“能量捕手”

——記西南大學工程技術學院副教授高鳴源

 2024-05-11　　

“歡迎來到微能量俘獲實驗室，此處是科學的舞臺。科學的舞者們在此舞蹈，繁復的裝置猶如樂曲在空氣中飄浮。電子的贊美詩在此奏響，無形的能量在此躍動。用勇敢的心，開啟這個世界的新篇章，在微小與偉大之間，找尋科學的真理。”無論是誰打開西南大學工程技術學院副教授高鳴源課題組的官方主頁，都會第一時間被這群年輕人的蓬勃與朝氣“俘獲”，寥寥幾句詩歌一般輕松優美的語句，卻寫盡了他們的澎湃與激情。而照片中那個比一頁紙還薄的器件，正能捕獲5G電磁波能量。

2020年，當高鳴源第一次發現自己所學可服務于柔性電子和生命健康領域時，他就暗自許下了要在柔性可穿戴器件供電系統這一前沿的領域中不斷下潛深耕的決心，雖然距今只有3年，但他和團隊已收獲頗豐。他說：“我只是幸運地站在了巨人的肩膀上，從求學到工作，我的導師劉勝教授、王平教授、盧日瑞（Yuerui Lu）教授及合作前輩都曾為我提出過極具指導意義的有效建議，多方共同支援之下，才催生出一個個可穿戴的微能源系統。”

加入西南大學的第一年，高鳴源收獲的成果便發表在學術期刊《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）上。在項目中，高鳴源及合作團隊主要面向制約可穿戴設備普及的重要因素，即電池續航能力展開研究布局，針對柔性、綠色和可持續的能量供應存在的技術瓶頸等進行重點攻破，收獲了系列創新成果。接下來，他們一鼓作氣，對熱電、運動及無線電波等能量源在可穿戴器件上的應用進行持續攻關，首次提出了柔性可穿戴器件供電系統的評價指標，可較為全面地評估柔性可穿戴系統的電源性能、能量轉換機制、彎曲或拉伸條件下的功率折減等。

“這項成果使得未來可穿戴設備的電源設計有望標準化，供電系統更加智能。”成果一經發表，立即得到新華社等主流媒體報道。有業內專家認為，這項研究成果代表了未來柔性可穿戴器件供電系統的研究重點和發展趨勢。研究提出的評價指標將有助于未來根據智能家居、人體健康監測、畜禽精細養殖等不同應用場合需要對可穿戴設備的電源進行選型，從而推進可穿戴設備的設計標準化和產業化進程。

高鳴源團隊在“捕獲”能量方面的實踐步履始終未停。近兩年，他們開發了一種無線電能傳輸技術，可將身邊射頻電磁波（如5G、Wi-Fi）的能量收集起來，為那些不方便和不能配合充電的可穿戴設備提供源源不竭的電能。研究成果相繼發表于物理學領域頂刊《應用物理評論》（Applied Physics Reviews）和《細胞》（Cell）子刊《設備》（Device）上。這不僅有望幫助電子產品非敏感人群（例如老年人、嬰幼兒等）解決穿戴設備頻繁充電的麻煩，實現智能手表、手環、穿戴醫用設備等的不間斷實時監測，也可使此類產品摒除電池這類化學產品所帶來的健康風險，讓人類自身的體溫、心跳和環境中的電磁波這些“看不見”卻其實無處不在的能量，以一種“摸得到”的形式，體現在日常所用的設備上。

值得一提的是，此類技術還有望應用至特殊環境下的鐵路監測。“川藏鐵路沿途存在人跡罕至的區域”，它們因為晝夜溫差大等氣候特征憑“實力”上榜人類非適宜居住區。也正因如此，為鐵路監測系統“做保養”及日常排查等工作成了巨大難題。“如果可以開發出一種只利用溫差就能自主供電、維持實時監測的系統，減免日常運維工作量，就可以為解決相關難題掃清障礙”，瞄準行業急需，高鳴源在自己的職業篇章中開啟了新一輪的勾畫與描摹。

志向是人生的航標。致力于微能量俘獲機制與微型能源器件的前沿技術研究雖然僅有數年，但高鳴源已發表一區學術論文20余篇，被引1500余次，授權發明專利7項，獲國際創新獎1項。他內心篤定，“志行萬里者，不可中道而輟足”，展望未來，他表示會繼續攜手團隊一起腳踏實地，砥礪前行，直至抵達心中自由“捕獲”能量的彼岸。

來源：科學中國人 2023年第4期 創新之路