奇妙清单创始人:想要从微软手中拿回这款应用

奇妙清单创始人:想要从微软手中拿回这款应用

几年前,微软收购了广受欢迎的 iOS 应用奇妙清单(Wunderlist),打造自己的生产力应用,并将奇妙清单的功能带给更广大的移动用户。微软曾经在电子邮件应用方面采取类似的做法,收购了电子邮件应用 Accompli,而最终的成果就是 Outlook。对于奇妙清单,微软并不只是重新命名这款应用,而是开发了名为 “微软待办”(Microsoft To Do)的新应用。由于奇妙清单仍然在提供服务,目前该应用的创始人想要知道,是否可以将其拿回来。

在科研和教学中燃烧自己

  ——记北京信息科技大学教授、机电技术及信息化专家徐小力

  科技兴、国家兴。充分认识科技创新的基础性地位、推动性作用、革命性影响,准确把握科技创新与国际竞争格局演变的逻辑关系,对于实现中华民族伟大复兴中国梦,具有极为重要的意义。“科学技术是第一生产力”,即科技创新是社会发展内生动力,它推动社会发展、提升国家实力,外化为国际竞争力。中国的历史辉煌和近代西方的崛起,都能印证这一真理。我国自“十二五”期间提出建设创新型国家以来,社会各个领域的科研人员以百倍的努力实践着自己心中的“中国梦”,用自己的青春和智慧为祖国奉献着力量。在机械电子工程及信息化技术领域,有这样一位学者,他胸怀报国为民的理想追求,发扬不懈创新的科学精神,秉持淡泊名利的品德风范,勇攀科学技术高峰,创造了举世瞩目的成就,为提高我国自主创新能力,为机电技术领域的科技进步作出了重要贡献。他就是北京信息科技大学的徐小力教授。

  科研创新 永不止步

  1951年出生的徐小力教授,毕业于清华大学机械工程系,先后获得西安理工大学(原陕西机械学院北京研究生部)机械制造工学硕士学位,北京理工大学机械制造及其自动化工学博士学位,目前是北京信息科技大学(原为北京机械工业学院)教授,北京理工大学、中国农业机械化科学研究院、贵州大学等单位聘为博士生导师。他曾赴欧美日澳等学习、研究和交流,系日本福井大学客座教授。

  谈及自己当年的学习生活,徐教授笑称:“那时候条件太艰苦了,吃饭要凭票,一周能吃上一次油条就是神仙般的生活。”年轻时学习条件的艰苦使他深刻认识到“知识是第一生产力”、科教才能兴国的硬道理。带着强烈的爱国热情和求知欲,他在知识的海洋里不断进取、努力创新,在教学的同时进行科学研究,紧跟时代步伐及学科发展。

  徐小力长期从事机电技术及信息化的开发研究,主要包括:机电系统状态监测、故障诊断、趋势预测与科学维护技术,现代测控技术研发及信息平台构建等。这些技术是由机械电子等相关技术交叉与融合而构成的综合性高新技术,也是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础,在社会各领域都发挥着重要作用。在机电技术及信息化领域,徐小力教授先后主持了国家级重大研究项目、省部级重点研究项目、国际合作重点研究项目以及一批与企业合作的重要科技项目等六十余项,取得了具有创新性、先进性和实用性的科研成果,多项科研成果经鉴定达到了国际先进水平;获得了九十余项国家级知识产权,其中授权发明专利三十余项。通过多年“产学研用”相结合,徐小力教授的众多研究成果广泛地应用于国计民生的制造业、信息产业、仪器仪表、交通运输、能源开发、环境保护以及世界遗产保护等有关经济发展与社会文化的许多领域,成果在提高应用对象信息化水平、机电系统安全可靠性、节能减排等方面发挥重要作用,取得了显著经济效益和社会效益,对我国科技进步和经济发展起到了很大推动作用。如主持完成了多类机电装备早期故障预报技术研发,建立百余个案例库、图谱库、档案库及知识库,开发系列监测产品及远程在线监测中心,应用于大型制造企业万余台设备风险预警及预知维修管理,应用于3项国家科技重大专项研发及示范系统,保障高端及关键装备高效、稳定运行。如主持完成了多品种测控系统研发平台及国际共享平台构建,构建可重构集成研发平台,为高技术、多品种及小批量测控系统研发提供技术手段,服务于制造业、仪器仪表及社会文化等领域;通过跨学科研究及国际合作构建数字化国际共享平台,服务于抢救及传承世界遗产的国家重大研究项目等。

  众多的科研成果带给徐小力诸多奖项,在徐小力主持完成的“现代仪器制造柔性研发平台的创建及系列产品开发与应用”中,他提出了面向仪器的柔性研发系统的理念,提出了可兼容、可扩展、可升级的现代仪器研发平台柔性化设计思想,对现代机电设备智能化监测分析的核心技术开展了创新性研究,完成了仪器系统的创新设计,该研究成果获得2007年度国家科学技术进步奖二等奖;作为项目主持人获得的奖项还有:中国机械工业科学技术奖一等奖、中国产学研合作创新成果奖一等奖、第三届中国设备管理创新成果奖一等奖、中国经济社会发展优秀成果奖一等奖、国际科技创新展览奖等合计二十余项。早在1996年,原国家机械部授予他“中国机械科技专家”称号,1996年联合国技术信息促进系统(UNTIPS)授予他“发明创新科技之星”,1999年国务院批准他享受政府特殊津贴。

  多年来,徐小力教授一直没有停止创新的脚步,在机电技术领域持之以恒、孜孜不倦地探索着。2005年度他被评为“北京市属市管高校拔尖创新人才”;2008年度获得北京市人才强教计划高层次人才项目资助;2010年评为“北京市有突出贡献的科学、技术、管理人才”;2015年度入选“北京学者”、“科学中国人年度(2015)人物”;2016年评为“全国优秀科技工作者”、“北京市高层次创新创业人才支持计划(高创计划)杰出人才”、中国产学研合作创新奖(个人奖);2018年度评为“中国设备管理创新杰出人物”等。

  另外,除了在北京信息科技大学长期从事机械电子工程学科的教学和科研工作,徐小力教授还担任现代测控技术教育部重点实验室主任、机电系统测控北京市重点实验室主任、现代光电测试技术机械工业重点实验室学术委员会主任、机械电子工程北京市重点学科带头人、北京市安全生产领域学科带头人等,还担任了北京信息科技大学学术委员会副主任、《北京信息科技大学学报》主编、《设备管理与维修》期刊主编等。

  他的社会兼职包括了国际先进设备管理及维修技术中心理事、中国机械工程学会理事及学术委员会委员、中国电子学会会士、中国仪器仪表学会常务理事、中国机械工程学会设备与维修工程分会主任委员、中国电子学会电子测量与仪器分会副主任委员、中国设备管理协会安全生产技术委员会副主任、中国农业工程学会基础技术学会副理事长等。

  近年来,徐教授热心组织及参与了本研究领域相关学术交流和技术推广的学术公益活动,他负责组织召开了系列全国设备监测与诊断学术会议、系列国际自动化测试与仪器仪表学术会议ISTAI等,为业界人士的技术交流、相互学习与相互借鉴提供了沟通平台。他将自己的技术与业界相关技术相互交流,获得了更多的知识,也为该行业的技术发展做出了贡献。

  除了教学和科研工作,徐小力教授也不忘将自己的研究成果和心得付诸笔端。多年来,他先后在国内外的机械工程学报、中国机械工程、JOURNALOFPHYSICS(UK)杂志上发表学术论著五百余篇(部),国际三大检索系统收录论文百余篇,部分论文他引千余次,为该领域的技术进步提供了创新性及前瞻性的参考资料。

  谆谆善诱 诲人不倦

  21世纪,最珍贵的是人才。要实现中华民族伟大复兴,人才越多越好,我国是一个人力资源大国,也是一个智力资源大国,我国要在科技创新方面走在世界前列,必须在创新实践中发现人才、在创新活动中培育人才、在创新事业中凝聚人才,必须大力培养造就规模宏大、结构合理、素质优良的创新型科技人才。

  徐小力教授从事机械工程专业教学工作20余年,以德育人,甘为人梯,开拓创新。作为硕士、博士生导师,徐小力教授不仅在科研创新方面取得了突出成绩,在学科建设及培养创新人才方面也颇有心得。在培养硕士生、博士生、博士后的过程中,他非常注重学生创新能力的培养,并将自己的所学倾囊授予自己的学生,已经成为学生的良师益友,并为国家培养了众多高新人才。他负责机械电子工程学科的建设,带领学科团队不断创新,努力攀登着科学高峰,由他负责的机械电子工程学科被北京市教委第一批评为北京市重点学科,机械电子工程学科团队第一批评为北京市高校学术创新团队。

  在教学中,他始终注重理论与实践相结合,将自己的科研成果融入教学,注重增强师生的互动性,启发学生的创新精神,积极调动和增强他们的热情和信心。为了让同学们更深入了解自己的专业知识,他主动组织学生开展科技活动和社会实践。带领学生到大庆油田现场进行实践活动,无论严冬还是酷暑,往往住在工地附近的活动房内,尽管屋舍简陋、粗茶淡饭、交通不便,但他用言传身教的方式教育学生要克服一切困难,用严谨奉献的态度进行学习研究,收获更多课本之外的知识和人生经历。

  为了让更多的学生有更充足的实验条件,他将进行科研和研究生学习的重点实验室对外开放。他不愿放弃任何一个学生,只要有一丝希望,就要付出百倍努力让学生的未来之路更为顺畅。他经常自己掏钱帮助学生,如资助多名贫困病困学生完成学业,如有些同学因家庭困难买不起材料,他代为购齐等。

  “给学生一滴水,自己首先要有一桶水。只有自己拥有系统、前瞻、完善的学术知识,才能培养出优秀出色的学生”徐小力教授老师说。他对知识充满渴求,不管取得怎样的成绩之后,他总是让自己重新回到起点,努力攀登下一个高峰。

  “讲台上的徐老师不仅是一位授课老师,更像是一位没有架子的学者,他的科研实践精神诲人不倦,生活中的他平易近人,关心学生,是我们人生道路上的导师。”北京信息科技大学的学生如此评价徐小力老师。20年的教学生涯,徐教授对学生的热心从未改变。虽然现在的工作不仅仅是教书,还担负着北京市重点学科建设的工作,但他仍然很乐意为学生服务。一直以来,他对学生毕业后的前途和发展非常重视,学生有困难找到他时,他都会尽全力提供帮助,鼓励优秀学生继续深造,帮助学生联系就业单位。

  “在科研和教学中燃烧自己。”这是徐小力教授的人生格言。“看到学生有成绩我自己也高兴”一句朴实的话,让我们看到了徐老师献身教育的高尚师魂!徐教授认为,一名教师的师德不仅包括奉献自己的时间认真教书,生活中关心学生成长,还应该不断学习、提高自身专业素养、更新观念、努力创新。他还说,当代大学生思维活跃,易于接受新事物,具有很强的创新意识。但是由于时代的发展,社会上也出现了许多诱惑,他希望年轻一代能珍惜大学时光和现在的良好条件,抵住各种不良诱惑,抓紧时间学习更多的知识,尽可能用最好的成绩为国家的繁荣昌盛贡献力量。

  多年来他培养了一批批本科生、百余名品学兼优的硕士生、博士生、博士后等高层次专业技术人才,众多毕业生为国家经济建设及社会发展做出重要贡献。他于2006年被授予“北京市优秀教师”称号,2007年被授予北京市“教育创新标兵”,2008年度被评为“北京市师德标兵”,2009年度国家教育部授予他“全国优秀教师”称号;2018年所属团队评为“教育部黄大年式教师团队”。

  如今,徐小力教授虽然已经过了花甲之年,但他追求创新的脚步一直没有停歇,因为他相信,“科技是第一生产力”,要想在日新月异的二十一世纪拥有话语权,需要我国各条战线上科研人员的不懈努力。他作为其中一员,认为自己有责任有义务为了国家科技的进步和经济的发展出一份力。没有过多的豪言壮语,徐小力教授一直默默的行走在科研和教学的道路上,他用自己的成果说明着一切。“古之立大事者,不惟有超世之才,亦必有坚韧不拔之志。”几十年的科研道路中,徐小力教授就如同一个造梦者,给自己造梦,给学生造梦,给学校及国家造梦。因为他坚信,有拼搏、有奋斗、有愿景,梦想并不遥远,这也是他对学生最大的期待。

