王中林:纳米发电机的发明者


我校78级校友王中林院士

王中林,1982年本科毕业于西北电讯工程学院(现西安电子科技大学),物理学博士,美国物理学会会员,美国化学学会会员,中国科学院外籍院士,欧洲科学院院士,美国佐治亚理工学院最年轻的终身校董事教授,2006年晋升为佐治亚理工学院工学院杰出讲席教授。2015924日,王中林获汤森路透“引文桂冠奖”。

王中林主要从事材料科学和纳米科学研究。他在纳米材料可控生长、表征和应用等多方面取得了多项有国际重要影响力的原创性研究成果。

【个人履历】

1961年王中林出生于陕西省蒲城县高阳镇,王中林的初中和高中就是在这种大背景下度过的,三分之一的时间都在田里泡着,毕业于尧山中学。

1977年的夏天,恢复高考,9月份开始准备,从初中数、理、化开始,他凭着自己惊人的毅力和决心硬是啃了下去,终于如愿以偿地在1978年的夏天收到了西北电讯工程学院的录取通知书。

王中林最初的志愿是学习雷达、计算机,可阴差阳错,因为物理成绩好,学校把他分到了物理专业。进入大学校门的第一天,他就暗暗给自己定下一条标准,本科每门课程不能低于90分。对于一个初中和高中基础并不好的青年来说,要达到如此的标准该付出多大的努力啊,王中林自己已经记不清有多少个周末和夜晚是陪着书本度过的。在西安读书的四年时间里,除了能找到书店外,其他的地方对他来说是陌生的。

1982年,还在大学三年级的王中林迎来了人生又一个重要的转折,

1981西北电讯工程学院得到了三个CUSPEA(中国物理学生赴美留学考试)的参加考试的名额,王中林参加了考试,但因为英语成绩不够,没有通过。为了把英语学好,他买来录音机补习英语,第二年一举通过了考试,成为当年西北五省唯一被CUSPEA录取的学生。

当时的内地消息闭塞,对美国高校一无所知,选择美国学校又成了一个难题。于是王中林便以字母顺序选择了以A开头的亚利桑那州立大学(ARIZONA STATE UNIVERSITY),没想到机缘巧合,歪打正着竟然投在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。王中林的勤奋好学与刻苦努力很快得到了Cowley教授的赏识,每次教授早晨布置的任务,下午他就抢着做好给教授送过去。Cowley教授对他的评语是:不管做什么,都是做得最好的。Cowley教授严谨的治学精神和谦虚温和的处事风格也深深影响了王中林日后的成长,对推动他在科学征途上的进步起到了非常重要的作用。19877月,王中林用了4年时间拿到了一般需要58年的物理学博士学位,是该系有史以来第一人。他用四年时间做了三个方面的研究:一是用显微学和谱仪学结合的方法来分析纳米颗粒的结构和表面反应;二是提出了反射电子能量损失谱表面分析的理论和方法,第三是研究电子和表面的相互作用。Cowley教授对他的评价是:这三个方面的任何一个课题都可以作为一篇合格的博士论文。

博士毕业后,王中林先后在纽约州立大学石溪分校、英国剑桥大学卡文迪许实验室、美国橡树岭国家实验室和美国国家标准和技术定量局从事过研究工作。

1992在石溪分校做博士后期间,31岁的王中林开始写自己的第一本专著,他用了两年多的时间完成了《电子衍射中的弹性和非弹性散射》

1995年纽约知名的Plenum Press出版后,被《American Scientists》杂志评论为具有卓越成就和极其价值的经典之作。此后,他在英国剑桥大学继续进行非弹性反射的研究,并发表了20多篇有影响的论文,对非弹性反射理论的发展作出了贡献,并开始在此领域占领了一席之地。

1982年本科毕业于西北电讯工程学院(现名西安电子科技大学)﹐并于同一年考取中美联合招收的物理研究生(CUSPEA)

1987年获亚利桑那州立大学物理学博士。

19871994﹐他曾在纽约州立大学石溪分校﹐英国剑桥大学卡文迪许实验室﹐美国橡树岭国家实验室﹐和美国国家标准和技术定量局从事过研究工作。

1995 年王博士被佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)聘为副教授和电子显微镜实验室主任。

1999年提前晋升为该校终身制正教授。

20009月创建了佐治亚理工学院的纳米科学和技术中心并曾担任该中心主任至2005年。

2004年晋升为佐治亚理工学院最年轻的终身校董事教授 (Regents’ Professor)

2006年晋升为佐治亚理工学院工学院杰出讲席教授(COE Distinguished Professor)

他竭力推动佐治亚理工学院和国内大学的联合办学。他代表佐治亚理工学院出任中美联合的北京大学工学院先进材料和纳米技术系主任以及工学院的建设工作。

【个人成就】

1.纳米能源技术

王中林研究小组2006年发明了纳米发电机,2007年成功研发出由超声波驱动的可独立工作的直流纳米发电机,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。纳米发电机研究已成为国际纳米科技在微型能源研究领域的热点。

2.氧化锌纳米的合成、表征、机理和应用

长期进行氧化锌纳米结构的研究,使得氧化锌成为除碳纳米管和硅纳米线外纳米技术中又一重要材料体系。

3.纳米传感器和新型器件的原理和应用

王中林基于纳米级压电和半导体性能的巧妙耦合提出了纳米压电电子学(nanopiezotronics)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器件,首次制造出压电场效应三级管,压电二极管。王中林发表了600篇期刊学术论文,45篇书章节,28项美国和中国专利,4本专著和20本编辑书籍及会议文集,其中有15篇发表在《Science》,《Nature》及其子刊物上,论文被引用达31,000次以上。

【相关发明】

2006年,王教授首次发明了纳米发电机,成为了纳米科技领域的轰动性新闻。

2007年,王中林教授发明了不依赖于原子力显微镜并能连续不断地输出直流电的纳米发电机的雏形,为技术转化和应用奠定了原理性的基础并迈出了关键性的一步。这一原创性设计在世界上率先实现了一种适应性广,生产成本低,并能从周围环境中收集并转换能量的纳米发电机。它能收集周围环境中微小的震动机械能并转变为电能来为其它纳米器件,如传感器,探测器等提供能量。这种震动机械能普遍存在于自然界以及人们日常生活中,如空气或水的流动、引擎的转动、空调或其它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压缩能等。甚至在人体内由于呼吸,心跳或是血液流动带来的体内某处压力的细微变化也有可能带动纳米发电机产生电能。因此,纳米发电机的发明不仅为实现能源系统的微型化带来了可能,更重要的是,对于实现具有完全无线,可生物植入,以及长时期甚至终生无需照管的纳米或微电子器件,纳米发电机提供了一种理想的电源系统。纳米发电机的发明将在能源、生物医学、国防、以及人们日常生活等众多领域产生重大的影响。纳米发电机的发现被中国两院院士评为2006年世界科学十大发现之一。这些重大研究成果发表在美国《科学》周刊上。

2007年,王教授以前瞻性的发展观首创了纳米压电电子学(Nanopiezotronics)的全新研究领域和学科,有机地把压电效应和半导体效应在纳米尺度结合起来。