温维佳:新材料研究领域的杰出“魔术师”

 

  温维佳,1956年出生,开州区人,香港科技大学教授,重庆大学物理学院名誉院长、特聘教授。主要研究涉及凝聚态物理、微米及纳米材料、纳米电(磁)流变液,以及微流控制、软物质物理等领域。其率领团队完成的“巨电流变液结构和物理性质”研究项目,获2014年度国家自然科学奖二等奖。

 

  作为一名新材料研究领域的专家,温维佳在国际上具较高知名度,所发表论文中有200余篇被SCI(美国《科学引文索引》)收录。

 

  感言:我的梦想,是借鉴美国硅谷的模式在重庆建起“材料谷”。

 

  18年时间,可以将一个孩子抚养长大成人;对于香港科技大学物理系教授温维佳来说,“巨电流变液”研究也是他为之付出了无数心血的“孩子”——从开始理论研究到最终研制出具有巨大工程应用价值的新材料,耗时18年。

 

  “巨电流变液结构和物理性质”研究项目获2014年度国家自然科学奖二等奖。但在温维佳眼中,获奖只意味着这一研究项目“足够幸运”、在“短短18年时间里”便取得了显著进展,“很多科学研究都需要经历漫长的过程,需要研究人员坚持不懈的努力。”

 

  不久前,这位国际上声名远扬的软凝聚态物理学专家在香港科技大学接受采访时表示:“享受这个过程,是一件特别有趣的事情!”

 

  出众的动手能力

 

  在很多人眼中已“功成名就”的温维佳,如今每天工作时间仍超过14个小时。他的手机只用于接打电话,因为“玩手机”会挤占宝贵的时间。

 

  成功的背后是付出,还有发自内心的痴迷。

 

  早在当年就读开县中学时,温维佳便展现出了出众的动手能力:从垃圾堆里捡来各种晶体管、电容器,七拼八凑就鼓捣出了一台收音机;从报废自行车上找来车轮、链条等废弃零部件,就能组装出一辆当时凭票供应的自行车。

 

  配钥匙之类对他来说更是简单。早年,因为父母上夜班的缘故,温维佳和弟弟、妹妹常被锁在家里。他便用锉刀磨出一把房门挂锁的钥匙,等父母一上班便丢到窗外,让院子里的小伙伴开锁放兄妹三人出去玩耍;待父母快要回家时,又让小伙伴将三人锁在屋内。

 

  读中学那会他特别喜欢物理课,参加物理考试从不复习,却经常拿满分。1978年国家恢复高考后,他顺利考上重庆大学,进入基础部物理系就读。

 

  大学期间,他利用物理知识组装出了电视、空调等在当时尚属“奢侈品”的多种电器,在学校名噪一时。

 

  完成了大学学业,温维佳继续在重大读硕士研究生,研究生毕业后留校任教。1992年,考入中科院物理所攻读博士学位,拿到博士学位后赴美国加州大学洛杉矶分校材料系从事博士后研究。

 

  1999年,他获聘进入香港科技大学物理系担任教授。

 

  一个神奇的“魔术”

 

  温维佳团队在香港科技大学的智能材料实验室,像一个神奇的“魔术室”。其研发团队所从事的“巨电流变液结构和物理性质”研究,便是在这里进行的。

 

  这项高深、专业的技术成果很有些“变魔术”的意味:巨电流变液看上去只是普普通通的乳白色液体,但“啪”一声通电后就会在千分之一秒内转化为具有一定硬度、强度的固体,从而形成阻力;一旦断电,又会在千分之一秒内恢复为液体。

 

  这种材料应用于汽车、轮船、飞机甚至火箭等的智能减震系统,效果很好。

 

  “魔术师”温维佳介绍,他对巨电流变液的研究始于1992年。

 

  当时,磁流变液技术已开始在全球汽车行业得到应用,不少知名高端跑车和豪华轿车都在主动减震系统中使用了磁流变液。

 

  和磁流变液比起来,电流变液成本更低。但电流变液通电后往往强度不够,一般情况下在5K-10KPa之间,而许多工程应用材料最低强度要求也在30KPa左右。

 

  鉴于此,温维佳开始着眼于巨电流变液研究。与传统电流变液相比,巨电流变液能维持很高的屈服强度——强度超过250KPa。

 

  “十年磨一剑”

 

  “为了搞清原理,我夜以继日地思考、做实验。”温维佳说,有一段时间他几乎每天熬夜,连吃饭、睡觉时大脑也在高速运转中。

 

  功夫不负有心人。2002年底的一天,又熬了个通宵后,他突然发现,采取最新配方、在最新条件下研发出的巨电流变液性能指标达到了工程应用材料基本标准。在投入研究10年后,他终于取得了突破性进展!

 

  这一成功被该领域多名权威专家誉为“自电流变效应发现以来材料制作上的重大突破”,在学术界及工业界引起了强烈反响。

 

  之后8年时间,温维佳和团队成员继续潜心于这一领域的研究,进一步完善相关应用技术。到2010年,巨电流变液正式投入工业生产。

 

  和传统磁流变液材料比起来,温维佳团队研发的巨电流变液材料硬度可达到磁流变液材料的5倍——从而让材料具备足够强度成为可能,但造价却比磁流变液材料低得多。

 

  迄今,温维佳团队研发的巨电流变液已取得多项美国专利和中国专利,拥有完全独立的知识产权。

 

  这种新材料的问世迅速引发广泛关注。众多国际知名汽车、轮船、飞机、机器人制造企业纷纷慕名前来购买他的巨电流变液技术,用于智能减震系统及智能装备。

 

  想在重庆建“材料谷”

 

  一种新材料的应用,往往能给工业生产和人们的实际生活带来奇迹般的变化。

 

  专注科研数十年,温维佳和他的材料研发团队硕果累累,除了巨电流变液技术,还有不少具重大价值的研究成果。

 

  他们研发出来的智能材料纳米银线,直径仅为一根头发丝的十分之一。以纳米银线为材料制作的导电薄膜,能用于制作65英寸的大尺寸触控屏。这种大尺寸触控屏的用途十分广泛。

 

  目前,在手机、电脑、笔记本等领域,广泛使用传统ITO(氧化铟锡)作为触控产品导电层的主要生产材料。这种材料的缺点,是很难生产出超过50英寸的触控屏。

 

  温维佳和他的团队研发出的纳米银线,则克服了这样的缺点。

 

  温维佳从未忘记重庆,家乡的回锅肉、麻婆豆腐和凉面也一直是他的最爱。

 

  “材料科学和工程的影响越来越巨大。我希望将先进技术带回重庆,并借鉴美国硅谷的模式在重庆建起‘材料谷’,为家乡的智能材料、功能材料研发和生产事业做出贡献。”温维佳说。

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