  人物简介

  徐小力,男,1951年10月生,教授,工学博士,博士生导师,机械电子工程专家。供职于北京信息科技大学(原北京机械工业学院)。清华大学机械工程系毕业,西安理工大学获机械制造工学硕士学位,北京理工大学获机械制造及其自动化工学博士学位。曾赴欧美日澳学习、研究和交流,系日本福井大学客座教授。被聘为北京理工大学、中国农业机械化科学研究院等兼职博士生导师。现任现代测控技术教育部重点实验室主任、机电系统测控北京市重点实验室主任、现代光电测试技术机械工业重点实验室学术委员会主任、机械电子工程北京市重点学科带头人、北京市安全生产领域学科带头人。在机电技术及信息化领域,主持完成了国家重大科学研究等数十项科研项目,在机电系统状态监测、故障诊断、故障预警与科学维护,测控系统研发及信息平台建设,光机电一体化技术等研究方面取得了不斐的业绩,主持完成的研究成果获得国家科学技术进步奖等科技奖项;同时还在高层次及专业人才培养方面做出了突出成绩,为科教兴国、创新型国家的建设做出了重要贡献。负责的机械电子工程学科团队被北京市教委评为“北京市高校学术创新团队”,个人被评为“中国机械工业科技专家”、“全国优秀教师”、“全国优秀科技工作者”、“北京学者”、“北京市有突出贡献的科学、技术、管理人才”等。

肖天存:创新创造,让生活更美好

  当前,我国经济发展进入新常态新局面,科技创新以及科研成果的生产力转化已成为时代所需。与此同时,随着经济对能源需求的持续增长和低碳社会的逐渐到来,能源环境问题也引起了业内专家的广泛关注,同时随着人们物质水平的提高,对天然健康产品需求越来越大。英国牛津大学化学系WOLFSON催化研究中心高级研究员肖天存教授跟绝大多数科学家不同,在闭门痴心搞学术研究和面向社会搞产业转化之间,他更注重后者,他很享受那种用专业知识为社会创造价值和财富的过程。翻开肖天存教授的工作履历,除去那些颇具价值的科研成果和长串的论文目录,更引人注目的是他那数次辉煌的创业经历。通过不断开拓创新,他在科学研究和学术成果的产业转化两个领域都做出了突出贡献,并引领中国创造走向世界。结合自己创新创业的实际历程,他一直强调说:“创新无处不在,但需要独立思考和系统验证。科技创新是个系统工程,一个研究成果从实验室走向工业应用, 需要有宽松的环境和容错机制。”

  肖天存,英国牛津大学化学系博士后,牛津大学能源及催化材料究中心主任,高级研究员,牛津催化剂公司创立人,首席科技执行官,沙特阿拉伯一牛津大学石化研究中心创始人中心学术主任。

  英雄莫问出处

  肖天存是陕西眉县人,出生在汤峪乡,从小在农村长大。小时候由于家里穷,他的姐姐很早便辍学回家务农,只剩下他和弟弟妹妹上学。由于受文化大革命的影响,小学时候的他经常参加学校组织的生产劳动,学业几乎荒废。考入中学后恰逢恢复高考,他开始刻苦学习,但成绩却总不理想。由于当时家里条件并不是很好,父母供养几个孩子上学十分不易,懂事的他甚至产生过退学的念头,但最终在父母的坚持下得以妥协。

  为了对得起父母的辛勤努力,肖天存在学习上更加刻苦,也付出了数倍于他人的辛苦和汗水。。功夫不负有心人,1983年,肖天存参加高考,以总分570分的考试成绩被西北大学录取。由于对学业的痴迷,大学毕业后的肖天存又到中国科学院兰州化学物理研究所继续深造并取得了硕士和博士学位。1993年,教育部开始实施大学引进人才计划,作为优秀学术带头人,他被引进到山东大学。次年,肖天存被破格晋升为副教授。当时恰逢山东省在做一些污水管网热电、集中供热等环境保护项目,世界银行准备提供1亿多美元的贷款还有100多万美元的赠款。在山东大学环境科学中心的肖天存作为既懂专业而又英语好的专家被省政府借调参与了项目工作。为了摸清状况,他跟随主管项目的副省长和环保局领导走遍了山东省十几个地市去看排污,也是在这时他看到了科学应用性研究的巨大社会价值和潜力,并产生了浓厚的兴趣。

  1999年,应英国皇家学会的邀请,肖天存以访问学者的身份前往英国,走进了世界顶级学府牛津大学。作为世界知名学府,牛津大学的学术力量十分雄厚,在教师队伍中,就有83位皇家学会会员、125位英国科学院院士,其化学、数学、生物学、医学等学科的实力,的确是世界一流名校. 他自己所在的牛津大学化学系无机化学实验室就出了3位诺贝尔奖获得者,也是锂电池盒血糖仪的发源地. 同时牛津大学把为地方和社会服务作为自己的优先发展战略,。在这里,肖天存开阔了视野, 但在留下来还是回国的决策方面,他也感到很迷茫。

  成功源于奋斗

  牛津大学素来以其高度的学术自由文明于世,学校不仅没有校门和围墙,有些学院甚至连招牌也没有,学校对学生管理也十分宽松,学习完全靠自律。正是在这种宽松的学术氛围下,牛津大学成为了精英辈出的知名学府,在这里,谁没有科技成果便没有立足之地。

  肖天存所在的化学系曾走出了多个诺贝尔奖获得者,如今依然是世界最好的化学研究机构之一。成为牛津大学化学系的访问学者后,他得以与国际化学界赫赫有名的格林教授(Malcolm Green, 用肖博士的话说,就是除了诺贝尔奖没得,格林教授其它奖都得遍了。)合作,研究方向仍是自己的本行催化剂,这也让他倍感压力。

  上世纪90年代以来,随着全球气候变暖的趋势逐渐明显和石油价格的飞涨,加之各大城市污染问题日益严峻,寻求清洁能源和替代能源早已成为了学界的共识。而氢能由于储量丰富、来源广泛、获取方便,尤其是在使用时二氧化碳零排放等优点,一直备受科学家的青睐,被预测为继石油时代之后的新一代替代能源。但在现实推广中,氢气的提取一直面临着一个巨大的经济瓶颈,那就是传统的通过电解的方法获取氢气的成本太高。因此,利用天然气、石油、甲醇、酒精或糖类物质获取氢气将是相对廉价的选择,尤其是酒精或糖类均属于可再生资源,如果能够找到合适的提取方法,无疑将对解决能源危机和全球变暖问题起到巨大的推进作用。

  在肖天存研究之前,曾有日本科学家考虑过用甲醇加温分解制备氢气,但高温仍然极大地限制了技术应用。肖天存想到了用过氧化氢与甲醇常温反应而产生氢气,然而在常温下,过氧化氢只能自我分解,无法与甲醇反应,除非能够寻找到一种合适的催化剂。他的目标便是希望找到这样一个能在常温下制备氢气的催化剂,以用于当时正红火的汽车氢燃料电池。但格林教授并不相信他的方法可行,许多同行也觉得这个方向没有实际意义。

  但肖天存继续坚持着自己的方向,他无暇欣赏齐尔维河美丽的风光和中世纪辉煌的建筑,每天奔波在图书馆和实验室之间,经常到了深夜才回家,就这样度过了一天又一天。

  英国的的科研管理体系比较多样化,牛津大学专利转化中心更是重点扶植专利核心人员, 即使只是博士后或者博士生,学校专利转化中心也可以提供资金,再与系里合作。 。英国皇家学会只提供短期资助,很快肖天存便没有了研究经费,面临着巨大的资金压力,同时他的工作合同可能终止。当时牛津大学博士、来自南非的卡特至今依然清楚记得同实验室的肖天存工作非常辛苦,科研资金却似乎永远没有着落,研究组里所有人都为他的事业前途担忧。

  正如当年牛顿被掉落的苹果砸中一样,科学界的许多重大发明往往得益于某些偶然性的事件。上帝在不经意间眷顾了这个身在异国他乡而又心怀梦想的学子。2003年的一天,肖天存正在做实验,忽然“砰”的一声,一个大火球出现在他面前,把他吓了一大跳。他很快发现,火球是他将甲醇、水和过氧化氢混合溶液接触到他研制的催化剂时出现的。这是真的吗,后来他反复实验和研究,发现真能产生氢气。

  这就是说在常温条件下可以利用甲醇制备氢气,他把这个重大发现报告给了格林教授,格林教授却断然表示“这不可能”,但在这位学界权威面前肖天存没有气馁,而是坚持了自己的判断。经过一道道严格的化学鉴定,证明确实是氢气。公布于众后,这一世界领先的制氢技术发明很快在英国科技界引起巨大轰动,这无疑是一个很大的突破,直到今天依然在世界范围内独一无二,也由此开始肖天存逐渐拥有了多项国际专利。

  然而,这项常温制氢技术并非完美无缺,大家逐渐发现这种方法所制成的氢气含有少量一氧化碳,对燃料电池有不利影响,由于电动车技术的迅猛发展,氢能燃料电池的市场发展也受到了一定冲击。

  肖天存并没有气馁,他想到将技术转化为生产超高温蒸汽。他改变了过氧化氢与甲醇的反应比例,利用催化剂使其在常压下得到强烈的放热反应。这在地热钻探中相当有用,高温,可将坚硬的土壤打散融化,而且细度强度均可控制,操作起来比金刚石方便好使。这项技术还可以在医院等地方做蒸汽消毒或有害气体处理等,用途相当广泛。这次这个技术再次受到了广泛的关注。

  同时, 肖博士也开发了一种新型多相催化剂的制备方法, 可以控制金属催化剂的颗粒大小和活性中心分布, 从而大大提高催化剂的活性和选择性, 以他这个方法为基础制备的费托合成催化剂使得小规模的生物质和垃圾经济有效地转化为超洁净汽油或者柴油成为可能。目前该技术已经在美国和日本等垃圾处理和油田驰放气的回收方面工业应用。

  初尝海外科技转化的果实,携技术资金报效祖国

  在全球普遍关注气候变暖的大气候下,肖天存博士的发现可谓正逢其时。牛津大学迅速用学校的资金为他申请了专利。然而熟悉科研工作及技术产业转化领域的人都清楚,在科学技术研究上做出一项发现或发明尤其是原创性的工作很难,但要想将技术成果转化为生产力,实现工业化要走的路就更长。这不仅需要时间,还需要注入大笔的资金及市场等各方面的资源。

  牛津大学给了肖天存得以发展的机会,2002年,牛津大学的ISIS机构成立了一个种子基金,ISIS是牛津大学的科技产业化机构,旨在帮助牛津大学的研究者申请专利、成立企业,同时为工业企业与政府机构提供牛津学者的咨询服务。这个由大学拨款、外界投资等筹集得的种子基金,可用以投资校内有商业前景的技术发展,并负担发明人工资。这笔基金并不白给,如果最后技术商业化成功,这笔资金便算是对新成立公司的投资。

  机会永远都不会对有准备的人关上大门。ISIS很快发现了肖天存这项技术的商业前景。在其投资和帮助下,2004年,肖天存和专利共同持有人格林教授一起成立了牛津催化剂公司,出任首席技术执行官。此时,肖天存逐渐对科技产业化有了更多的认识。

  2006年,牛津催化剂公司一举登上了伦敦二级技术市场。由于该技术的良好发展前景和现实的技术基础,上市之后公司只出让了不到30%的股份,就换回1500多万英镑的资金,牛津催化剂公司一举成为市值为6500多万英镑的高科技公司。ISIS同期投入的多个项目,只有肖天存的项目成功了,迅速挣回400多万英镑,将其他项目的失败投资统统收回。肖天存个人的股票价值也迅速达到了数百万英镑。

  但肖天存并不想就此成为商人,他依然保留着牛津大学的高级研究员职位,并积极争取其他渠道的科研基金,以资助自己在公司以外的科研兴趣。他感兴趣的始终是应用型科学,希望可以得到更多的科技成果继续投入科技产业化的事业中。2005年年初,他的研究又相继得到了沙特阿美公司的资助。

