国家级引进人才,成果曾实现人类首

设想这样一个场景:在炎热的夏天,听不到空调轰鸣的转响声,现代化的办公室和生产车间却凉爽适人。东南大学机械工程学院陈震教授研究的新技术辐射制冷就可以实现这一理想场景。他曾远赴重洋,但最终选择回到东大,传承科学探索之精神,创新人类发展之技术。

陈震教授年于加州大学伯克利分校机械工程系获得博士学位,随后在斯坦福大学电子工程系进行博士后研究。年破格入选国家级引进人才,并全职加入东南大学机械学院。陈震教授的科研主要围绕新能源、淡水、芯片散热等问题展开,目前承担国家自然基金、科技部重点研发计划等课题,并与华为(海思)合作进行芯片的热测试与热设计。分别在机械学院和吴健雄学院开设全英文研究生课程以及本科生研讨课,将科技前沿融入到教学中,拓宽了学生的视野。编写的英文专著《AppliedThermalMeasurementsattheNanoscale》由WorldScientificPublishingCo.于年出版,已收录在美国纳米科学系列讲座教材中。

学术因缘:情起东南,追梦远洋

陈震本硕都就读于东南大学,可以说正是在东大学习的经历为他后期的科研路打下了坚实的基础,漫漫科研路从东南起航。

在东大选择研究方向时,陈震直言不喜欢经验公式。利用实验数据给出经验公式似乎没有问题,但是却无法解释经验公式背后的物理。他对于传热背后的物理问题极其感兴趣,所以选择了固体传热这个研究方向。这一次重要的选择奠定了陈震日后的科研方向。在东大完成硕士学业后,他在美国加州大学伯克利分校攻读博士学位,主要研究各向异性和非线性热传导,随后又分别在加州大学伯克利分校和斯坦福大学做博士后。在斯坦福大学,陈震跟随导师范汕洄教授深入研究辐射制冷技术。

谈起在东大记忆最深的事情是什么时,陈震提到了他的妻子和高等数学,他与妻子就是在东大相识相知后走到一起,是一件非常美好的回忆。而“东大的高等数学”虽然有些苦涩也仍然意义重大。

从伯克利到斯坦福,陈震先后研究了各向异性热传导和非线性热传导,以及辐射制冷技术,并陆续发表了数篇论文,刊登于NatureCommunications,NatureNanotechnology,NanoLetters,PhysicalReviewB和AppliedPhysicsLetters等国际著名期刊上。就在创造辐射制冷技术降温新纪录的同一年,陈震回到东南大学,开启了在东大的研究与教学生涯。

学术研究:在前人中寻觅灵感,在探索中面向未来

陈震研究的辐射制冷看似很难以理解,但是在生活中,霜和露水的形成就是一种自然的辐射制冷结果。这种自然现象只能在夜晚出现,因为在白天太阳源源不断地给予大地热量。要在白天实现远低于环境温度的辐射冷却效果,不仅要阻断太阳的加热效应,还必须隔绝周围环境与设备的换热。陈震研究中使用的装置便是阻挡了太阳直射的同时抑制环境与其的换热,装置中的材料通过光子学设计实现“大气窗口”波段高辐射率,从而实现连续24小时不间断地低温制冷。

他说:“辐射制冷这实际上不是一个新的方向,上个世纪六七十年代,甚至五六十年代就有人开始研究了,他们当时为什么不能实现白天制冷呢?是基本的物理定律不允许,还是当时的技术手段受限?以前是因为只有传热学,没有光子学,所以不能实现白天制冷。”

在陈震不懈努力的研究下,年他与斯坦福大学的导师范汕洄联合发表了“Radiativecoolingtodeepsubfreezingtemperaturesthrougha24-hourday-nightcycle”。该文章理论计算得出可以实现高达60°C的制冷效果,他们实验结果表明,即使是在人口稠密地区,也可以实现连续24小时低于环境温度平均37°C的制冷,最大温差可达42°C,是迄今为止辐射制冷实现的最高纪录。

但是实现37℃的降温效果并没有让陈震满足,他继续研究如何完善这项技术。从东大回家他经常坐地铁,因为这样就有时间来读文献或思考问题。就在这样点滴的积累下,年,能源领域重要期刊Joule在线发表了陈震最新研究成果“SimultaneouslyandSynergisticallyHarvestEnergyfromtheSunandOuterSpace”,该项研究将太阳能吸收器放置在一个辐射冷却器上方。太阳能吸收器加热到高于环境温度24°C,并提供遮阳效果,使辐射冷却器达到低于环境温度29°C,通过此装置既收集了太阳能又实现了辐射制冷。这是人类第一次把这两种热力学资源结合起来利用。该研究成果受到Joule期刊和斯坦福大学的高度重视,并在全球同步发布新闻宣传。

近现代以来,人类一直依赖自然资源维持社会的正常运转,但是也造成了生态污染与环境破坏。陈震研究的辐射制冷技术不消耗能源,也不会排放温室气体,甚至可以帮助收集可再生能源。辐射制冷这项绿色科技创新技术,对我国生态文明建设以及未来能源战略具有重要意义。陈震怀着自己的学术理想,热切盼望研究成果可以为社会作出贡献。

学术传承:实验需要严谨,研究追求真理

陈震他每周会和每位学生单独聊一个小时,同时还有组会和大家一起讨论问题。“solid”是他的口头禅,译为可靠的,是指学术需要严谨。陈震曾经思考过,“一个新的实验现象出现几次可以确定是真的?”一次是误差,第二次也是误差,那么第三次,第四次,甚至更多次呢?“反复验证就是追求真理。”

对于陈震想要传承的学术精神,他的博士生董铭豪深有体会。在他的印象里,陈震老师经常说:“当引入一项新的理论模型或者实验数据的时候,在让别人相信之前,我们必须使自己完全信服。所以我们需要不断地证伪,去否定它,直到最后,我们完全相信它是对的,我们才能够去使用它。”

秉持着这种劲,陈震和董铭豪在研究辐射制冷效果与环境湿度的关系中取得重要进展,成果发表在美国光学协会旗下的权威学术期刊OpticsExpress,博士生董铭豪为第一作者,陈震为通讯作者。这项研究证明了辐射制冷技术在高温高湿度环境下依然有不错的制冷效果,刷新了人们对辐射制冷技术应用前景的认识,为辐射制冷技术的推广提供了有力支持。

陈震的实验室门口贴了这样一段话:“Nobodybelievesamodelexceptthemanwhodidit;everyonebelievesanexperimentexceptthemanwhodidit.”(除了推导模型的人自己,没有其他人会相信这个模型;每个人都相信实验结果,除了做实验的人自己),这句充满哲理的话体现了一个学术研究者对自我的严格要求。

本文素材来自东南大学官微、新闻网、东南大学机械工程学院



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