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史丹福大學華裔女科學家鮑哲南研發電子皮膚 具备透明和可拉伸功能
史丹福大學華裔女科學家鮑哲南研發電子皮膚 具备透明和可拉伸功能
来源:中新社 | 2011/10/25 13:08:26 | 浏览:3977 | 评论:0

  繼高靈敏度和自我發電兩大創新之後,史丹福大學化工系華裔女科學家鮑哲南的研究團隊,又為人造電子皮膚增加了透明和可拉伸的功能,使這種電子皮膚跨前一大步,更接近人類皮膚。

史丹福大學華裔女科學家鮑哲南研發電子皮膚 具备透明和可拉伸功能

史丹福大學華裔女科學家鮑哲南研發電子皮膚 具备透明和可拉伸功能

  鮑哲南去年9月和博士生、研究生團隊發明了一種可模擬人類皮膚的高靈敏度柔性塑料(膠)薄膜材料。這種材料由高靈敏的電子感應器組成,當無數的感應器連成一片時,就形成與人類皮膚相似的薄膜。這種電子皮膚可以感知一隻蝴蝶停在上面的壓力,可以被廣泛用於義肢、機器人、手機和電腦的觸摸式顯示屏、汽車方向盤和醫學等。今年2月,鮑哲南團隊再接再厲,研製出世界最新的可拉伸太陽能電池,使電子皮膚可以自我發電。如今,鮑哲南團隊又利用奈米材料為這種皮膚增加了透明和可拉伸功能,距離人類皮膚的功能越來越近。這項研究23日發表在「自然奈米科技」雜誌上。

  鮑哲南表示,去年發明的電子皮膚雖然可以很靈敏檢測到觸覺,也可以彎曲,卻沒有拉伸的功能,彎曲多了還會裂開,原因就在於電極的拉伸性不理想。「我們將這種無機材料製成的電極更換為帶有導電功能的碳奈米管,放在透明的襯底上。由於碳奈米管具有非常好的柔軟性,可以拉伸兩倍以上,回復原位形成小彈簧形狀,還能保持非常高的導電率,同時具有透明度」。這種透明功能使得電子皮膚可以模仿人類不同膚色的皮膚。

  讓人造電子皮膚與人類皮膚具有同等功能是鮑哲南的長期研究目標,她表示,要達到這個目標還需要增加溫度、濕度等傳感器,並能與神經細胞交流。「現在的傳感器還不能與神經細胞交流,還需要用電線與細胞連接起來。這些都是我們需要研究的」。

  鮑哲南生長在南京,南京大學化學系還沒有讀完就移民美國,1995年從芝加哥大學取得化學博士學位後,進入貝爾實驗室工作,2005年至今在史丹福大學化學工程系任職。她是美國化學界出色的女科學家,多項研究成果發表在「科學」、「自然」等專業期刊上。


鲍哲南:科学世界里的美丽人生(卢亚)

史丹福大學華裔女科學家鮑哲南研發電子皮膚 具备透明和可拉伸功能

  “这个星球是美丽的,之所以美丽是因为有数十亿不同肤色的人,更加美丽的是那些默默奉献的并做出卓越贡献的科学家。”在凤凰卫视举办的“世界因你而美丽———影响世界华人盛典2011”上,颁奖嘉宾,全国人大财经委副主任委员高强这样评价获奖者鲍哲南,“她是世界上最美丽的女人”。

  华裔女科学家鲍哲南在科学研究领域书写着关于美丽的传奇,她领衔的一支团队研制出敏感度极高的人造皮肤,一只蝴蝶停在上面也能被感知,这种柔软塑料电子传感器件———人工电子皮肤,有望在汽车安全和医疗器械、假肢、机器人、手机和电脑的触摸式显示屏等诸多方面获得广泛应用。

  鲍哲南是南京大学化学化工学院1987级的学生,1990年大学三年级时移民到美国。1995年获芝加哥大学博士学位,同年被贝尔实验室录用为正式研究人员,今年四十一岁的她执教于美国斯坦福大学化学工程系。无论从她获得的奖项还是研究成果来看,鲍哲南都是她所在领域的领跑者。