  2008年,牛津催化剂公司收购了美国能源部成立的高科技公司,雇员增加到100多人,同时公司的科研管理及自身专家力量大大加强。肖天存也减少了在牛津催化剂公司的工作时间,大部分时间用于在牛津大学的实验室。2009年,他辞去了牛津催化剂公司的董事会职务,减少在公司的工作时间,留出20%的时间自由支配。此时,一直心系祖国的他开始寻求回国内发展的机会。

  2008年,肖天存应邀参加广州留交会,对那里的创业环境留下了很深的印象。2010年,他完全辞去牛津催化剂公司职务,把在牛津大学的工作时间减少到40%。之后作为中组部“千人计划“专家任职于华能集团短期项目,同时受聘于广州市和广州高科技开发区的领军人才项目,利用剩余时间开始筹划国内创业的事情,很快他和合作伙伴一起成立了广州博能能源科技有限公司。 在广州建立了自己的实验室和研发团队, 根据国内和国际市场需求, 开发出了用于工业气体和室内外大气环境净化的催化剂, 目前已经在泰国, 美国和沙特等工业应用。 尤其是以他们年技术为基础开发的室内空气净化催化剂, 不仅在甲醛脱除方面比目前大多数净化器采用的活性炭的效果好5-10倍以上, 同时具有显著的脱除恶臭和杀菌效果, 引起了国内外家居产业的广泛关注, 当今时代很多家庭拥有宠物, 使得室内大气存在不少病毒存在, 而且恶臭物质也导致人们情绪低落, 引起很多健康和心理问题。 肖博士团队开发的即清净化催化剂经过国内外权威机构测试, 不仅在甲醛脱除其他有机无消除方面, 性能优越, 同时可以杀菌和祛除恶臭, 在医院和教室等公共环境中应用前景巨大。 不仅如此, 他们因为自己健康需要, 和国际健康营养专家合作开发了纯天然口腔溃疡制剂技术所生产的天然蔬菜制剂在防治口腔溃疡和胃酸等方面显示了特有的效果。

  “我们希望建立一个开放的创新平台,除了完善和推广我们的专利技术,我们也邀请有创业激情或有技术的朋友加盟。”肖天存教授说,这位科研界的能手现在对公司运作显然已经得心应手。回顾自己的创业路,肖天存感触最深的是“一项技术从实验室走向产业化需要很长时间,在这个过程中,需要耐心。更重要的是,技术虽然会过时,但创新平台不会”。

  秉承着唯有不断创新,才能不过时的理念,即使在日常生活中,肖天存也能发现创新的机会。现任职于中国科学院理化技术研究所的马望京博士曾经是KOPRC实验室的一名博士后,刚到牛津时口腔溃疡严重。“肖老师拿出自己研制的即膳蔬菜片,让我含在溃疡处,开始我觉得一个做催化剂开发研究的人,还能开发健康产品?可溃疡处实在太疼,就试了试,结果疼痛还真缓解了。”做“即膳”是肖天存的副业,但他“觉得比较有意思,就去尝试了”。

  “中国和英国的大学大都是政府资助的公立大学。如果我们能像英国那样,通过科技产业化而自给自足,便可以给政府减轻负担。”在英国的创业经历使得肖天存对社会创业机制的印象极为深刻,谈到回国时,他说华能集团公司始终坚持以人为本、务实高效的人才理念,高度重视人才的引进、培养和优化配置,尤其是在中组部“千人计划”海外高层次人才引进和为人才创造良好的工作环境方面,集团总经理和书记亲自抓人才工作,不仅重视人才引进, 并且作到人尽其才, 为人才的工作提供各种条件,因此集团的科技工作和创新取得了明显的成效。

  “近年来,在科技发展、绿色煤电和可再生以及清洁能源方面国内领先,这个给我印象很深。我也希望利用中国华能集团这个平台,把高活性催化剂和强化过程反应器结合起来,开发国际先进的煤制气技术和工艺,促进煤炭的清洁利用确保国家能源安全。同时也把英国新的创新机制带到中国,通过把这种先进的技术的创新机制结合起来,使中国创造走向世界,为人类的清洁能源技术和人体健康做出积极贡献。”展望未来,肖天存信心满怀地说。

服务生产实际 理论物理指导 独特创新!

  ——记山东科技大学教授邓铁六的科研之路

  他曾是一位普通的物理教师,却成长为山东科技大学“测试计量技术及仪器”硕士点学科带头人,获得国家中青年有突出贡献专家称号、享受政府特贴。他协助院士创建了矿山压力研究所,又创建了仪器仪表研究所,研发了大量先进的振弦式传感器和配套仪器,为国家培养了一批科技人才,为祖国建设注入了新的力量;他退休后更发挥余热,为企业开发多项国际首创新产品,获六项发明专利;他就是成功突破传统技术框架、创建“邓氏振弦传感技术”的邓铁六教授。

  1958年,邓铁六正在武汉大学物理系攻读基本粒子物理副博士学位,由于反右运动等的牵连被提前毕业、分配到新建的山东煤矿学院(山东科技大学前身)任物理教师。对他来说,不能再从事自己热衷的理论物理研究,初时内心很痛苦,但他没有消沉,而是认真调研、思考转什么专业才能发挥自已的研究生特长,圆少年时做发明家、科学家的梦想。1964年,认定以晶体管为核心的电子应用技术,必有大发展,因为这是国家工业自动化必须的。于是他毫不犹豫地在业余时间从安装调试晶体管收音机入手学习电子应用技术。1970年后,他与同事合作,从实验室到煤矿、冶金矿山,边学边干,干中创新,帮助进行综采弱电控制系统的验收及邦助搞通风防尘和选矿自动化小项目,同时培养矿需人才。从1971年干到1975年,他的表现得到了现场领导好评,引起学院领导重视。

  1978年,学院领导选中邓铁六,调往矿山压力研究所、后升任副所长主持煤矿矿压监测仪表研究开发,为防治煤矿顶板灾害,实现安全高效生产,配合所长宋振骐老师,参予创立山东矿院实用矿山压力理论体系,研制成功一系列先进有效的矿压检测仪和监测预报系统,共同承担难采工程项目,十多年共同完成国家和部级项目十余项,在监测预报系统和顶板检测实践方面达到了国际先进水平,推广应用取得了良好的社会效益和经济效益,对防治顶板灾害、促进安全生产做出了突出贡献。所长被选为中科院院士,全国劳模;他被评为国家有突出贡献的中青年专家、煤炭工业劳模。正是在这期间,邓铁六创造性地构建了独特的“邓氏振弦传感技术”的基础。1992年,他创建了仪器仪表研究所并担任所长,开始着重研发力-液压转换、间接测量式测力称重传感器。力-液压转换测力传感器保证了单体液压支柱密封质量检测仪成功,大活塞-液压-小活塞力变换式称重传感器保证了箕斗煤量称重仪取得成功。

  1999年,邓铁六退休。但他退而不休,继续科研创新。2000年,他研制成功力-液压转换式锚索测力传感器,并获发明专利。2001年,山东科技大学将他的振弦传感技术产业化,成立了公司。他主持开发的振弦式锚索测力仪、振弦式动态汽车称重系统等产品,在大量程(最大4000kN)高准确度(最小综合误差0.05%FS)振弦测力仪和动态汽车称重(采样频率400Hz)两个方面取得了突破性进展,达到国际先进水平。

  邓铁六之所以能取得这种突破性成就,既与他喜欢深入探索的性格有关,更与他扎实的理论物理基础分不开。对于一些实际技术难题,他都从数学物理原理出发逐步弄清根源,从而找到有效解决办法。

  “老骥伏枥,志在千里。” 邓铁六从事科研工作,始终坚持理论物理指导、理论联系实际的方针,精心实践检验,用锲而不舍的精神进行探索和追求,这才有了“邓氏振弦传感技术”的创建,才有了多项发明专利的诞生。这种科学态度和执着精神是后辈学习的榜样。

“人工智能时代”可能产生的新的工作机会

殷卫海

  作者简介

  上海交通大学生物医学工程学院特聘教授、Med-X研究院副院长、中国城市治理研究院研究员

  殷教授毕业于上海医科大学(现复旦大学上海医学院)与上海交大联合建立的生物医学工程专业。他于2002-2008在国际顶级医学院——美国UCSF神经科学领域担任PI。在PNAS等国际科学杂志上发表了九十余篇论文(大多数为通讯作者或第一作者),被引用超过4600次(Google Scholar)。他在以下领域获得国际领先的重大成果:

  1) 他是国际上“NAD+耗竭是疾病和老化的一个核心共同机制”这一理论的提出者以及这一领域的开创者,而NAD+已经成为抗老化的国际最著名的分子之一。

  2) 殷教授作为第一发明人递交或被授权了六十余项国家或国际发明专利申请。他作为第一发明人的人体自发荧光成像仪对于疾病诊断可能具有重要的应用前景。

  3) 在医学大数据领域,殷教授是上海第一个有关医学大数据研究的额度为2000万的重大基金的唯一疾病研究方向的首席科学家。

  4) 在人工智能发展战略领域,殷教授在解放日报-上观新闻等媒体发表了一系列论文,并于2017年6月受上海市委常委会邀请撰写了六篇关于人工智能发展战略的报告,其中两篇成为了市委简报。在上海市市委常委会专题研究人工智能以后,殷教授作为两位学者之一在《解放日报》上对人工智能的发展战略提出了建议。在19大以后,殷教授受邀为中央办公厅撰写了《关于推动人工智能和大数据与实体经济结合的战略》报告。

  5) 他作为两位主要提议人之一提出的科学问题成为了中国科协的“脑科学十大前沿科学问题”之一。

  1. 人工智能对于就业可能产生严重的负面影响

  人工智能的发展绝对不是一个普通的高科技发展,因为它可以对社会就业产生极其巨大深刻的影响。可以预计,政府的政策以及民众对于人工智能的观点将是决定未来人工智能发展的最重要因素。

  斯坦福大学的卡普兰教授做了一项统计,美国注册在案的720个职业中,将有47%被人工智能取代。而且根据卡普兰教授的定义,很多失业将是“结构性失业” — 那些失去了工作的人完全无法找到合适的工作。根据Forrester Research的数据,未来10年机器人将取代1500万工作岗位,相当于美国就业市场的10%。

  社会必须以最大的努力去减少社会失业率,而“减少社会失业率”必将成为“人工智能时代”政府的首要目标。大力探索和发展“人工智能时代”可能产生的新的工作机会,对于减少、抵消人工智能对于就业的负面影响具有着关键的意义,其对于社会成功的转型、提升也有着至关重要的价值。

  2.“人工智能时代”可能产生的新的工作机会

  在“人工智能时代”,很多人类的工作会被取代,无疑也将产生很多新的工作。发现并竭力地发展这些新工作机会对于人类战胜人工智能对于人类的威胁具有着根本的意义和价值。“人工智能时代”会产生哪些新的工作机会呢?我预计将会有以下新的工作机会:

  1)人工智能技术和产品的研发人员

  可以预计,人工智能技术将会渗透到人类生活的各个方面,而人工智能技术要比以往的电脑软件技术和硬件技术、网络技术等远为丰富和复杂,其技术的发展也将日新月异、竞争极其激烈。因此,可以预计对人工智能技术和产品研发人员的需求将指数上升。同时,不少人工智能技术开发平台是向社会开放的,例如谷歌的第二代人工智能学习系统TensorFlow,任何人通过学习都可能运用优秀的平台技术开发出新的人工智能产品。所以,人工智能技术和产品的研发人员的增长将会十分迅速、人数将会很庞大。

  2)人工智能产品的生产人员、维护人员以及管理人员

  可以预计,人工智能产品的种类将指数上升,而这些产品的生产也将需要一定量的技术工人。因此,可以预计人工智能产品的生产人员数量将会不断上升。同时,由于智能机器人等人工智能产品对于人类具有安全的威胁,而人工智能产品如果伤害了人类,人工智能产品的生产厂商或购买人很可能将付出十分沉重的经济代价和法律代价。所以,社会对管理和维护人工智能产品的人员会有较大的需求。

