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騎著摩托車不方便使用手機(jī)時(shí)，

貼在衣袖上的電子織物

可變?yōu)轱@示屏，

為你導(dǎo)航；

出門(mén)若忘了帶充電器，

隨身衣服就是一塊

移動(dòng)的太陽(yáng)能電池板；

聾啞服務(wù)員穿上神奇的工作服，

可實(shí)時(shí)由衣服采集腦電波，

并向顧客顯示心中想表達(dá)

卻無(wú)法發(fā)聲說(shuō)出的話；

人在運(yùn)動(dòng)時(shí)，

穿上帶傳感器的纖維織物，

可隨時(shí)對(duì)生理指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)；

腦科學(xué)家可利用

發(fā)光纖維對(duì)神經(jīng)進(jìn)行精準(zhǔn)、

多點(diǎn)的光刺激；

兒科醫(yī)生可以把發(fā)藍(lán)光的纖維編織成毯子，

溫和發(fā)光，

為患有黃疸的新生兒進(jìn)行更安全的治療，

甚至可以用這樣的毯子

移動(dòng)治療皮膚病等疾病……

這些聽(tīng)起來(lái)像科幻電影中才有的場(chǎng)景，正在生活中一步步向現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)化。它們的背后，是一位愛(ài)吃巧克力、認(rèn)為科學(xué)就像巧克力一樣“不僅好玩而且好吃”的科學(xué)家——在2022年5月入選上海“最美科技工作者”的復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系主任、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席科學(xué)家彭慧勝教授。

大學(xué)期間在上圖看了整整3個(gè)暑假人文圖書(shū)

彭慧勝來(lái)自湖南邵陽(yáng)農(nóng)村，家鄉(xiāng)很美，但生活簡(jiǎn)單且物質(zhì)非常匱乏，“艱難”是他從小對(duì)生活的理解。童年在彭慧勝的記憶里，印象最深的就是每天放學(xué)回家到鍋底里尋找有沒(méi)有剩余的冷飯鍋巴可以填肚子；小學(xué)一年級(jí)起，他就每天早起幫大人從池塘里舀水、灌溉田地。那時(shí)候的彭慧勝特別喜歡讀父親帶回家的一些散文和小說(shuō)，在書(shū)本打開(kāi)的窗戶中，鄉(xiāng)村少年發(fā)現(xiàn)小山村之外還有個(gè)精彩的大世界。

雖然是家鄉(xiāng)的“學(xué)霸”，中學(xué)時(shí)化學(xué)成績(jī)尤其好，但高考因?yàn)榫o張沒(méi)有看到一面化學(xué)試題而意外失利，彭慧勝本科陰差陽(yáng)錯(cuò)地進(jìn)入了當(dāng)時(shí)的中國(guó)紡織大學(xué)（今東華大學(xué)）學(xué)習(xí)。大學(xué)期間，他最大的收獲不是在課堂上，而是接連3個(gè)暑假每天騎車到上海圖書(shū)館，從開(kāi)館到閉館孜孜不倦地閱讀，把里面的傳記、哲學(xué)、歷史等主要人文類書(shū)籍都看了一遍。在彭慧勝看來(lái)，這個(gè)過(guò)程中直覺(jué)和哲學(xué)方法的培養(yǎng)，對(duì)自己今后科學(xué)工作的進(jìn)展非常重要。他至今堅(jiān)持每年至少看20本書(shū)，也建議年輕人多讀書(shū)。

在復(fù)旦念碩士期間，彭慧勝經(jīng)常一整天呆在實(shí)驗(yàn)室里做實(shí)驗(yàn)。得益于童年的經(jīng)歷，他很能吃苦，克服重重困難，通過(guò)陰離子聚合合成了當(dāng)時(shí)如果依靠進(jìn)口要幾千塊錢1克的嵌段共聚物原材料。還在讀碩士研究生的時(shí)候，他就以第一作者的身份發(fā)表了好幾篇一流期刊論文。

申請(qǐng)到美國(guó)讀博的坎坷經(jīng)歷，讓彭慧勝感受到不同國(guó)家之間文化差異所帶來(lái)的沖突。在美國(guó)新奧爾良的tulane大學(xué)念博士期間，由于2005年卡特里娜颶風(fēng)帶來(lái)的海水倒灌實(shí)驗(yàn)室災(zāi)難，他從8月開(kāi)始了將近1年的逃難，一路見(jiàn)聞了受災(zāi)社會(huì)不易的一面。次年六七月，彭慧勝雖然得以回到學(xué)校繼續(xù)學(xué)業(yè)，但獎(jiǎng)學(xué)金又因?yàn)?zāi)難而意外被停，全靠自己的努力才勉強(qiáng)應(yīng)付生活。十多年后的今天，在上海新冠疫情帶來(lái)的普遍工作和生活不便中回顧當(dāng)年在美國(guó)親歷的這場(chǎng)災(zāi)難，彭慧勝感謝它已成為了自己的財(cái)富，使自己有信心克服之后的各種困難。