美丽的起点

  很小的时候鲍哲南就表现出对自然界的好奇。幼儿园时,对面人家煤气罐着火,大家都去救火。妈妈拿起被子,往上面浇了很多水后捂上去,煤气罐的火灭了。这件事给鲍哲南留下了深刻的印象,她问爸爸,我们家的仙人掌里面也有水,能用仙人掌灭火吗?幼小的鲍哲南对很多事情都充满兴趣。父亲鲍希茂教授(南京大学物理系教授)引导她:先自己找问题找答案,然后做实验证实。这其实就是一种探索发现的思路,后来鲍哲南逐渐形成了科学的思维方法,这对她走向科学研究很有用。

  带着一份探索未知世界的好奇心,鲍哲南在1987年进入了南京大学化学化工学院,在这里她接受了关键的基础课程学习。鲍哲南的母亲,南大化学化工学院陈慧兰教授说,鲍哲南的科研道路能够走的比较稳健顺利,和她出国前打下的扎实基础分不开。陈教授说,“南大的教学质量一直非常高,特别重视学生对基础知识的掌握。化院的基础课程含金量高,鼓励低年级同学进入实验室,去接触这个领域最前沿的东西,开阔了同学们的眼界后,再回过头来学习基本理论,对学生的成长非常有益”。

  化院的孙德坤老师经常指导学生实验,她说化学是门实验科学,南大化院的特色就是重视培养学生的动手能力,将实验放在教学的重点。她回忆说鲍哲南是个酷爱做实验的姑娘,并且重视实验前的预习,能够做到成竹在胸,每次实验都安排得很有条理,完成得又好又快,得到实验室老师的一致赞赏。

  凭借着在实验课上的出色表现,鲍哲南在大二暑期时进入薛奇老师的科研实验室,薛教授在配位化学国家重点实验室,重点研究方向是高分子复合材料。在这里,鲍哲南走进了科学研究的世界,她生平第一次接触到正式的科研项目,开展了高分子材料和物理化学课题研究。她满怀乐趣地和研究生们一起做实验、处理报告。并在薛老师的指导下发表了第一篇论文。

  “全面的化学教育要求既传授科学知识和技术,更训练科学思维和方法,还培养科学精神和品德。”在南大化学楼的牌匾上,镌刻着戴安邦教授倡导的育人模式,至今被人们所延续和称道。

  南大设置的基础课程就像一片深厚的土壤,鲍哲南一直努力汲取着养分。她们班的学习氛围也非常好,女同学不攀比谁的衣服更美,而是看谁借的参考书最多。晚上熄灯后,鲍哲南坐在走廊里继续阅读文献,拓展专业知识。三年来,她的无机化学、分析化学、有机化学、物理化学四大化学基础课和实验取得了优异的成绩。这三年的基础课程学习为鲍哲南之后在科研道路上的冲刺,积蓄了充足的力量。

  正如高耸入云的大厦需要扎实的地基,绚烂夺目的科研成果也需要有深厚的学科基础。在深厚的根基之下,自然就孕育出了科技创新的美丽之花。

美丽的蜕变

  1990年鲍哲南和姐姐一起移民到了美国,当时她不到二十岁,一边在伊利诺伊大学芝加哥分校学习,一边打两份工维持生计。她用20天的时间复习了GRE考试,并考出了令人惊异的分数。芝加哥大学的研究生录取委员会,看了她本科三年在南大的优异成绩后,决定破格录取她为研究生。

  鲍哲南明确地表明想要跨学科做研究,她选择了华裔高分子化学家于鲁平为导师。她接触到了学科交叉领域最前沿的研究,鲍哲南遨游于科学的奇妙世界,全身心投入自己的科学研究,于1995年取得了博士学位。

