杨远:从自动降温涂料到可弯折柔性电池,期望在书架和货架上都留下印记 | “35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏

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杨远:从自动降温涂料到可弯折柔性电池,期望在书架和货架上都留下印记 | “35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏
麻省理工科技评论 2020-03-13

2020-03-13

杨远凭借其在热管理和先进电池领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主
35岁以下科技创新35人 科学
杨远凭借其在热管理和先进电池领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主

2019 年 12 月 14 日,《麻省理工科技评论》公布了 2019 年“35 岁以下科技创新 35 人”(Innovators Under 35 China)中国区榜单。在本届榜单上,虽然缺失了“创业家”的身影,但是我们看到了许多在具有产业化潜能的领域坚持科研使命的获奖人,也看到更多散布在海外顶尖学术机构的科学家们,用自身不改初心的坚持努力,取得了世界级标竿成就的科研成果,其中有超过半数以上的获奖者,都取得了世界级的突破性研究成果与发现。我们将陆续发出对 35 位获奖者的独家专访,介绍他们的科技创新成果与经验,以及他们对科技趋势的理解与判断。

关于 Innovators Under 35 China 榜单

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35 岁以下科技创新 35 人”榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。2017 年,该榜单正式推出中国区评选,遴选中国籍的青年科技创新者。新一届 2020 年度榜单正在征集提名与报名,截止时间 2020 年 6 月 30 日。详情请见文末。

杨远:从自动降温涂料到可弯折柔性电池,期望在书架上留下印记

杨远

发明家

杨远凭借其在热管理和先进电池领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主。

获奖时年龄:34 岁

获奖时职位:哥伦比亚大学应用物理与应用数学系助理教授

获奖理由:他在热管理、先进电池等能源科技领域取得了一系列成果。

“利用遥感卫星数据分析中国北方地区植被对于全球变暖的响应”,当年完成这个听起来“高大上”的研究课题时,杨远只是一个高中生。如今,他已经成为了美国哥伦比亚大学应用物理与应用数学系助理教授。

正是这次科研初体验,让杨远了解了什么是科研,更是成为了他科研道路的启蒙。

从人大附中,到北京大学,再到斯坦福,他一步一个脚印,逐渐走上了开发低碳环保新材料、助力人类可持续发展的科研之路。

在杨远的成长历程中,他的家庭环境很宽松。父母对他的发展方向没有限制,对他的学习成绩也没有过高要求,让他可以自由地做自己感兴趣的事情。

升入北京大学后,杨远在强手如林的物理学院也可以排到第十名左右的名次,并在大二上半学期就参加了科研项目。这让他很早就学会了简化和建模的能力,这对于科研来说至关重要:在遇到一个相对复杂的问题时,先把核心的部分简化和抽象出来,建立一个简单的模型进行分析,再把比较复杂的东西一步一步放进去,逐渐完善。

2007 年本科毕业后,杨远进入斯坦福大学材料科学与工程系攻读博士学位。在这里,他在著名电池专家崔屹教授组里接受了更加系统的科研训练,学会了提出问题、思考问题、解决问题、发表高水平论文的科研全过程。

2012 年,他开始在麻省理工大学机械工程系陈刚教授组从事博士后研究工作。这期间,他又学会了如何把一个问题想到最深处,如何把深层次的物理原理挖掘出来。这三年的经历,给他成长为一个优秀的独立研究负责人奠定了坚实的基础。因此,在加盟哥伦比亚大学之后,他很快就取得了一系列杰出成果。

杨远:从自动降温涂料到可弯折柔性电池,期望在书架上留下印记

图 | 杨远在颁奖典礼上做演讲(来源:DeepTech)

首先,是一种不需要电力、可以自行降温的“辐射制冷”涂层。

高中时候,杨远分析的是植被对全球气候变暖有什么被动的响应,而成为助理教授之后,他开始想办法主动应对全球气候变暖了。

据估计,全球 10% 的电能都消耗在了制冷上,这是因为现有的主流建筑制冷技术,依赖的是耗电量很高的空调设备。但空调绝不是制冷的唯一方法。杨远关注的,是一种新型的制冷技术——辐射制冷。

这是一种利用辐射传热的原理降低物体温度的技术。对于建筑来说,一方面,要最大限度地将入射到建筑物表面的太阳光反射回去,从而减少热量的输入;另一方面,要尽可能地增强建筑自身对天空的红外光辐射,增加热量的输出。

如果可以实现 95% 以上的太阳光反射率和 0.95 (最大为 1)以上的红外光辐射率,就可以让物体即便暴露在阳光的直射下,温度也能低于环境温度。

解决这个问题的常规做法,是合成与防蓝光眼镜片原理类似的薄膜材料,提高太阳光的反射率和建筑热辐射的辐射率。然而,像镜子一样的薄膜材料,用在玻璃上很合适,却很难覆盖在不平整的屋顶和外墙上。

杨远意识到,多孔介质制成的涂料层也可以用来反射太阳光、辐射红外光。熟悉锂离子电池的他,提出用聚偏氟乙烯-六氟丙烯——一种常用来制备电池隔膜的材料试一下。

结果,这种材料表现出了非常好的性能。杨远把这种材料制成了一种简单、廉价的辐射制冷涂料,可以实现 96% - 99.6%的太阳光反射率和 0.97 的热辐射率,即使在 1000 瓦/平方米的强太阳光下,也可比环境温度低 5 - 10 摄氏度。

而在先进电池领域,他开发了一种改善固态电解质和锂金属的界面稳定性的方法,可以显著提高固态电池循环寿命。

此外,他还发明了多种可弯曲的柔性电池,其能量密度可以达到同样尺寸的锂离子电池的 80% - 90%。其中的一种电池设计可以像竹简一样,既能保证电池有足够的厚度和高容量,又做到了柔性连接,实现了电池的“刚柔并济”。

他们设想,在未来,可以用这种电池来制作智能手表的表带,可以在显著降低表盘厚度的前提下提高设备的续航时间,又可以让一些高耗电量的功能,例如 5G 通信、视频通话等,也能用在智能手表上。最近杨远和哥大的同事、学生成立了一家初创公司,希望能早日将这一技术用在实际产品中。

作为一名工程领域的科研工作者,杨远希望在自己的职业生涯里能够实现三个目标:一、开拓人类知识的边界,在书架上留下印记;二、开发真正实用的产品、在货架上留下印记;三、培养未来的科技人才,传承知识和精神。

目前,他们正在积极推动自己研发出来的技术的商业化。在未来,他希望进一步为人类社会的可持续发展贡献力量。

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