找到科學(xué)新的“根據(jù)地”——纖維電子器件

彭慧勝博士畢業(yè)后的第一份工作是在因研制出第一顆原子彈和氫彈而享譽(yù)世界的美國(guó)los alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，nasa探測(cè)器上天用的很多太陽(yáng)能電池也是在這個(gè)科學(xué)圣地制造的。在那里，彭慧勝印象最深的是所有的成果都會(huì)被打上“美國(guó)政府所有”的印記。所處的環(huán)境使他特別深刻地體會(huì)到：科學(xué)是無(wú)國(guó)界的，但科學(xué)家是有國(guó)籍的，而且這會(huì)非常深刻地影響一位科研工作者做研究的方式。

2008年，彭慧勝回到了復(fù)旦工作，他想做一些別人沒(méi)有做過(guò)的新東西。他曾經(jīng)花了許多時(shí)間專門(mén)研究科學(xué)史，了解歷史上重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)是如何取得的，它們又是如何影響人類、推動(dòng)新技術(shù)發(fā)展的。研究了一圈，彭慧勝發(fā)現(xiàn)科學(xué)的各個(gè)角落似乎都已經(jīng)站滿了人，新的“根據(jù)地”在哪里？他自問(wèn)?？茖W(xué)史讓他看到，電子器件是現(xiàn)代信息化社會(huì)發(fā)展的原動(dòng)力，并正朝著微型化、柔性化、集成化方向發(fā)展。趨勢(shì)之下，電子器件的結(jié)構(gòu)正從三維塊體向二維薄膜演化。換句話說(shuō)，如果在一個(gè)維度上把三維的電子器件做小，就變成了二維的柔性薄膜。

從2008年開(kāi)始，彭慧勝團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)提出和實(shí)現(xiàn)在二維電子器件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步把一個(gè)維度做小，轉(zhuǎn)變成一維的纖維器件。做成一維的纖維電子器件之后，材料就具有了更好的柔軟性。

如何利用纖維技術(shù)得到電子器件？彭慧勝首先取得成功的是纖維聚合物鋰離子電池。電池包括化學(xué)電池、物理電池和生物電池，化學(xué)電池又包括一次電池、二次電池和燃料電池，彭慧勝團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究的是二次電池中的鋰離子電池。憑著“探索無(wú)人區(qū)”的好奇和直覺(jué)，當(dāng)許多人都在做薄膜電池時(shí)，彭慧勝卻帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)嘗試做起了纖維鋰離子電池，在質(zhì)疑聲中堅(jiān)持了 15 年，通過(guò)用柔性纖維取代原來(lái)剛性的電池結(jié)構(gòu)，并且采用聚合物凝膠電解質(zhì)解決了電池的安全性問(wèn)題，終于建成了世界上首條纖維鋰離子電池生產(chǎn)線，每年產(chǎn)能達(dá)到150噸。如今，纖維鋰離子電池的能量密度已達(dá)124 wh/kg，能夠滿足很多生產(chǎn)生活應(yīng)用的需要。如按照一件襯衣使用300微米直徑纖維電池計(jì)算，做成一件襯衣產(chǎn)生的電量，可以把52部智能手機(jī)充滿電。

解決了高性能纖維鋰離子電池穩(wěn)定和安全供電的問(wèn)題，面對(duì)如何持續(xù)給普通鋰離子電池充電的問(wèn)題，彭慧勝想到，如果把太陽(yáng)能電池也做成纖維，和鋰離子電池編織在一起，就可以實(shí)現(xiàn)自供電了！他和團(tuán)隊(duì)又著手創(chuàng)建一系列新型纖維狀的太陽(yáng)能電池，用80%纖維太陽(yáng)能電池制成的一件衣服每天產(chǎn)生的電量可以把36部手機(jī)充滿電。這意味著將來(lái)人們只要穿上這樣一件衣服出門(mén)，不帶充電器直接把手機(jī)揣在口袋里，也可以實(shí)現(xiàn)用電自由。

纖維太陽(yáng)能電池有一種獨(dú)特的性能，即：不管光從哪個(gè)角度照，它的發(fā)電是比較穩(wěn)定的，從0度到180度改變光的入射角度，光電轉(zhuǎn)化效率幾乎保持不變，這對(duì)于把纖維太陽(yáng)能電池編織成一件能穩(wěn)定工作的衣服來(lái)說(shuō)非常重要。關(guān)于如何用纖維的太陽(yáng)能電池解決時(shí)裝界電子織物的問(wèn)題，彭慧勝和他的團(tuán)隊(duì)也正在進(jìn)一步開(kāi)展研究。