  3)获取大数据的工作人员

  大数据是人工智能的核心基础,而获得大数据是一个十分巨大复杂的工作。以疾病诊断和治疗的大数据为例,为了获取病人基因组学和表型组学大数据,需要开展极其大量、费时的检测工作。所以,可以预计获取各类大数据的工作人员数量将不断上升。

  4) 从事个性化产品生产的人员

  人工智能在生产中的广泛运用将使产品批量化生产的效率越来越高、价格越来越低。而个性化生产的产品将越来越受到欢迎、价值变得越来越高。所以,越来越多的人将从事于个性化产品的生产。

  5)医疗、护理、康复、养老、心理咨询产业的人员

  可以预计,随着人工智能技术在生物医学中的广泛运用以及干细胞技术、免疫细胞治疗重大疾病的技术、精准医疗技术等医疗技术的发展,老龄人口将不断增加、存活的重大疾病病人将不断增加。所以,医疗、护理、康复、养老产业将会不断发展,其将提供不断增加的工作机会。而针对人工智能对于人类心理健康的威胁,心理咨询行业将获得较快的发展。

  6)从事于个性化教育、培训的人员

  在“人工智能时代”,技术的发展变化将会很快,更需要人的创新性以及不断地学习新思想、新技术。因此,对学生、在职人员、待业人员开展个性化的终身教育和培训的行业将变得愈加重要。

  7)从事文学和艺术创作的人员

  人类文化的全面深刻发展是人类得以战胜人工智能对人类挑战的主要战略。因此,预计从事文学和艺术创作的人员将显著增加。特别是有关智能机器人等人工智能产品的科幻小说、电影、绘画、游戏等作品的创作将迅猛地增加,其将带动相关产业从业人员的快速增加。

  8)社交、体育、旅游等行业的人员

  随着人工智能的技术和产品在生产和日常生活中的应用,生产效率将会显著提高、人类也将从日常生活的劳作中解脱出来,这样人类的闲暇时间将显著增加。同时,人工智能对于人类心理健康的威胁也在增加。为了克服人工智能对于人类心理健康的威胁、使人类在闲暇时间中更为幸福、过得更有价值,高质量的社交、体育、旅游等行业将变得愈加重要、将获得不断的发展。

  9)针对人工智能产品和技术的政府管理人员、司法执法人员和相关律师

  社会中不断增加的人工智能产品及其所具有的对于人类安全的威胁,对政府的管理以及相关的法律提出了新的巨大挑战。各地政府必然将不断发展起强有力的相关管理机构以及司法执法队伍。对于专门从事于人工智能相关事务的律师的需求也将越来越高。

  10)从事于技术传播的人员

  至今一个地区发明的优质新技术在全国乃至于全球的推广运用是很不充分的。在“人工智能时代”,优质技术的产生率会更大。挑选出优质技术、并对这些技术加以高效推广,对于社会经济的发展、特别是落后地区的发展具有重大的意义和价值。因此,社会对于从事于优质技术传播的人员将有愈来愈高的需求。

  11)由政府聘用的、从事于环境保护等工作的临时工作人员

  在“人工智能时代”,政府可以临时聘用待业的人员从事于对于社会和谐、持续绿色发展具有较紧迫性的工作。

 

张发旺:破解“煤水困局” 在水文地质科研领域砥砺前行

  水资源和煤炭资源的关系密不可分,煤炭开采链条中不同环节的用水都会对水资源和水环境造成影响。而我国煤炭资源和水资源呈逆向分布特点,水资源已经对煤炭基地的生产建设产生了严重制约。我国煤炭能源消耗占总能源消耗比例在60%以上,随之而来的是“煤水危机”这一困局。2015年的统计数据表明,全国86个重点矿区,缺水的占71%,严重缺水的占41%。“煤水危机”迫在眉睫、亟待解决。

  要实现煤炭消费与水资源开发利用的协调发展,煤炭总量控制和节水技术应用缺一不可,目前国内已有许多专家学者在煤水领域积极探索,解决困难。这其中,中国地质科学院岩溶地质研究所党委书记、常务副所长、博士生导师张发旺就是杰出的代表之一。他带领科研团队采用理论分析、相似材料模拟实验等方法,就采煤厚度对含水层的破坏性进行了深入研究,并取得重大成果,为解决我国的“煤水危机”难题做出了重大贡献。

指导研究生进行物理模拟实验

  在党的十九大胜利召开之际,这些贡献更应被更多人铭记,让贡献着们获得应有的鲜花和掌声。

  投身矿山水文地质研究

  现任中国地质科学院岩溶地质研究所党委书记(正局级)、常务副所长;博士生导师,二级研究员,俄罗斯外籍院士。广西壮族自治区第九大、第十大党代表;任国家重大研发计划973项目首席科学家助理,国家科技支撑计划课题负责人,自然科学基金重点项目负责人,科技部国际合作重点项目负责人,广西重大科技研发计划项目负责人,桂林科技研发重大专项首席科学家;任中国地质学会水文地质专业委员会秘书长、国际水文地质学协会(IHA)中国委员会秘书长、河北省地质学会环境分会主任、中国土地复垦学会常务理事、中国地质学会会员、中国地质灾害研究会会员和岩溶地质专业委员会委员。兼任中国矿业大学(北京)客座教授,中国地质大学(北京)客座教授,石家庄市青年联合会副主席,《地理与地理信息科学》副主编,《南水北调与水利科技》编委。曾被评为“河北省改革开放20年优秀大学毕业生”(记河北省三等功一次)、“河北省(省会)杰出青年拔尖人才”、河北省科技十杰、国土资源部“科技管理先进工作者称号”、“石家庄市新长征突击手”、石家庄市优秀共产党员等。

  1986年,张发旺毕业于河北地质学院水工系,1996年在中国地质大学(北京)攻读硕士学位,2000年获得中国地质大学水文水资源专业博士学位。参加工作以来,他先后参加科研项目近30项,参与撰写科研报告近50份,其中近20项为第一负责人。在矿山地质研究领域获得多项重要研究成果。参加的项目中有一项获中国地质调查一等奖,三项国土资源部(地矿部科)技成果二等奖,两项获河北省科技进步二等奖。获中国生产力研究会优秀论文奖1项。他曾被评为石家庄市新长征突击手,石家庄市杰出青年拔尖人才,河北省改革开放20年优秀大学毕业生、记三等功一次,2004年度河北省科技十大杰出青年,中国地质科学院优秀青年专家,中国地质科学院优秀党员,获国土资源部“科技管理先进工作者”称号,第九届全国青年地质科技奖银锤奖获得者,西部理论与发展成果奖获得者。

  张发旺发表论译文和专著近百篇(部),其中代表性的有:《中国北方岩溶、大水矿区水资源合理开发利用研究》、《中国固体矿床水文地质勘探和评价方法的研究》、《典型矿区地下水环境演化及对矿业城市发展影响预测研究》、《宁南水资源综合评价及合理开发利用研究》、《地下水循环对围岩温度场影响及地热资源形成》、《煤炭开发对水土资源的影响及其保护技术》、《煤炭开发引起水土环境演化及其调控技术》、《矿业开发环境地质链及其控制》、《中国固体矿床水文地质勘探评价方法研究》、《矿山环境地质研究与评价方法》、《采动条件下煤层顶板精细结构变化及其含水层再造》、《水工环研究的现状与趋势》、《干旱地区采煤条件下煤层顶板含水层再造与地下水资源保护》等。

  张发旺带领的科研团队在矿山水文地质、生态环境保护及治理领域潜心研究20余年,取得多项研究成果,为矿区水资源和生态环境保护起到重要作用。2009年以来,他一直致力于水文地质环境地质技术理论研究探索与重大项目管理工作,取得了一系列突出的成就,他作为第一负责人承担科研项目16项,撰写科技和管理论文近50篇,专著6部,培养硕士研究生40多名、博士研究生16名。

  团队智慧破解“煤水困局”

  “煤水困局”是长期以来的世界性难题,而张发旺研究员实施的“群矿采煤驱动下含水层结构变异对区域水循环影响机制研究”为解决“煤水困局”提供了全新的解决方案。

  第一,明确了矿区地下水资源保护的关键因素,创造性提出了“关键隔水层”的概念。

  在典型水文地质剖面上,张发旺带领团队开展了井下仰孔压水试验、相似材料模拟实验、地面压水试验,研究了采煤影响下含水层结构变异厚度变化特征。

  研究团队针对采煤后覆岩破坏引起含水层结构变化,破坏区域地下水资源的问题,以采动裂隙的时空演化为切入点,以亚关键层的识别及其对区域含水层破坏的控制为核心突破口,通过关键层识别及与含水层的关联分析结合相似材料模拟试验、综合物探等手段获取数据,继而建立了典型矿区采煤影响范围含水层结构数值模型,阐明了采煤驱动下含水介质非均质性演化规律,以此为基础明确了盆地范围含水层结构空间演化特征,创造性地提出了“关键隔水层”的概念。

  在对比研究关键隔水层最大挠度和自由空间高度两者之间关系的基础上,张发旺从理论上给出了关键隔水层判定表达式,研究区内实施的7个钻孔充分验证了其准确性。

  在此基础上,科研团队重新划分采空区上覆含水层,将变异含水层范围厘定为水位骤降带,将变异含水层以上范围厘定为水位波动带;利用多个抽水试验、压注水实验,井下仰孔压水实验数据。

  通过对数据的研究和分析,他们发现采煤影响下水位波动带中的渗透系数比采煤前增大了10-20倍,水位骤降带中含水介质的渗透性存在着10-20、20-100及100倍以上的分区性,从上到下含水层渗透性随深度增加而增大,并且存在着明显的突变点。这样的分析结果与采动前含水层渗透性随着深度增加而减小的结论存在着本质上的差别。基于上述成果,张发旺的团队研究发明了“煤矿突水在线监测智能预警系统”,并成功预报了10多次突涌水情况的发生,为矿区节约了资金保证了采煤安全。

  根据地质钻孔的地层岩性数据统计分析,团队利用TPROGS建立含水介质模拟的马尔科夫转移概率地统计模型,动态计算了采动过程中水文地质参数,揭示了盆地尺度含水层空间结构非均质演化规律和趋势。结果表明,开采煤层厚度与渗透系数变异带发育高度基本呈近似线性关系,采厚越大,渗透系数变化幅度越大。该模型能准确地预测采煤影响下含水介质渗透系数K,突破了以往按照经验公式计算的做法。其计算精度要远远高于以往的经验公式。

  第二,明确了水文地质结构演化与地下水流模式的耦合效应,揭示了群矿采煤驱动下含水层结构非均质演化对区域水循环影响机制。

  人类的开采活动对水文地质有着很大的影响。张发旺和团队将人类活动作为参数之一,动态模拟水文地质的变化,并研究认为:开采前含水层结构完整,为径流排泄型水循环模式;开采后改变了地下水赋存条件,采动裂隙发育改变了隔水层的作用,虽然对局部水流系统浅循环影响甚微,潜水水位没有明显下降;但中间水流系统地下水流向采空区,形成层间疏干区,中循环逐渐过渡为深循环,使得中间水流系统消失,整个区域水流系统发生了根本变化。这种“变结构变参数”“盆地尺度”“群矿开采条件下” 得出的新的循环模式尚属首次。这一成果为开采和闭坑矿区地下水资源利用保护提供了新思路。

  第三,对群矿开采区地下水资源演化趋势进行了动态评价,预测了矿区不同阶段水资源再分布规律。

  张发旺建立的盆地尺度变结构变参数的矿区地下水数值模拟模型,改进了传统的确定性地下水数值模型,提高了模拟的可靠性和准确性。再通过这种群矿开采条件下盆地尺度变结构变参数水文地质模型,他又得出了新的地下水循环模式,并建立了群矿开采驱动下地下水资源演化动态评价方法。基于GIS—AHP耦合方法,团队引入降水量、涌水量、采空区面积、含水系数、采煤量等实时指标,对群矿采煤驱动下含水层结构变异对研究区地下水资源影响实时动态评价。根据评价结果,他们将研究区分为4种影响区:严重影响区、较重影响区、中等影响区、一般影响区。这一成果使用了剧烈采煤活动后的新确定的水文地质参数值,采用多指标重新研究了矿区不同阶段的水资源再分布规律,为矿区水资源评价提供了新方法,为矿区未来地下水资源宏观调控和可持续发展提供科学支撑,丰富和发展了矿床水文地质学内容。

