...你的要害——一位机械专业博士生导师的科研心得研讨生

在立异之前，大大都青年要阅历苍茫和波折，坚持猎奇和期望，找到科研生计中那4个“p”，你也可以在自个的专业中集合前史和极限，做出有特征的作用！——修改鸡汤
编者按：2021年11月7日我国科协为第四届我国科协青年托举工程当选者量身打造了“2021青年前沿科技论坛”，我国机械工程学会牵头组织其分论坛：领先制造与智能交通，并聘请了香港城市大学的王钻开教授做视频陈述，王教授在陈述中介绍了他的肄业和科研阅历，以及团队科研方向和作用。其间所展示的机械学科与多学科交融的新视界给予青年专家以极大的启示。现将陈述收拾成文字以飨青年读者。
杨振宁先生早年说过一句话让我形象深化：咱们在科研路上有两个要害时期，第一个是在读博士时刻，第二个是在博士结业之下一任教的前几年。我对这句话深有同感。
每一个科研作业者都有科研的梦，咱们期望创造力连绵不断、论文和各种方针都一往无前。但实

际是严格的，成功和失利之间的实力间隔其实非常小，可是小的间隔却被无限扩展。我想以我和我的科研团队的阅历向我们介绍怎样将成功和失利之间的间隔减小。
2000年我从吉林大学机械学院以大学第一的成果本科结业，其时我认为机械是天底下最难的专业，所以扔掉了保研的机缘，考入中科院上海微体系与信息技能所去学习mems专业，我硕士研讨生结业后请求美国留学的时分又回到了机械专业，进而2009年回到香港城市大学机械工程系任教。正是美国留学时阅历的人生高低，改动了我之前对机械学科的认知：机械是最难的专业，也对错常单调的专业。在美国留学时刻，我周转于三个实验室，在最困难的时分，接二连三地被三个导师开除。那时的我，处于以下状况：

沉溺在自个的世界里（trust your advisor）

依靠于设备（trust your vision）

沉溺于文献（trust your action）

沉溺于一个狭小的视角（multidisciplinary）

在被第三位教师警告开除后，有一天晚上，我把一滴水放到碳纳米管的表面，发现水滴像在荷叶上相同，有超疏水效应。其时我天性地加了电压。所以风趣的表象呈现了：加正向电压时，哪怕只需一点几伏，水滴就可以完全润泽。而加反向电压时，哪怕加到200v，水滴也没有任何的改变。

我其时就把这个发现告诉了刚刚开除我的那位导师。导师听后非常振奋，导师说这个作业作用可以投在nature上。在2005年的时分，咱们国家每年没有几篇论文能宣告在nature上，即便宣告，也多为新材料有关的论文。所以我对如此简略的作业投到nature宣告标明极大的置疑。尽管成果是差一点被nature materials接收，最终宣告在nanoletters上，但这件事让我改动了对教师的那种狭隘的观点。

我不由问：为啥教师其时能敏锐地看到这个研讨可以投nature这样顶级期刊？答案是，其时我的视角是捆绑在机械工程领域这个专业的水平，而我的导师的思维方法除了在本专业领域外，一起还看向了纵轴的区间，就是下图中跨专业的区间，导师把本专业的深度和跨专业的广度有机地联系在一同。所以就把一个简略的作业从图中空白的空间转向了nature/science series空间。

从那之后我初步反思自个的一些作业和对科研的知道。
2009年回到香港作业后，我逐步知道到，年青的教师只需找到4个“p”就可以做出自个的成果：第一，找到适合的学生（people to pursue: passionate, proactive, perseverant）；第二，找到适合的课题(project to prosper: potential, promising, planned)；第三，找到适合的平台(platform to perform: powerful, perfect, precise)；第四，对作业的快感(pleasure to be paid off)。最终一个也是比照重要的一个，因为它是胶水、粘结剂，将另外3个“p”有机地粘合在一同。
到当前，大约有20个博士生从我这儿结业了，早年面7位为例，其间两位当选了“青年千人”。这7位学生里只需两位本科结业于“211”的大学，其他都是一般大学，可是他们照样做得非常好。这归因于上述这4个“p”的作用。
咱们实验室首要以机械制造为基础，以仿生为办法，将研讨集合于表界面，特别是面向动力、环境、热能的一些领域。近几年做了表界面流体的输运及控制、超疏水、流体二极管的形状研讨，下一步将做其使用。比方传热，80%的工业进程都和热有联络，咱们研讨处置高功率的发电，处置动力严峻的疑问。下面举例阐明咱们怎样从机械的视点去打开课题。如何把思维从传统的机械嫁接到一个跨学科的空间。

多集合极限和前史（competitive advantage）

多集合抢手（comparative advantage）

中心在于冲突（conflict）
首要，怎么集合极限和前史疑问。

在表面科学前史中，200年前的杨氏方程，然后是wenzel、cassie模型，荷叶效应等。在超疏水表面，液滴可以弹性弹起，该弹跳进程中的固液之间的触摸时刻是个常数，也就是说存在着一个物理极限。咱们其时用机械的线切开机加工样品，打破了液体和固体触摸时刻的极限，将触摸时刻大大缩短。就像博尔特跑百米，他跑9秒58，那么咱们如今“跑”百米用2秒结束，咱们在实践使用中未必真实的需要2秒，可是这代表人类对表面科学的一个认知，也就是说液体和固体究竟最短的触摸时刻多少？这就是咱们做的比照特征的一个作业。

