楊遠:從自動降溫塗料到可彎折柔性電池,期望在書架上留下印記

2019 年 12 月 14 日,《麻省理工科技評論》公佈了 2019 年“35 歲以下科技創新 35 人”(Innovators Under 35 China)中國區榜單。在本屆榜單上,雖然缺失了“創業家”的身影,但是我們看到了許多在具有產業化潛能的領域堅持科研使命的獲獎人,也看到更多散佈在海外頂尖學術機構的科學家們,用自身不改初心的堅持努力,取得了世界級標竿成就的科研成果,其中有超過半數以上的獲獎者,都取得了世界級的突破性研究成果與發現。我們將陸續發出對 35 位獲獎者的獨家專訪,介紹他們的科技創新成果與經驗,以及他們對科技趨勢的理解與判斷。

關於 Innovators Under 35 China 榜單

自 1999 年起,《麻省理工科技評論》每年都會推出“35 歲以下科技創新 35 人”榜單,旨在於全球範圍內評選出被認為最有才華、最具創新精神,以及最有可能改變世界的 35 位年輕技術創新者或企業家,共分為發明家、創業家、遠見者、人文關懷者及先鋒者五類。2017 年,該榜單正式推出中國區評選,遴選中國籍的青年科技創新者。新一屆 2020 年度榜單正在徵集提名與報名,截止時間 2020 年 6 月 30 日。詳情請見文末。

楊遠:從自動降溫塗料到可彎折柔性電池,期望在書架上留下印記

楊遠

發明家

楊遠憑藉其在熱管理和先進電池領域取得的一系列成果,榮膺 2019 年《麻省理工科技評論》“35 歲以下科技創新 35 人”中國區得主。

獲獎時年齡:34 歲

獲獎時職位:哥倫比亞大學應用物理與應用數學系助理教授

獲獎理由:他在熱管理、先進電池等能源科技領域取得了一系列成果。

“利用遙感衛星數據分析中國北方地區植被對於全球變暖的響應”,當年完成這個聽起來“高大上”的研究課題時,楊遠只是一個高中生。如今,他已經成為了美國哥倫比亞大學應用物理與應用數學系助理教授。

正是這次科研初體驗,讓楊遠瞭解了什麼是科研,更是成為了他科研道路的啟蒙。

從人大附中,到北京大學,再到斯坦福,他一步一個腳印,逐漸走上了開發低碳環保新材料、助力人類可持續發展的科研之路。

在楊遠的成長曆程中,他的家庭環境很寬鬆。父母對他的發展方向沒有限制,對他的學習成績也沒有過高要求,讓他可以自由地做自己感興趣的事情。

升入北京大學後,楊遠在強手如林的物理學院也可以排到第十名左右的名次,並在大二上半學期就參加了科研項目。這讓他很早就學會了簡化和建模的能力,這對於科研來說至關重要:在遇到一個相對複雜的問題時,先把核心的部分簡化和抽象出來,建立一個簡單的模型進行分析,再把比較複雜的東西一步一步放進去,逐漸完善。

2007 年本科畢業後,楊遠進入斯坦福大學材料科學與工程系攻讀博士學位。在這裡,他在著名電池專家崔屹教授組裡接受了更加系統的科研訓練,學會了提出問題、思考問題、解決問題、發表高水平論文的科研全過程。

2012 年,他開始在麻省理工大學機械工程系陳剛教授組從事博士後研究工作。這期間,他又學會了如何把一個問題想到最深處,如何把深層次的物理原理挖掘出來。這三年的經歷,給他成長為一個優秀的獨立研究負責人奠定了堅實的基礎。因此,在加盟哥倫比亞大學之後,他很快就取得了一系列傑出成果。

楊遠:從自動降溫塗料到可彎折柔性電池,期望在書架上留下印記

圖 | 楊遠在頒獎典禮上做演講(來源:DeepTech)

首先,是一種不需要電力、可以自行降溫的“輻射製冷”塗層。

高中時候,楊遠分析的是植被對全球氣候變暖有什麼被動的響應,而成為助理教授之後,他開始想辦法主動應對全球氣候變暖了。

據估計,全球 10% 的電能都消耗在了製冷上,這是因為現有的主流建築製冷技術,依賴的是耗電量很高的空調設備。但空調絕不是製冷的唯一方法。楊遠關注的,是一種新型的製冷技術——輻射製冷。

這是一種利用輻射傳熱的原理降低物體溫度的技術。對於建築來說,一方面,要最大限度地將入射到建築物表面的太陽光反射回去,從而減少熱量的輸入;另一方面,要儘可能地增強建築自身對天空的紅外光輻射,增加熱量的輸出。

如果可以實現 95% 以上的太陽光反射率和 0.95 (最大為 1)以上的紅外光輻射率,就可以讓物體即便暴露在陽光的直射下,溫度也能低於環境溫度。

解決這個問題的常規做法,是合成與防藍光眼鏡片原理類似的薄膜材料,提高太陽光的反射率和建築熱輻射的輻射率。然而,像鏡子一樣的薄膜材料,用在玻璃上很合適,卻很難覆蓋在不平整的屋頂和外牆上。

楊遠意識到,多孔介質製成的塗料層也可以用來反射太陽光、輻射紅外光。熟悉鋰離子電池的他,提出用聚偏氟乙烯-六氟丙烯——一種常用來製備電池隔膜的材料試一下。

結果,這種材料表現出了非常好的性能。楊遠把這種材料製成了一種簡單、廉價的輻射製冷塗料,可以實現 96% - 99.6%的太陽光反射率和 0.97 的熱輻射率,即使在 1000 瓦/平方米的強太陽光下,也可比環境溫度低 5 - 10 攝氏度。

而在先進電池領域,他開發了一種改善固態電解質和鋰金屬的界面穩定性的方法,可以顯著提高固態電池循環壽命。

此外,他還發明瞭多種可彎曲的柔性電池,其能量密度可以達到同樣尺寸的鋰離子電池的 80% - 90%。其中的一種電池設計可以像竹簡一樣,既能保證電池有足夠的厚度和高容量,又做到了柔性連接,實現了電池的“剛柔並濟”。

他們設想,在未來,可以用這種電池來製作智能手錶的錶帶,可以在顯著降低錶盤厚度的前提下提高設備的續航時間,又可以讓一些高耗電量的功能,例如 5G 通信、視頻通話等,也能用在智能手錶上。最近楊遠和哥大的同事、學生成立了一家初創公司,希望能早日將這一技術用在實際產品中。

作為一名工程領域的科研工作者,楊遠希望在自己的職業生涯裡能夠實現三個目標:一、開拓人類知識的邊界,在書架上留下印記;二、開發真正實用的產品、在貨架上留下印記;三、培養未來的科技人才,傳承知識和精神。

目前,他們正在積極推動自己研發出來的技術的商業化。在未來,他希望進一步為人類社會的可持續發展貢獻力量。


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