  由于极为显著的应用成效,2017年,张发旺研究员牵头的“基于‘关键隔水层’的煤矿突水预警系统成功预报10余次突涌水”成果荣获中国地质调查局、中国地质科学院2016年度地质科技十大进展。这些成果的应用也极大地丰富了矿区水文地质学研究内容和方法,破解了当地水资源规划过程的瓶颈问题,为矿区采煤保水提供了新思路,对矿区地下水资源的可持续利用具有重要的科学价值和社会意义。

  相关课题研究结出累累硕果

  在其他课题研究上,张发旺也取得了突出成绩,其中包括:矿区水文地质环境地质研究、亚洲地下水资源和地质环境编图与研究、水土资源耦合关键技术研究、跨界含水层研究等方面。

  在矿区水文地质环境地质研究上,张发旺揭示了矿区开发过程中“水环境具有跳跃性的”演化规律,提出要控制矿山水环境问题,必须充分认识和利用水环境的“跳跃性”规律,控制水环境地质问题。提出了“矿业开发环境地质链及其控制”理论方法,阐明了矿业开发环境地质问题“链状效应”,提出了控制技术,从而切断这一链条,达到解决矿山环境地质问题的目的。提出了“含水层再造”的概念,在利用优化的含水层再造成果保护含水层技术方面取得突破,尤其是在煤层顶板结构与采动应力场对含水层再造作用模式及煤层顶板含水层再造的采矿工程实践方面处于国际理论和实践前沿。研发了利用采煤塌陷区深厚包气带作为接纳储蓄大气降水的关键技术。形成了利用“土地资源库”进行矿区生态环境保护的新思路,并在西北、华北地区煤炭基地保护生态环境中得到推广。开展了矿业开发与地质环境互馈效应研究,揭示了矿业开发与地质环境互相制约和影响的规律。

  在亚洲地下水资源和地质环境编图与研究上,张发旺分析了亚洲地下水与周边洋系、地理纬度、气候水平分带和地势垂直分带的关系,揭示了亚洲大陆地下水和地质环境的主要特征规律,客观反映了地下水赋存条件及产水能力、地下水资源、地热资源状况,地下水质、地下水环境背景。按洲际尺度的构造、气候、地貌和水文地质构造为主要依据,划分出11个一级地下水系统,36个二级地下水系统。提出了亚洲水资源与地质环境系列图编图总体指导思想,制定了“亚洲地下水资源与地质环境编图大纲”、“1:500万亚洲地质环境系列图的编图方案”,修订了“亚洲水文地质图”,编制了“亚洲地下水资源图”、“亚洲地热资源分布图”及地下水质量方面的六种单要素(溶解固体总量(TDS)、氟、砷、铁锰、氡和重金属)图,为亚洲地区地下水资源开发和环境保护奠定了基础。

  在水土资源耦合关键技术研究上,针对华北平原特别是黑龙港地区的水资源耦合矛盾,张发旺及其团队发展和完善了基于土地利用的区域水资源承载能力评价和水土资源合理配置技术,提出了水资源约束下的土地开发整理和土地合理利用规划方案和分区管制规则,建立了水资源约束下的土地开发整理技术方法。并通过典型区示范研究,综合集成了水资源约束下的土地合理利用与开发整理管制技术体系,初步解决了将水资源约束纳入土地利用规划和开发整理项目中的关键技术问题,为国土资源的科学规划和整理项目实施提供了技术支撑。

  在跨界含水层研究上,张发旺开展了澜沧江-湄公河流域跨界含水层专题研究,针对该流域5个跨界含水层进行了对比分析,用水均衡法对跨界地区资源开发利用和环境进行了评价。同时,他开展了中国与蒙古国克鲁伦河流域地下水资源与环境地质专题研究,针对蒙古国矿业开发、过度放牧等人为活动造成上游水资源减少和生态环境恶化等问题开展了探索性研究。与俄罗斯合作正在开展国家间国际合作项目“黑龙江—阿穆尔河流域地质环境保护技术研究”,以引进俄罗斯“利用自然生态元素进行污染治理的方法”专利,开发以自然元素为基础的适合我国高寒区生态地质环境保护和治理的技术体系,解决阿穆尔河流域中高寒区生态地质环境监测、保护和治理的关键问题,特别是地下水、土壤的污染修复问题,为两国跨国界含水层保护提供技术支撑。

  咬定青山不放松,立根原在破岩中。人生没有一蹴而就的成功,涓滴之水可以磨损大石,不是由于它的锋利,而是由于它昼夜不息、日复一日的滴坠。张发旺带领团队20年年如一日在不为大多数人知晓的煤水领域砥砺奋斗,潜心研究,淡薄名利,终成大器,并取得了瞩目的成果。他们用最实实在在的工作和卓越的成果印证了报效祖国、振兴中华的这一厚重的理想。“为学无他,争千秋勿争一日”这是一个成功科学家最高的精神境界。我们深信张发旺和他的团队必将在未来的科研生涯中取得更好的成绩,并在水文地质科研领域取得突破性进展。

发光型太阳能聚光器的研究进展及展望

杨雪婷,马瑞丽,陆军*

北京化工大学 化工资源有效利用国家重点实验室,北京 100029

*Emaillujun@mail.buct.edu.cn

  摘 要:太阳能聚光器可将分散的太阳光利用光学原理聚集到一光点或者一较小的面积从而增强太阳光能量密度,目前存在的太阳能聚光器根据光学原理可分为反射聚光器、折射聚光器、热光伏聚光器、发光聚光器、全息聚光器等。其中,发光型太阳能聚光器由于可以直接利用散射光与直射光并且能对太阳光进行光谱转换匹配已有太阳能电池系统,所以引起了人们的广泛关注。发光太阳能聚光器(LSC)是一种收集辐射光的装置,包含覆载或镶嵌在透明基底的高发光性能化合物,该发光化合物吸收辐射光,并充当二次光源发光,发出的光由于全内反射被LSC捕获,再经波导效应传至LSC边缘的光伏电池。本文综述了发光型聚光器的特点、应用及目前的研究进展,展望了光伏窗在未来建筑行业以及其他领域的潜在应用价值。

  1.前言

  随着工业化和现代化的不断发展与人民生活水平的日益提高,人们对能源的需求量持续上升,但是传统石化能源的大量开采与使用不仅会加快能源的枯竭,同时也会大量排放二氧化碳从而造成温室效应,使环境污染问题日益突出,所以如何合理的开发利用新能源显得尤为重要,目前通过研究新材料实现对新能源的利用已经成为材料与化学领域的热点[1]

  在目前已经开发利用的新能源中,太阳能作为最充足、最清洁的绿色能源受到了广泛的关注。吸收太阳能的光伏材料的价格,是决定光伏发电成本以及其是否能广泛应用于实际生产的关键因素。近年来,太阳能电池光电转换效率的提高以及光伏材料制备和安装价格的降低使太阳能发电成本显著降低。其中,硅基光伏器件性能的提升,使得硅基光伏器件成为在民用和工业建筑中利用可再生能源生产电能的主导技术。但为满足目前高度城市化的需求,城镇建筑的发展趋势主要在于高度的增加,而安装在楼顶上的硅基光伏器件所产生的电能显然不能满足整座楼宇的能量需求。尽管太阳能发电技术已广泛应用于实际生产中,但由于其本身具有的局限性如不能充分利用整个太阳光谱、占地面积大、价格相对较高等,使零能源建筑(zero energy consumption buildings)的实现仍具有一定的挑战性,而发光型太阳能聚光器的提出为这一目标的实现提供了技术的支持[2]

  发光型太阳能聚光器(LSC)自1976年由Weber[3]提出后就引起了大家的广泛关注,发光型太阳能聚光器可将传统的能量被动式的玻璃窗系统转变为透明、半透明的光伏窗(PV窗)实现对太阳能的捕获利用,从而能够有效的将城镇建筑物的外墙转化为分布式能源生成单位,有利于零能源建筑这一目标的实现[4]。另外,发光型太阳能聚光器可以“无形”的安装在建筑物上,有利于公众对LSC的接受力。

  发光太阳能聚光器主要有薄膜LSC与均匀掺杂LSC,薄膜LSC是由涂有掺杂荧光团的可塑波导或活性发光材料层的玻璃板组成,在薄膜LSC中,光线被束缚在薄膜/基底组成的整个混合材料内;而均匀掺杂LSC是将发光材料均匀掺杂在透明基质(如玻璃等)中。目前,人们比较热衷于薄膜LSC的研究,主要因为其更便于制造,并且基底的选择更加广泛,如玻璃基底更加耐用,价格相对较便宜,并且能吸收可能占据LSC大部分体积的有害紫外线。所以本文我们主要介绍的是薄膜LSC的研究[5]

  2.发光太阳能聚光器的特点

  2.1发光太阳能聚光器的工作原理

  LSC(如图1)通常由掺杂发光聚光器的透明基板组成,发光聚光器吸收入射光线后荧光团再辐射出其对应波长的光线,由于发射光线具有各向同性,部分不满足全内反射入射角条件的光线通过逸出锥而损失,而大部分再发射荧光则可以通过全内反射而被限制在基板内,所以大部分的发射光通过全内反射进入波导模式而被汇聚到聚光器的边缘,由安装在聚光器边缘的光伏电池转化为电能[5]

图1:光照下边缘配备光伏电池的发光太阳能聚光器

  由于暴露在太阳光下的基板表面积比边缘面积(与光伏电池耦联部分)大很多,所以LSC可以有效的增加入射到光伏电池的光子密度,即显著提高了光通量。我们把基板上表面积与边缘面积的比值定义为几何因子G,即G=Atop/Aedge。LSC的光学性能是由光转换效率ηopt评估的,光转换效率定义为LSC边缘的输出功率与LSC上表面的输入功率的比值,即ηopt=Pout/Pin。另外一个决定LSC光学性能的重要参数是光电转化效率PCE,定义为光伏电池输出的电能量与太阳能辐照的能量的比率,即PCE=Isc∙Voc∙FF/P∙Atop。其中,光电转化效率是评估聚光器性能的最重要的参数,其一方面取决于聚光器的外量子光聚效率与荧光团对太阳光的光吸收能力,另一方面还与其所耦联的光伏电池的光电转化效率密切相关[6]

  2.2 发光太阳能聚光器的优点

  传统聚光器是利用光聚原理将太阳光聚集到一较小的面积上,实质上并没有改变光波的分布,这就意味着研究仍然要朝着寻找更恰当的吸光材料的方向发展,使人们处于通过改变太阳能电池使之适应太阳光这一被动局面。而发光型聚光器的发展无疑扭转了这一传统的思路,使研究者可以通过光谱转换使之适应已有的太阳能电池系统,所以相较于传统太阳能聚光器,发光型太阳能聚光器具有一定的优势。

  发光型太阳能聚光器可以吸收散射光,所以在光线较弱的阴天、建筑背阴面或者非太阳直射环境下,聚光器可以像利用直射光线一样吸收散射光线从而输出电能,这不仅避免了使用昂贵的太阳追踪系统,也大大拓宽了太阳能电池应用范围;由于LSC涉及到光的吸收与再发射的过程,也就是光谱转换的过程,所以再发射的荧光峰位可以更好的与光伏电池的最佳输出功率波段相匹配,这不仅提高了光伏电池的光电转化效率,也避免了光伏材料由于部分光子能量无法利用而以热能散失引起的材料过热问题,有利于延长光伏电池的使用寿

[7];另外,由于LSC材料自身的性质,使其在实际应用中具有不同于传统聚光器的优势,LSC的应用并不改变建筑物的外形,不会影响到居住者的正常生活,并且在制备薄膜LSC过程中,可以通过选择不同类型的荧光团和浓度来定量调控LSC的颜色以及透明程度,能够迎合建筑玻璃的不同需求,使公众更容易接受光伏一体化建筑(building-integrated PV)。