從早期顯示管到液晶顯示，再到有機(jī)發(fā)光二極管、柔性薄膜顯示屏，顯示技術(shù)推動(dòng)信息科技革命，對(duì)人類生產(chǎn)生活起到了至關(guān)重要的作用。如果說(shuō)太陽(yáng)能電池是吸收光產(chǎn)生電，纖維發(fā)光器件則是通電發(fā)光。彭慧勝團(tuán)隊(duì)把發(fā)光的高分子活性材料涂附到纖維電極表面，外面再涂附一層薄膜作為另一個(gè)電極，從而得到纖維發(fā)光器件——纖維聚合物發(fā)光電化學(xué)池。2015年，nature在倫敦總部舉行的新聞發(fā)布會(huì)上，評(píng)述“這是整個(gè)發(fā)光領(lǐng)域突破性的重大進(jìn)展”。但事實(shí)上這個(gè)工作的應(yīng)用不光是在發(fā)光領(lǐng)域，對(duì)其他領(lǐng)域的應(yīng)用也非常重要。

“希望是美好的，美好的東西永遠(yuǎn)不會(huì)消失”

迄今，彭慧勝團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了纖維電子器件的儲(chǔ)能、發(fā)光、發(fā)電、顯示、傳感、治療、計(jì)算、通訊等系列功能。這些纖維器件在電子織物、可穿戴設(shè)備、新能源、信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大健康等領(lǐng)域都顯示出巨大的應(yīng)用前景。彭慧勝告訴記者：“如果每一根纖維具有不同功能，可以實(shí)現(xiàn)功能的定制，那么從能源系統(tǒng)到信息技術(shù)到物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大健康，以及未來(lái)太空探測(cè)，它都將發(fā)揮重要作用?！?/span>

通過(guò)進(jìn)一步定量跟蹤，彭慧勝團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，把安裝有顯示器件的織物經(jīng)過(guò)100次機(jī)器洗滌后，其發(fā)光亮度基本保持不變。也就是說(shuō)，在洗滌過(guò)程中，其穩(wěn)定性可以穩(wěn)定、有效地保持。

由此得到的顯示織物需要用電，剛好之前彭慧勝團(tuán)隊(duì)研制的太陽(yáng)能電池和鋰離子電池完全可以實(shí)現(xiàn)自供電，將信息輸入輸出和控制系統(tǒng)全部進(jìn)行纖維化以后，他們得到了電子織物顯示系統(tǒng)。團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先創(chuàng)建出的織物顯示器件，使顯示器件真正可以像衣服一樣被“穿”在身上，輕薄、透氣、可貼合于任何不規(guī)則基底上。代表性成果 2021 年發(fā)表在 nature 上，被贊譽(yù)“樹(shù)立起了世界電子織物領(lǐng)域一個(gè)卓越的里程碑”。

彭慧勝曾在機(jī)場(chǎng)里看到一本題為《迪拜的崛起》的書(shū)，介紹迪拜如何從一個(gè)小漁村發(fā)展成為一座國(guó)際大都市，他認(rèn)為其中所述的城市治理方法對(duì)科研工作也是很好的借鑒，即：永遠(yuǎn)不跟別人走；一直要做第一名；從簡(jiǎn)單、粗糙起步、發(fā)展，不為細(xì)節(jié)所糾纏，永遠(yuǎn)不放棄希望，直至抵達(dá)核心目標(biāo)。在他看來(lái)，科研工作最需要的是不顧一切的勇氣和豐富的想象力，并且經(jīng)常需要直覺(jué)。思想比知識(shí)更重要。喜愛(ài)文學(xué)作品的他，很喜歡一句哲言——“跌倒在地上不是失敗，失敗是跌倒后不再?zèng)Q定爬起來(lái)”，也很喜歡電影《肖申克的救贖》中的一句臺(tái)詞：“希望是美好的，可能是最美好的，而美好的東西永遠(yuǎn)不會(huì)消失?！?/span>

“看得多遠(yuǎn)，才能走得多遠(yuǎn)。”彭慧勝自己的經(jīng)歷，正是在高遠(yuǎn)理想的指引下，用百折不撓的毅力于人跡罕至處摘得美麗花朵的歷程。這位來(lái)自湖南農(nóng)村的科技工作者，用他不息的腳步，不僅看到了童年書(shū)中的世界，還為世界創(chuàng)造著新的知識(shí)、新的風(fēng)景。疫情期間，除了一些實(shí)驗(yàn)受條件所限不能如常開(kāi)展，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)依然堅(jiān)持在科研的道路上跋涉。