然后，在此基础上，咱们又做了一系列的固液触摸的研讨作业。一切的作业不触及新材料、化学，都是简略的机械加工和对物理表象的了解。机械作为一个传统的科学，有时分感触它跟顶级期刊绝缘，但经过以上比方可以看到，也并不悠远。

后来，咱们思考怎样在超亲水表面上完成液体非常快的长间隔自觉活动。咱们在2021年提出拓扑流体二级管的概念。经过mems加工，完成液体自觉的长间隔的传输。本年，咱们经过3d打印加工了亚毫米规划，初度完成液体主动的、自立的、有选择的铺展方向。在曩昔的200年，我们都认为液体是无法完成在触摸表面自立铺展的；在1992年science报导第一篇液体爬坡单向运动之后，就有了一系列液体单向运动的研讨。其实这与液体本身的性质没啥联络，所以咱们实验室就经过仿照南洋杉规划初度完成了在液体表面，不一样的液体可以有不一样的铺展方向。作业非常简略，但得到英国泰晤士报的专门报导。

咱们进一步集合极限疑问。在常规超疏水的表面上，很难控制液体。咱们和邓旭教师协作，经过电荷密度的梯度，完成了液体在超疏水表面的有用控制。咱们进一步集合前史，两年前，咱们完成了一个小液滴点亮100小led灯，常规的发电方案集集合表面效应，而咱们经过学习三极管开发了类三极管方案，大大打破了以往能量转化率低的瓶颈，前进了3000倍的转化功率。研讨作用于2021年在nature上宣告。

美国名校的系主任在美国物理学会的网站上标明，咱们的作业是两个效应的叠加：3800年前的疏水效应和2600年前的静电效应。这个作业之后，咱们做的微观集成体系可以完成搜集雨滴、波涛来发电。这个效应是普适的，假定没有水，可以先从空气中搜集水再来发电。这个三极管体效应的发电机不只是是根据固液效应的，它还适用于液液界面。在液体和液体的冲突进程中也可以发电，特别面向海洋的使用。咱们完成了减阻、防腐蚀的一起还发电。这个效应还适用固固发电，到当前固固发电的片刻间功率密度可以到10mw/m2。
综上，在发电领域，其实咱们做的作业很少，可是都非常有特征。一句话归纳，咱们提出的普适的晶体管体效应发电机，它不但可以搜集雨滴还有雾、接连的水流，从微纳米体系到微观的体系，可以做成开环的体系也可所以闭环的体系，可以固液触摸发电，也可以液液触摸发电。

咱们再进一步集合极限和前史。前几年的核电作业是因为在高温下，热量无法由海水散出去致使的。这个效应是1756年一个医生（leidenfrost）提出的。这个表象的成果是常规环境下，是无法在350°以上用水散热的。之后265年里没有人能处置这个疑问，今日咱们团队完全处置了这个疑问。咱们经过机械线切开机加工了一起的样品，完成了高温下散热。它可以用在发电机、核电站、航空设备，特别极点环境下。

在集合抢手和多学科穿插方面，咱们重视固液界面的黏附，提出了自创性的概念：水下可逆黏附。作业非常简略，就用温度的呼应来完成。前几年机器人研讨火热的时分，咱们团队奇妙地提出了超疏水和软体机器人技能联系，完成机器人爬坡、载重、水面上运动。

怎样集合冲突呢？我的第一个博士生陈雪梅在十年前读博士的时分，奇妙地处置了滴状传热领域的一个大疑问：在冷凝传热中，只超疏水也不可，只超亲水也不可，但经过奇妙的方案，经过mems的腐蚀完成了亲水和超疏水的联系，也就完成了膜状冷凝和滴状冷凝的联系，大大前进传热功率。

2021年，咱们和邓旭教师协作，开发了超耐磨的超疏水材料。

由此可以看到，咱们今日的一些好一点作用都是因为没有把视角只是捆绑在机械作业。机械是咱们的中心，咱们的研讨都是根据机械加工来完成，交融流体、热力学、机器人，甚至化学等一些穿插学科的常识，让咱们的思维得到跃升。这个进程需要堆集，但终有一天习气你的要害和时刻就可以发生！

王钻开教授
香港城市大学机械工程系讲座教授，工学院副院长，香港青年科学院创始成员。2000、2003 和2008年别离从吉林大学、我国科学院上海微体系与信息技能研讨所和美国伦斯勒理工学院获得本科、硕士和博士学位，2009年在美国哥伦比亚大学进行博士后研讨。研讨领域是仿活力械，在nature、science等杂志宣告论文170篇。荣获教育部超卓留学生奖（2007）、美国材料学会（mrs）超卓研讨生银奖（2007）、世界仿生学会超卓青年奖（2016）、香港城市大学超卓研讨奖（2021）、第35届世界文明理事会青年特别嘉奖（2021）、科学探究奖（2021）等。辅导的研讨生荣获mrs超卓研讨生银奖（2015，2021）、2016年mrs超卓研讨生金奖、香港青年科学家奖（2016，2021）、上银优良机械博士论文优良奖（2016）和银奖（2021）。
修改：校正：张彤
jme学院简介
jme学院是由《机械工程学报》修改部2021年创建，以重视、陪同青年专家生长为主旨，尽力探究学术传达效能新方法。首任院长是我国机械工程学会监事会监事长、《机械工程学报》中英文两刊主编宋天虎。
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