  3.发光型太阳能聚光器的研究进展及应用

  3.1发光型太阳能聚光器的研究进展

  虽然LSC具有良好的应用前景,但是由于缺乏合适的发光体,制约了LSC的大面积推广与实际应用。目前,用于LSC的发光体包括有机染料、有机金属荧光团、有机无机复合材料以及量子点材料。Willie课题组[8]研究了有机染料的取向对LSC性能的影响,通过探究一系列不同取代的PBI(�酰亚胺)染料的立体结构对其在LSC薄膜中的取向与在有机溶液中溶解度的影响,发现当PBI的苯胺基连接有长的烷基链时,使得PBI具有较理想的立体结构,将该取代PBI染料旋转涂布在硼酸盐玻璃盖玻片上,使其排列取向垂直于薄膜制得LSC,通过表征得到该LSC的光量子效率约为74%。Michael课题[9]通过合成新染料�酮并将其应用于LSC,发现该染料不仅具有较高的荧光量子产率和光稳定性,还拓宽了染料掺杂LSC材料的吸光范围(约50nm),该课题组还尝试了将Lumogen F Red 305与�酮分别作为上层波导材料与下层波导材料同时应用于双波导LSC系统,相较于单一染料LSC系统其性能显著提高了约24%。

  虽然目前应用于LSC的由�衍生出的一系列荧光染料具有较高的荧光量子产率、与聚合物较好的相容性以及相对较广的吸收和发射光谱,但是该系列染料的光不稳定性却限制了其在LSC领域的大量应用,研究发现这种LSC的光降解与染料和聚合物之间的非共价连接有关,所以Diego课题组[10]将功能化�衍生物发光体XL-red在合适引发剂存在下与含氟聚合物基质经过紫外光照射进行固化,即使他们共价结合,由此制备的薄膜LSC装置表现出了优良的光学性能,同时该课题组也研究了此交联体系的光稳定性,发现在800h连续光照射下,检测不到交联体系LSC的光学性能变化,而对于主客体系统,相同的条件下检测到其光电转化效率损失约10%。尽管人们做了大量的研究去提高有机染料LSC的光电转化效率,但是有机染料自身的缺点如覆盖太阳光谱范围较小、光稳定性差、较小的斯托克斯位移而导致的荧光再吸收损失等限制了其在LSC的发展。

  然而对于镧系元素为基础的无机有机复合材料,虽然其吸收和发射光谱重叠较小[11],但是荧光量子产率较小、吸收系数较低、光谱覆盖范围小,并且吸收和发射光谱不易调控,加之稀土元素储量小并且价格比较昂贵,所以这些因素都限制了镧系元素掺杂无机有机复合材料在LSC方面的商业应用。QDs(量子点)由于具有较高发光量子产率、吸收范围较宽、发射光谱宽窄可调控(可用于匹配不同太阳能电池)、较大的斯托克斯位移(可有效克服荧光自吸收)、较强的稳定性以及合成方法简单等优势引起了越来越多人的关[12],因为QDs克服了上述缺点,所以QDs将是用于LSC的很有前景的材料。

  Francesco课题[4]将不含重金属的近红外发光CISeS量子点应用于大面积LSC中(如图2所示),由于在CISeS量子点中跃迁涉及到带隙内空穴态,所以量子点的斯托克斯位移较大,避免了自吸收引起的光子损失,通过在量子点表面覆盖一层宽带隙ZnS壳层,可以有效保持量子点在与聚合物基质组装过程中的发光性能,表征得到该LSC体系的光电转化效率约为3.27%,并且由此方法制备的LSC几乎无色,不会引起特殊的光谱扭曲,有利于其在光伏玻璃上的大规模应用。

图2:QDs-LSC 的制备过程(上);制备的包括0.3wt% QDs 的LSC 图片: 规格:12×12×0.3cm2

  为进一步降低LSC制备过程的成本,Francesco课题组[2]利用地壳含量较丰富的硅制备了间接带隙硅QDs,得益于吸收光谱与发射光谱的有效分离,将该硅量子点应用于LSC时光电转化效率为2.85%,并且发现该LSC每部分输出功率比较均匀,当增加LSC规模时输出功率较均匀增大,这将有利于硅QDs-LSC的工业化放大生产,由于该硅QDs-LSC的曲度对其光学性能无显著影响,所以其可以满足各种特殊的建筑需求。尽管目前对于量子点应用于LSC的研究已经有些进展,但是单一的量子点LSC器件仍旧无法达到能广泛应用于世纪建筑的要求,另外一种可以有效提高光电转化效率的方法就是将多种QDs-LSC串联制备层叠式发光型太阳能聚光器。李红博课题组[13]基于涂布技术制备了层叠式LSC,实现了太阳能光谱的光子分级,通过利用两种不同的荧光量子点,一种是基于锰离子掺杂的CdZnS量子点(可吸收高能量紫外光与部分蓝光,发射出600nm的荧光),用于层叠式LSC的上层;另一种为CISe量子点(可吸收大部分可见光,同时发出800nm的荧光),用于层叠式LSC的下层(如图3所示),该LSC器件可实现太阳光光谱中不同能量光子的分离,从而实现高效率的光伏输出(约3.8%)。这项研究为我们指明了一个新的研究方向,就是可以通过串联单一量子点LSC或者制备复杂的多层量子点LSC来提高光电转化效率。

图3:具有2cm 间隙的层叠式LSC( 规格: 232 cm2)

  3.2发光型太阳能聚光器的应用

  基于审美学要求及公众的接受程度,如果将不透明的太阳能光伏材料直接应用在建筑物窗户以及外墙体是不现实的,而LSC作为一种新型的聚光材料,是可以直接应用在光伏一体化建筑中的。发光型太阳能聚光器相较昂贵的太阳能光伏材料来说成本较低、制备简单,并且省略了昂贵的太阳能追踪系统,这进一步降低了制备LSC-PV的成本;通过选择不同的发光材料以及不同的材料浓度可以调控LSC的透明度及颜色,不同颜色的LSC玻璃可用于装饰建筑物(如图4所示),虽然该博物馆的玻璃只是基于美学要求,并不是LSC器件,但是这正阐明了LSC玻璃在未来经典建筑物中的潜在应用价值;另外,LSC的光学性能不受外形的影响,应用较为灵活,因此不仅可以满足不同的建筑需求,而且可将LSC玻璃应用于各种领域如航空、航海等。将LSC应用于建筑玻璃,其过滤效果可以为室内空调、照明系统等提供电力,还能降低室外阳光照进屋内造成的增温,因此,LSC技术可以潜在地促使城市朝向零能耗的环保目标迈进。研究发现通过将LSC玻璃与热敏器件结合,还可以实现智能窗(如图5所示)的装备,该智能窗可以在晴天或阴天自主的调动遮光系[14]

图4:西班牙艺术博物馆

  LSC系统不仅可以应用于BIPV中,其在光化学微反应器中也有广泛的应用前景。通过在LSC配备波长滤过器,使其发射光与光催化剂最佳波长范围相匹配,这种聚集的特定波长的光可以有效增加光化学反应的反应动力学。通过将其应用在光化学反应生成燃料中,可将太阳能转化为燃料,有利于实现太阳能的可持续发展。不仅如此,LSC还可以应用于太阳能噪声屏障等领域,相信随着LSC技术的发展与成熟,其应用领域会更加广泛。

图5:通过将LSC 玻璃与热敏元件结合而装备的智能窗

  4.发光型太阳能聚光器的前景

  尽管近年来人们对LSC技术进行了大量的研究,但是LSC的光电转化效率依然较低,远达不到商业要求(>10%),而且不能在保证光电性能的基础上对LSC器件尺寸进行放大处理,加上无法工业化合成像量子点这样高效的发光材料,使得LSC的大规模实际应用具有很大的挑战。所以未来的研究趋势会偏向于寻找高效的发光体以及如何大规模合成发光体,以目前研究热点量子点为例,研究方向应放在如何大规模生产具有高荧光量子产率、较大斯托克斯位移、较强稳定性的无毒量子点,比如可以通过优化量子点结构提高荧光量子产率与增大斯托克斯位移;通过选择适宜的壳层材料保护量子点以提高其稳定性;优化合成条件(降低反应温度、选择无毒试剂)以实现量子点的大规模生产。

  LSC技术仍有很大的发展空间,拓展吸收光谱范围、增加光稳定性、降低再吸收损失、降低光子逃逸损失等都是提高光电转化效率的研究重点,只有克服了这些限制因素,LSC技术才能广泛应用于实际生产。

  参考文献

  [1] 李红博, 尹坤. 基于量子点的荧光型太阳能聚光器[J]. 中国光学, 2017,10(10):555-567.

  [2] Meinardi F, Ehrenberg S, Dhamo L, et al. Highly efficient luminescent solar concentrators based on earth-abundant indirect-bandgap silicon quantum dots[J]. Nature Photonics, 2017, 11(3).

  [3] Weber W H, Lambe J. Luminescent greenhouse collector for solar radiation[J]. Appl Opt, 1976, 15(10):2299-2300.

  [4] Meinardi F, Mcdaniel H, Carulli F, et al. Highly efficient large-area colourless luminescent solar concentrators using heavy-metal-free colloidal quantum dots[J]. Nature Nanotechnology, 2015, 10(10):878-885.

  [5] Loucas Tsakalakos编. 纳米光伏技术[M]. 电子工业出版社, 2014.

  [6] Huang X, Han S, Huang W, et al. Enhancing solar cell efficiency: the search for luminescent materials as spectral converters.[J]. Cheminform, 2012, 42(1):173-201.

  [7] Zhou Y, Zhao H, Ma D, et al. Harnessing the properties of colloidal quantum dots in luminescent solar concentrators[J]. Chemical Society Reviews, 2018.

  [8] Benjamin W E, Veit D R, Perkins M J, et al. Sterically Engineered Perylene Dyes for High Efficiency Oriented Fluorophore Luminescent Solar Concentrators[J]. Chemistry of Materials, 2014, 26(3):1291–1293.

  [9] Rowan B C, Richards B S, Bhaumik K, et al. Promising fluorescent dye for solar energy conversion based on a perylene perinone[J]. Appl Opt, 2011, 50(2):163-9.

  [10] Pintossi D, Colombo A, Levi M, et al. UV-curable fluoropolymers crosslinked with functional fluorescent dyes: the way to multifunctional thin-film luminescent solar concentrators[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5(19).

  [11] Correia S F H, Bermudez V D Z, Ribeiro S J L, et al. Luminescent solar concentrators: challenges for lanthanide-based organic–inorganic hybrid materials[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2014, 2(16):5580-5596.

  [12] Erickson C S, Bradshaw L R, Mcdowall S, et al. Zero-reabsorption doped-nanocrystal luminescent solar concentrators.[J]. Acs Nano, 2014, 8(4):3461.

  [13] Wu K, Li H, Klimov V I. Tandem luminescent solar concentrators based on engineered quantum dots[J]. Nature Photonics, 2018, 12(2).

  [14] N. Aste, C. Del Pero, M. Buzzetti, R. Fusco, D. Testa,F. Leonforte and R. Adhikari, presented in part at 6th International Conference on Clen Electrical Power, Santa Margherita Ligure, August, 2017.

