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  业界访谈    
陶光明:于光电纤维方寸间造万象 | 光学青年
作者:cmh        来源:中国光学期刊网 
日期:2023-05-24    阅读次数:237
副标题:

        据中国光学期刊网,于2023年05月16日报道,陶光明,华中科技大学武汉光电国家研究中心和材料科学与工程学院三级教授、中国激光杂志社第三届青年编辑委员会主任、光谷实验室“光谷产业教授”和运动与健康智能化技术创新中心主任。陶教授致力于研究纤维光电子学的交叉学科研究工作,先后在Science 等学术期刊发表论文近90篇,以第一发明人身份申请发明专利共59项。

        陶教授百余次在国内外学术会议如中国材料大会、中国纺织学术年会、中国光学学会学术大会、“一带一路”国际科学组织联盟开展基础科学促进可持续发展专题讨论会、华为战略与技术峰会(STW)做专题邀请报告/大会报告。陶教授任中国材料研究学会纤维材料改性与复合技术分会理事会副主任、麻醉复苏教育部重点实验室学术委员会委员、浙江省智能织物与柔性互联重点实验室学术委员会委员、中国光学学会红外与光电器件专业委员会委员、《激光与光电子学进展》期刊第九第十届编委会委员、《纺织学报》期刊第十届编委会委员、先进纤维材料Advanced Fiber Materials期刊创刊副主编、国家科学进展National Science Open期刊(工程与技术)副主编等。陶教授所带领的科研团队围绕着产业技术创新关键问题,创建了首条光学超材料织物器件生产线,相关成果入选“2021年中国光学十大进展”等。

         50微米,一根头发丝粗细。

        140万公里,可绕赤道35圈。

        自1964年高锟博士提出光纤通信的设想,到现今通信光缆跨越山河大海,这根小小的光纤不断开拓着科学家的灵感。

        在研究光电纤维的许多科学家当中,华中科技大学陶光明教授始终相信,光电纤维的科学价值还有更多未知等待探索。他有着自己的目标:希望在多材料体系下,纤维中可以集成多种功能材料和微纳结构并外禀光电子功能,并最终将灵活且不易察觉的健康智能体嵌入到生活的方方面面,调控我们的基础体征、感知我们的体征和行为变化,更近、更久、更精准地服务于我们的健康。


        冬季保暖,夏天降温,聚焦神奇的光学超材料织物

        在备战2022年北京冬奥会时,我国越野滑雪国家集训队的运动健儿使用了一款特殊的保暖护脸装备,在-10℃环境中运动时佩戴护脸可使受试者吸入空气温度提高约20℃,面部皮肤温度提高约6℃。

        这项技术源自陶光明首创的无源保暖科技护脸技术。该技术针对个人零能耗体温调节需求,通过对基本热学物理量的有效调控实现人体局部微环境的热管理,从新材料和新结构两大方面入手,以材料工程、织造成型、创新设计和激光精密加工为基础进行深入探究,研发具有无源加热、智能保暖、通气舒适、轻巧便携等特点的无源保暖雪上护脸,实现了该技术“从0到1”的原始创新性。得到了国家体育总局冬季运动管理中心高水平专家Kristin Collins的积极肯定,并于北京冬奥会结束后收到了来自国家体育总局冬季运动管理中心的感谢信。

        目前,陶光明的研究重点聚焦在面向运动与健康智能化的纤维光电子学的交叉学科研究工作,而光学超材料织物光热管理就是研究重点之一。对于光学超材料织物光热管理方向,陶光明团队提出了基于纤维内纳米颗粒和纤维间微米结构的多级织物结构新设计,实现了宽光谱0.3-25 μm光热管理的新思路,揭示了光电功能织物与器件的光热管理构筑新方法。

        他带领的多学科团队研发了超级“防晒衣”——无源降温光学超材料织物。该织物利用撒哈拉银蚁“银色铠甲”的仿生学原理,可将人体热辐射穿过大气层到达低温宇宙,实现零能耗的降温效果。实验发现,相比于普通的白色棉织物,无源降温光学超材料织物可以为人体降温高达5度。


