催化納米發電芯片的過程中，測試成了一道難題：歐美發達國家對中國禁運中高端紅外顯微儀器。原本在美國實驗室中非常容易解決的問題，到了國內就成了“攔路虎”。

秉著“沒條件創造條件也要上”的信念，胡志宇教授開始自己動手。如今這些佔地230平方米的實驗室中，30%的儀器都是這位了解甚至熟知各學科內容的“手工帝”設計制作出來的，且成品的制作成本不及美國原機的一半。通過3年的研究，他們積極與國內生產企業合作，成功開發出我國第一台具有自主知識產權的、有數據系統保存功能、時間溫度曲線記錄功能、最高溫度鼠標跟蹤功能、溫度變化記錄功能和三維溫度圖像成像功能和國際首創自校准功能的紅外顯微熱像系統。

據胡志宇測算，中國牌紅外顯微熱像系統及其相關產品在半導體無損檢測、顯微熱成像分析、醫療診斷、公共安全等領域都有巨大的市場空間，國內外市場需求價值超過百億元。多家國內科研機構和半導體企業已經訂購這套系統，其科研團隊和相關醫療單位也簽訂了戰略合作協議來開發便攜式醫用紅外顯微觀察系統，有望在皮膚病變診斷、乳腺癌診斷和糖尿病診斷中發揮巨大作用。

不僅在研發和設計制作儀器上親手操刀，這位在美取得MBA學位的科學家連商業合作洽談都要親力親為。他的夢想不是隻埋頭搞科研，而是把科研成果產業化，打造一個超大型企業集團。他同樣鼓勵自己科研團隊中的學生學習管理知識，成為既懂技術又能進行企業管理的人才。

掃除陰霾，還世界綠水青山、藍天白雲，胡志宇將理想中的藍圖印刻在了納微能源研究所的標識之中，做成了一個金燦燦的鑰匙圈。它背面刻著的“踐行敢為”，也是胡志宇給學生們的諫言：要回歸科學的本質去做科研，為滿足對自然的好奇心和為人們有更好的生活要敢想、敢做。

(來源:科技日報)