补齐集成电路短板,开创科技强国明天

 ——记中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员田彤

  进入2018年以来,随着美国总统特朗普发起“贸易战”,以及中兴芯片事件的不断发酵,关键、核心技术方面的短板使我国在这场贸易争端中处处被动,受制于人。早在2017年,李克强总理在政府工作报告中就提到,要加快培育壮大新兴产业、全面实施战略性新兴产业发展规划,加快新材料、人工智能、集成电路、生物制药、第五代移动通信等技术研发和转化,做大做强产业集群。为此,国家发改委近日表示,将在集成电路、先进计算等关系数字经济发展的战略性领域,组建若干国家产业创新中心,促进现有创新资源的联合,打造系统解决方案的产业创新大平台、大团队,支撑世界级新兴产业集群的发展。国家支持集成电路等产业的创新发展,为行业发展带来市场机遇。国家对集成电路等高新技术的重视,让中国科学院上海微系统与信息技术研究所的田彤教授备受鼓舞,他满怀信心地说:“在集成电路的发展上,虽然目前我们还存在一些技术短板,但是在国家的大力支持下,相信我们一定会尽快补齐短板、取得突破,促进民族工业的蓬勃发展。”

参加IEEE SOC 会议并做主旨发言

  作为一位以促进科研成果产业化为己任的科学家,田彤自2010年入选中科院“百人计划”回国以来,长期从事模拟/射频集成电路及系统设计的研发工作。他淡泊的性格和对科研的执着,以及超越常人的耐心和毅力,让他在超宽带接收机射频前端IC的理论、设计和实现、基于频域统计特性的片上噪声有源抵消技术的开发方面的开发方面取得了突破性进展和创新性成果。

  田彤研究员于1998年获西安交通大学电子与通信工程学院博士学位。1998年至2001年于西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室及新加坡南洋理工大学就读博士后,2002年在新加坡微电子研究院任高级工程师、高级研究科学家、课题组长、研究院技术委员会委员。荣获新加坡微电子研究院2003-2004年度优秀研究奖。2004年在丹麦奥尔堡大学电子系统系担任副教授。2010年田彤研究员入选中科院“百人计划”,现就任于上海微系统与信息技术研究所。

  “兴趣是最好的老师”

  对于教育和学习,大教育家孔子有一句说的极好:“好之者不如乐之者”。爱因斯坦的名言“兴趣是最好的老师”其实也包含了同样的道理。在兴趣的指引下,快乐地汲取知识的养分,方能茁壮的成长。

  出生在一个知识分子家庭,田彤年幼时期就特别喜欢读科普类的书籍。在那个图书匮乏的年代,为找来感兴趣的书籍,父母和他都要费尽心思。也正是一本有关硅谷的书,开启了田彤最初的理想。“这些书籍一方面开阔了我的视野,一方面让我对喜欢的领域有了初步的了解。”回想起当时读过的书,田彤依然记忆犹新。

  中学阶段,对物理学科表现出特别兴趣的田彤,参加了全国中学生物理竞赛并拿到了陕西赛区的奖项。这更加激发了他对物理学科的兴趣。1986年上大学的时候,他毅然选择了华中理工大学(现华中科技大学)固体电子学系半导体物理与器件专业进行学习。

访问上海工研院旧金山分部

  大学毕业后,田彤在工作实践中发现自己在电路设计及电路理论方面掌握的知识还不全面。为了能在自己喜欢的专业领域更好地发展,1992年,他来到西安电子科技大学电路与系统专业读硕士。之后,他又报考了西安交通大学罗晋生教授微电子方向的博士生,主要研究方向是射频集成电路设计。从此,田彤与射频集成电路及系统设计结下了不解之缘。

  “如果说结缘,一方面是因为导师罗晋生教授的指引,还有中电科技南京电子器件研究所林金庭教授以及陈堂胜教授(目前任首席科学家)的指导和帮助。另一方面是因为当时砷化镓微电子工艺具备了高频率集成电路芯片设计的可能,硅射频集成电路成为微电子方向的最前沿研究内容。”田彤说。

  射频集成电路主要用于信号发射、接收以及探测等领域,是无线电子系统的线,把大量的系统关联在一起。田彤介绍,在通信领域,射频集成电路的具体功能就是把语音、数据等信号,加载到可以发射出去的射频信号上发射出去,然后在接收端再把语音、数据信号还原出来,“就像寄信的邮路一样,只是要求速度更快、容量更大、更有时效性”。

  “射频集成电路设计非常依赖设计者的电路经验、电路知识以及模型方面的强大技术支持。”田彤说,“打个比方,数字集成电路是照片的话,射频集成电路就是油画了。”

  1998年,田彤博士毕业后,他在西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室以及新加坡南洋理工大学集成电路实验室从事了3年的博士后研究。

  远涉重洋,十年磨一剑

  世纪之交的中国,经济高速发展,但科研条件尤其是集成电路方面跟国外相比还存在比较大的差距。为了掌握更多的知识,田彤选择了去国外历练。从2000年到2010年,从新加坡到丹麦,田彤十年磨一剑。

  初出国门,田彤来到新加坡南洋理工大学工作,受到了深深的震撼。

  “我是2000年左右出国的。刚出国的感觉,就是震撼,尤其是工作条件。”田彤说。那时,他在新加坡南洋理工大学做博士后研究。

与加州大学尔湾分校电信所所长合影

  2001年起,田彤以高级工程师/高级研究科学家的身份加入新加坡微电子研究院。期间,田彤主要研究涉及Si CMOS 0.35um工艺到0.13um工艺的主要系统,包括WLAN、2.45GHz无绳电话、蓝牙、RFID等等。

  由于研究工作特别出色,田彤获得了新加坡微电子研究院2003-2004年度“优秀研究奖”,并担任新加坡微电子研究院学术委员会委员和专利委员会委员。与此同时,他还兼任新加坡国立大学硕士生导师,指导2名硕士生直至毕业。

  如果说在新加坡南洋理工大学做博士后研究,让田彤的科研工作迈上了正轨,那些科研成果则让他在专业上站位更高。离开,到专业技术的前沿去。2004年8月,田彤来到了丹麦奥尔堡大学,开始创作射频集成电路的“油画”作品。

  在丹麦奥尔堡大学,田彤是射频集成电路与系统专业副教授,他参加了欧盟关于物联网及可穿戴技术的第6框架计划 MAGNET项目。

  欧盟第6框架计划MAGNET项目开始于2003年中,是欧盟对物联网技术及可穿戴研究的开始,即把短距离无线通信技术、传感器技术及网络技术结合起来,用于对个人情况的监控和个人与外界交互的媒介。在这个项目中,田彤作为奥尔堡大学该项目芯片技术工作组技术负责人和主要成员,承担了5GHz宽带接收机前端及射频解码器的研究工作。

  凭着深厚的学识,经过不懈的努力,田彤再一次出色地完成了科研工作:研究并修正了FM-UWB早期关于RF解调器噪声系数的理论。这些理论最终被项目的各参与单位的设计和测试所证明;研究设计了专门的相位自动校正电路,充分提高了RF解调器的性能;设计实现了满足系统要求的RF解调器芯片。该芯片在与NXP(当时刚从Philipe荷兰总部微电子事业部剥离出来)和CSEM(瑞士国家微电子研究所)展开公开、激烈的竞争后,被列为MAGNET核心标准电路,并作为MAGNET提交的欧盟相关标准的设计参考;在欧盟第6框架计划MAGNET项目的创新性成果基础上,田彤作为项目申请撰写人,成功申请了丹麦FTP基金的资助,主持了“片上噪声对射频前端灵敏度影响及抑制”项目的研究。在该研究中,他提出了基于频谱统计特性的有源抑制方法,给出了一个可以工程实现的抑制片上噪声、提高片上射频前端灵敏度的途径,为解决system-on-chip的灵敏度和噪声问题提出了解决方案。这项工程可实现的基于频域统计特性的片上数字噪声有源对消技术,受到了Teklatech公司的重视,并同意在理论工作基础上进一步开发并嵌入他们的版图优化软件。

  田彤还作为项目负责人参加了由丹麦政府和工业界联合资助的“多标准高效高线性度射频功率放大器”相关项目,采用CMOS/SOI 0.15μm工艺设计了可用于WLAN/Bluetooth的2.45GHz双标准高效高线性度功率放大器。

  作为奥尔堡大学射频集成电路与系统专业的副教授,田彤的工作除了科研的建树,他还承担了研究生课程的教学任务,讲授一门主干课程——射频集成电路设计,共培养了7名硕士、1名博士。

  从新加坡到丹麦,田彤在射频集成电路设计领域研究了近10年时间。他的专业知识和研究经历涵盖了工艺、器件、射频集成电路和射频系统。10年,让他掌握了国外技术发展的一手经验,包括科研方法、科研组织、管理方法等,更多的是把握了该专业的前沿方向。

  “拿国内与国外对比,这种感受会更强烈。如果说收获,那就是中国人在该领域的信心。”田彤说。

  学成归来,报效祖国

  2010年,是田彤科研生涯颇具转折意义的一年。这一年他入选中科院“百人计划”,怀揣对祖国的热爱和对微电子行业发展的无限憧憬,田彤来到中科院上海微系统及信息技术研究所任研究员、博士生导师,同时担任《IEEE Trans. on Circuit and System Ⅱ》期刊副编辑。他的主要研究方向是Si模拟及射频集成电路和系统、Si毫米波集成电路和系统、射频人体植入系统及人体辅助系统。

  谈到回国的初衷,田彤表示,主要有两个方面的原因。“一个是对国家的亏欠与内疚。我这个年纪的人,读书是花的国家的钱,回国就是希望能为国家做点事,尤其在是微电子和集成电路方面,我国大量外汇用于进口国外的产品,实际上处于微电子殖民地状态,核心的技术不在我们手里。”田彤说,“另一方面是个人原因,个人觉得微电子未来的大发展会在环太平洋区域、中国一定会发挥核心作用。在这个大方向下,为国家做事,做自己喜欢的事,是再好不过的。”

与前来参观考察实验室的产业部门领导合影

  工作中的田彤总是干劲十足,他享受并陶醉于自己热爱的行业。回国7年间,田彤承担了国家重大专项、上海市专项的研发项目,和相关企业进行了大量的合作。他发明专利授权4项,版图保护授权约12项,接受(filed)发明专利申请6项。在国际学术刊物及学术会议上发表论文64篇,其中30篇为第一作者;合著论著1部。并多次担任重要国际会议如APMC等的射频集成电路分会主席或作邀请报告。

  然而取得奖项和专利并不是田彤的主要目的,用他的话说就是:“我更看重的是科研工作的成果转化,能够应用于工业,造福于社会和人民,才是让我获得成就感的最高荣誉!”

  回国的7年多时间,田彤的才华得到了充分的展示和发挥。他承担了国家重大专项、上海市专项的研发项目,也和工业界进行了大量的合作,取得了一些国家专利。实践证明,他的选择是对的。

  2010年刚回国,田彤就负责主持了“用于物联网的极低功耗高能效无线节点芯片技术平台”项目。

  在可以预见的未来,物联网技术将广泛应用并深深地影响通讯技术、交通运输、经济发展、民生生活以及国家安全等方方面面。鉴于物联网巨大的市场潜力,并涉及国家的发展战略,西方国家从一开始就努力垄断节点电路市场并对技术标准进行垄断,构筑技术壁垒。

  一方面为在芯片技术上支持我国自主的频段及标准,一方面为弥补目前物联网技术在短距无线互联方面的技术短板和漏洞,田彤主持的研究项目,以低功耗高能量效率物联网通用和专用无线节点共性核心技术研发为目标,研究可用于各种物联网应用的通用和专用芯片设计及实现技术,建立核心子系统、传感器/节点界面技术、支持系统和应用开发技术,为极低功耗高能量效率物联网无线节点研究设计和应用提供理论和技术支持。在此基础上,进一步努力把相关研究结果总结为绿牙技术体系,获得了国家专利授权,设计实现了相关无线收发机芯片、核心技术的芯片载体,并获得了工业界的认可和欢迎。按田彤的说法,算是真真切切为国家做了一些事。

实验室主要技术人员合影

  对于所取得的成果,田彤并不贪功。他表示:“课题承担单位中科院上海微系统与信息技术研究所从上世纪60年代就开始从事微波毫米波半导体器件、电路、模块、系统的研究,先后承担了多项重要的微波毫米波技术研究工作。不仅有成熟的GaAs MMIC设计技术积累、还有Si基RF CMOS丰富的设计经验,尤其是射频与微波集成系统实验室具有一流的微波毫米波芯片、模块、系统测试条件以及测试经验,为本课题提供了技术和设备保障。”