        服务医疗健康,开拓电子织物数字化感知交互

        陶光明团队研究的另一项重点是电子织物数字化感知交互。在该领域,陶光明团队提出了电子织物高精度信道编码新方法,实现了96%的交互精度;突破了“粒子流”自动化纺纱织造技术,实现了3197 mW/m2 的最高发电功率。在无感化智能感知生命监测装备项目中,通过基于海量柔性传感器的健康监测,完成了对一系列基本生理指标的监测,现已应用于华中科技大学同济医学院附属同济医院和武汉市金银潭医院,解决了在无束缚状态下提升人体生命体征如呼吸、心率、体温、动作模态等数据的采集速度与准确性的难题。

        将科研拓展向医疗健康,正源于陶光明由于机缘巧合在医院结识的一群医术高超的医生朋友。在聊到介入手术所使用的导丝导管时,对科研的敏感性令陶光明意识到,这种介入器械本质上就是一种纤维。在经过充分的思考后,他对服务医疗健康的想法更加明晰。陶光明始终坚信,科研工作最终要落实到为社会解决实际问题,或者为特定人群创造有价值的产品。他的研究始终遵循了这一道理。

        作为一名光学人,陶光明一直对生活背后的光学和光学可以怎么样改变我们的生活充满兴趣和好奇。2016年,麻省理工学院的Yoel Fink教授提出了纤维的“摩尔定律”:纤维与织物中将不断高度集成功能材料与器件,能够看、听、说、感知、交流、光热管理、诊断与治疗、存储与处理数据、甚至新型计算智能织物将涌现。尽管现有的光电纤维在特定功能的基础研究上进展迅速,但相较于大规模集成电路而言仍处于初级发展阶段。从基础研究创新到解决健康智能化难题,需求我们在保持纤维和织物的柔性、可穿戴、鲁棒等特性上提升智能所需要的多功能器件的集成度,实现基础体征调控和精准行为感知,将是新一代智能健康织物研究的关键所在。

        实用价值为“天”,学科交叉为“地”,在“天”“地”间尝试无数可能

        目前,陶光明所带领的光谷实验室运动与健康智能化技术创新中心,集合了光学工程、材料科学、计算机科学、生物医学工程、机械工程、纺织工程等多个学科的研究人员,推动纤维光电子学的交叉学科研究工作。

         回首一路走来的日子,陶光明感慨万千。2018年,他正式入职华中科技大学。在一个从未工作和生活过的城市推进一个全新的研究领域的难度实在远超他的预期。创建一个实验室,居然是从打地基搞土建开始的。为了了解国内情况,他走访了200多家涉及光电子、通信、互联网、新材料、纺织等各个领域的大大小小的企业。

        在采访中,陶光明认为自己在科研中遇到的最大的挑战是实际工程难题和单一学科知识界限之间的矛盾和统一。学科知识的界限会在直觉上限制人们了解难题、认识难题,最终阻碍解决难题。这必然需要具有不同学科背景的科研人员开始密切、有效的沟通,建立多学科交叉融合的学术合作关系。

         他也非常明白,不同学科背景的研究人员,他们的固有研究观念差异是很难被打破的。在交叉合作工作开展的初期,大家都不理解甚至不知道合作者的学术角度,但团队坚持密切的学术沟通,“小步快跑”,帮助大家形成系统化的科研思维。

        在享受研究的过程,他也非常乐意和大家分享自己的经验:第一时间执行好的想法,在过程中培养自己的学术灵感,这是成为一名优秀科研工作者的关键。同时要选择正确的科研方向,抓住关键问题,不断尝试。

        在他看来,研究人员必须有坚定的学术信念,勇于担当。最重要的是优秀的团队合作能力,攥指成拳,合力致远。

        当选青编委主任,在国产科技期刊领域创造另一种可能


        二排左二为陶光明教授

        陶光明与中国激光杂志社有着深厚的友谊。在2021年,陶光明与浙江大学马耀光研究员及多家科研和产业单位的成果入选“中国光学十大进展”。并在近期于在Chinese Optics Letters期刊上发表了文章“Flexible omnidirectional reflective film for CO2 laser protection”。

        在中国激光杂志社第三届青年编委换届中,陶光明当选第三届青编委主任,他表示非常荣幸:“中国激光杂志社青年编委会是一个在国内具有重要影响力的光学青年科学家平台。三人行必有我师,希望能够与激光与光电子学研究的青年才俊和专家学者们同路前行,向志同道合的朋友们请教学习,共同为国产学术期刊的发展和学术交流平台的搭建做出贡献。”


    
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