  在科研成果产业化的进程中,田彤有着自己的想法,他认为产业化是从一开始就需要考虑、纳入整个研发系统的关键步骤。

  在新加坡和丹麦的十余年科研经验,让他对国外科研成果的产业化发展有着深刻的理解。从2012年起, 基于自己对专业发展前瞻性的看法,田彤即着手开展硅CMOS工艺毫米波集成电路的研究。经过这些年的不懈努力,从目前已经发表的国际同领域研究结果综合比较来看,田彤及其团队针对硅基毫米波的研究处于国际第一梯队的地位。在工业界资金支持下,课题组研发的35GHz单芯片毫米波雷达传感器流片是国内首块功能完整并实现了量产的芯片,也是国际上目前仅有的三块量产的SiCMOS毫米波单芯片雷达系统之一。据悉,这类芯片目前完全依赖进口。田彤打了个形象的比方,他说,这相当于把专业的单反相机变成了傻瓜相机,不仅大幅降低了生产成本,而且国家在工业技术上取得了主动权。

  目前课题组正在相关企业的资金支持下,将研究工作向77GHz及94GHz单芯片雷达传感器以及5G通信系统前端芯片推进,以期早日实现产业化,填补国内该领域的空白。

  回国7年多,总有人问田彤国内和国外科研工作和环境有什么不同,而他也总是如实回答。“好的方面是,在自己的地方为自己的国家做事,心情是不一样的。你会发自内心的想要把事情做好,有一个踏实的心态。在科研工作的安排上,跟国家的需求贴得更近,更直接。不足的方面是国内的研究和应用比较混淆,在技术转化上存在障碍。心态比较浮躁,急于出大成果,或者急功近利,考虑利润在先,但在创新方面又自信心不足。”田彤说。

  展望未来,任重道远

  在模拟/射频集成电路及系统设计领域研究多年,田彤的科研成果颇丰。即便如此,年近半百的田彤依然勤奋努力不敢有一丝懈怠。目前,田彤正带领着一支以博士研究生为主的年轻科研团队,奔走在硅基毫米波集成电路技术领域。他说:“当前的主要研究就是在技术上与国外进展保持一致节奏,并力争在该领域尽快取得领先优势,这个优势包括技术的领先性,技术标准的超前性,也包括尽早的大规模工业化生产和应用。”

  彤所带的团队,大多是他的硕士和博士研究生,以及一部分工作人员。他以身作则,并对自己的团队成员提出了具体的要求,他认为科研工作者要以坐十年冷板凳的决心和毅力,脚踏实地地做基础研究。另外,对一个集成电路从业者来说,创新与应用两个方面都极为重要,既要重视基础理论的研究,也要考虑到成果转化的方方面面,有前瞻性的开展各项科研工作。

  在田彤的带领下,团队始终以提高我国技术水平为目的,在硅基毫米波领域保持着发展势头。田彤表示,未来还有更多的难题和机遇,他将与团队一起并肩作战,争取更大的产业化投资和国家项目支持,扩大研发队伍,改进测试条件,创设研发到量产基地,以加快并引领硅基毫米波集成电路技术的研究。同时,他们在理论研究阶段即与江苏微远芯微系统技术有限公司合作,与工业界建立共识和关联,以在研究早期从工业界获得资金和资源支持,并水到渠成实现产业化的经验,探索一条适合中国国情的技术产业化道路。田彤希望,在今后十年与江苏微远芯微系统技术有限公司继续开展合作,把国内的技术水平和产业化水平推向新的高度,促进我国工业的进一步发展。

  田彤非常客观地指出,在工业界和研究领域,硅射频芯片的设计是我国整个集成电路设计领域的短板。“差距是明显的,在硅毫米波集成电路设计领域,整体而言还处在起步阶段。”田彤表示,他充满信心,因为这项具有重大工业应用及商业价值的技术也是最近10年的事情,“我们有很大的余地,在一些点上比如单芯片雷达技术方面与国外保持一致甚至在一些技术上已经超越国外”。

  其实,田彤目前硅毫米波集成电路的研究已经取得了丰硕的成果,受到了国内和国际的重视。“我们目前的工作,在国内算是一个不错的成果。比如150GHz SiCMOS单芯片振荡器,目前国内同样工艺同样频率的还没见其他报道。全自主产权的35GHz硅基单芯片毫米波FMCW体制雷达,在国内目前也没有看到。该芯片目前已经具备了量产的技术条件,有望近期量产。”田彤说,“我个人觉得,这才是有意义的工作。”不仅如此,在IEEE的重要会议上,田彤还受邀与著名微电子厂商包括IBM的技术负责人及UCLA著名专家、教授等一起,做了大会主旨发言。

  “对科研工作者来说,研究就是由一系列问题组成的。因为严谨的理论论证加上缜密的思考和大量尝试、分析,大多数情况下,研究方面的困难算不上困难,只要认真努力,加上经验,有时候是积累经验而来的直觉,问题总会解决。”提到自己能攻克那么多难题,田彤总结了三条法宝:一是自信心,二是严谨、科学的专业技能,三是专心和毅力。

  子曰:五十而知天命。现在,田彤没事的时候,要么自己读点书、听听音乐,要么就一个人去旅行。“我就是喜欢安静,想让思想静静。”田彤说,这是性格使然,也与他的信念有关。作为一名科研工作者,必须要宁静致远,心静,要认真、从心、敬业、严谨、博闻、广记,同时还要适度地有其他领域的爱好。

  提到对自己影响最大的人,田彤说,在生活上,父母给了他宁静淡泊的性格和心态。妻子和女儿给了他精神上极大的支持、关心和理解,也为他做出了很多牺牲。在专业上,罗晋生教授身体力行给他展示了作为一个研究人员的严谨、认真、豁达、进取。在工作中,微系统所的几位老院士实事求是、不浮躁的工作态度和豁达的心态,给他留下了非常深刻的印象。

  展望未来,田彤还将争取更大的产业化投资和国家项目支持,扩大研发队伍,改进测试条件,创设研发到量产基地,以加快并引领硅基毫米波集成电路技术的研究。在未来的科学之路上,田彤将继往开来,锐意开拓,通过不断创新,在毫米波集成电路研究事业中取得更为辉煌的成绩,进而为实现科技强国的梦想做出自己的贡献。

探索路上默默耕耘 博观约取成果频现

  2018年进入夏季的这段时间,世界各地频现高温天气,众多媒体对强降雨、洪水泛滥、山体滑坡、泥石流等灾害的报道接连不断,这些灾害不但给一些地区造成经济上的巨大损失,甚至还致使不少人员伤亡。其实,原在天津工人报社做记者编辑工作但同时进行哲学、天文学、经济学、社会学等交叉学科研究已有20多年的张春津,很早就在出版的著作和发表的论文中多次作出预测和预警。

  《宇宙探秘——物质感觉论》一书是由天津科学技术出版社1999年出版的。张春津在书中根据“天体反弹定律”所总结的太阳系演化规律,预测地球正处于升温阶段,虽然期间会遇有小的降温周期,但总的趋势是升温。张春津认为,地球气温的升高,不仅仅有人为的因素(温室效应),更主要的还是自然因素,那就是,太阳的直径在逐渐缩小的同时(每日缩减约4米),太阳的温度在不断提高。于是,不管人类如何努力,都无法阻止地球气温升高的必然趋势。在该书的第104页,他预测说,升温“将会使雨季期变得忽长忽短,降雨量大增,因此而导致广泛的洪涝灾害。频频发生的洪涝灾害将会使农业生产的正常进行严重受损,农作物产量下降,粮食价格上涨,很多人将会由此遭受饥饿的威胁。凡是有远见的国家领导人,在今后的经济建设中,必须把水利问题重视起来,建设水坝,疏通河道,增强防大洪、抗大涝的能力,而且其设计水平应具有超前性,即它现在能起作用,将来也不会被淘汰。”除此之外,张春津还就地球气温上升将带来的其他严重后果作出预测和预警:将会使气象更趋复杂,反复无常;将会使防火问题更加突出,对易燃物品的管理更须加强、完善;南北两极的冰川将会大量融化,海平面将上升,一些沿海城市会遭殃;将会带来更多的风灾……这些预测和预警很长时间几乎无人理会。原因很简单,张春津不在“圈子内”,没有人注意到,即使注意到了,也仅仅是“内行”看“外行”似的不屑一顾,甚至被某个专家视为“民科”或“科幻”。

  不知人们是否还记得,2010年伊始,不论是北美洲、欧洲,还是亚洲北部地区,普遍被漫天风雪所覆盖,气温都创下数十年以来新低。当时国际上有不少权威专家预测,全球气候将开始冷化,冷化可能持续 20年至30年,地球已进入“小冰河期”。然而,张春津却不以为然,他逆着“潮流”与国际权威专家叫板,于2010年2月至3月撰写了《对地球降温周期的分析及预测》论文,否定国际大牌专家的“地球冷化说”,并预测在不久的将来,很多地方的高温记录都会被打破,极端天气频现,“仅就未来100年而言,温差会越来越大:早晚冻得要命,中午热得烦人。春天寒风刺骨,冬天温暖如春。不是黄朦朦(沙尘暴),就是白朦朦(大雾天气)。此外,雨季期将变得忽长忽短,降雨量不均,局部地区大增,因此而导致洪涝灾害频发,并伴随山体滑坡及泥石流。”该论文2010年7月发表在《未来与发展》期刊上。至此,应该说,张春津已经算是进入“圈子内”边缘了,但这些预测和预警仍然不被专家所看重,也许是人微言轻吧。

  事实胜于雄辩。假如张春津的预测和预警能够获得重视,有关部门提前采取预防措施,那会给社会减少多少经济损失,会避免多少人员伤亡?这笔账有人算过吗?

  按说,张春津虽然不是“圈子内”的专家,但他的一些研究成果已经不亚于专家,甚至都有超越之嫌了。例如他苦心钻研创建的“天体爆发定律”,得出了“宇宙大爆炸是两响”的结论,较圆满地解释了包括银河系在内的星系形成的过程及其演化规律,而且运用这一定律进行计算及推理,首次预测脉冲星“类似苹果”的特殊形状,并大胆指出:脉冲星的自传周期,此前的所有科学家们都计算错了。

  张春津认为,2007年欧洲空间局所发现的中子星“每秒旋转1122圈”这一数值是错误的,正确的结论应为“每秒旋转561圈”。其原因是:观测者将中子星“阳脉冲信号”和“阴脉冲信号”误判为同一种,由此得出的结果实际上应是“半周期”。张春津解释称,脉冲星之所以应可发射出两种有极其微弱差别的信号,这与它的特殊形状有关——它应是扁圆球体,两极都分别像喇叭口缓缓地凹下去,用人们经常可以看到的东西来比喻,脉冲星的形状类似苹果。当“苹果把儿”的凹陷区面向观测者纵向扫过后旋转半圈,观测者将看到的应是“苹果底儿”凹陷区,再旋转半圈才又看到“苹果把儿”的凹陷区,这时苹果才是自传一周。中子星脉冲信号的始发点,就是它的凹陷的极区。既然有两个极区,那么两极各自的磁场、辐射等不会完全一致,应有极其微弱的差别。只要天文学家用最精密的观测仪器对准脉冲星进行重新观测,将所接收到的脉冲信号放大后进行仔细辨别,必定会发现其中可区分出“阳脉冲”和“阴脉冲”两种信号。

  中国航天8358研究所研究员尹怀勤认为,张春津所得出的结论虽出人意料,但见解独特,令人信服,这对中国的天文观测者来说应是一个好机会,因为一旦有人真的捕捉到脉冲星的“阳脉冲”和“阴脉冲”两种信号,从而证明此前所有的天文学家都将脉冲星自传周期误算了,那么,发现者就会获得天文物理学上的前沿创新成果。

  张春津先后出版专著5部、编著3部,发表学术论文40余篇,其中《宇宙大爆炸是两响》的英文版,曾经被欧洲核心期刊《天文与天体物理》杂志刊发在该刊网站上,引起了一些国外学者的关注。但让人遗憾的是,张春津没有像一些权威专家希望的那样,只是在一个专业领域里深入研究与创作,而是“四海为家”,在不同的学科领域都涉足,除了研究天文学、哲学之外,还同时研究经济学、易学、史学、逻辑学等,因而在某些权威专家的眼中,他是一个“不务正业”的记者。对此,张春津不为所动:“我是在研究和创作我发自内心喜欢的或是感兴趣的东西,没有‘利益驱动’的驱使,也没有‘保住饭碗’的被动应付,由此所面临的最大好处是:研究的问题,百分之百是在真正自由和快乐的状态下。”