  同年她申请贝尔实验室的博士后。答辩的时候,鲍哲南充分表现了自己深厚的科研底子和对学科前沿的不懈探索,她对发表在《科学》杂志上的聚合物材料化学领域的文章作了精彩的分析。答辩委员会的教授在第二天告诉她“我们接受你了”,并且免掉读博士后的过程,直接聘请她做研究人员,这是贝尔实验室历史上少有的。她省去了做博士后的两年时间,直接进入了这个领域的最高殿堂。在贝尔实验室的八年中,鲍哲南先后成为首席研究员、杰出研究员,在其领域创造了许多世界第一。

  2002年的舍恩事件经媒体报道后,一向低调科研的鲍哲南被推入了舆论的漩涡。德国科学家舍恩和鲍哲南等人合作的实验涉及国际科学界最热门的领域———超导体﹑分子电子学和分子晶体。发表在英国《自然》和美国《科学》杂志上的论文,宣布制造出了世界上最小的纳米晶体管,这一成果有望冲刺诺贝尔奖。然而正是这两篇论文,引发了非常多的非议。随后专家小组开展调查,针对鲍哲南的各种猜测和谣言也随之而来。

  最终,审查委员会在结论性报告中确认舍恩造假,其他大约20名参与研究的科学家与舍恩造假案无关。包括鲍哲南在内的其它研究人员因并不知情﹐没有任何责任,均被证实了清白。

  2004年,鲍哲南放弃了许多大学给予的优厚待遇和正教授的职称,选择了斯坦福大学。鲍哲南说,她选择这里是因为斯坦福的环境适合她的发展,既研究基础理论又注重实际应用,她喜欢这里。

  现在,鲍哲南已经在斯坦福工作了7年了,她正奋战在一系列科技发展的前沿,主要是高分子材料、有机晶体管、人工电子皮肤、碳纳米电子器材等。得过的有分量的奖项更是数不胜数:她是美国化学会12位“对本世纪化学具有重要影响的青年女科学家”之一;32岁时曾获得麻省理工大学颁发的100位有创新精神的科学家之一。被评为国际光学、光子学、影像学学术组织SPIE 2007年12名SPIE优秀妇女之一,她还是50名美国纳米技术发明奖获奖人之一,以及英国皇家学会和美国化学会颁发的奖项,国际化学和应用化学联合会设的一个高分子的创新奖,2009年首次设立时就颁给她了。

  鲍哲南获得的奖项大多是以青年科学家的身份,她刚过40岁,这意味着她会继续在科学的书页上谱写美丽的篇章。

美丽的妈妈

  鲍哲南现在是两个孩子的妈妈,作为一名优秀的女科学家,人们常好奇她怎样去平衡事业和家庭。父亲对鲍哲南说,人生中完整的幸福包括两个方面:事业成功和家庭美满。维系的原则就是不能牺牲一个去换取另一个,两者都不可偏废。

  鲍哲南领会了父亲的用心。她通过提高效率来完成工作,从事科研的时候严谨认真,一分一秒都不舍得浪费,回到家就一定会和家人孩子们在一起。现在女儿8岁、儿子4岁,鲍哲南每天下班回来会陪他们一起做作业做游戏,在孩子身上她舍得花时间。她说妈妈必须要跟自己的小孩交流,陪伴他们成长,给他们家庭的温暖。

  同为华裔女教授,美国耶鲁大学的“虎妈”在她出版的书《虎妈战歌》中,介绍了她如何以中国式教育方法管教两个女儿,骂女儿垃圾、要求每科成绩拿A、练不好琴不准吃饭等。

  与“虎妈”不同,鲍哲南坚持用引导和启发的方式培养孩子,呵护他们的兴趣,并时刻关注他们的心理状态。大女儿在幼儿班的时候非常喜欢游泳,到了小学突然拒绝去游泳。鲍哲南没有强行要求她遵守学校规定完成游泳课的内容,而是循循善诱了解到,女儿只是觉得自己在小学班的表现不如幼儿班好,她告诉女儿凡事都要坚持,不要惧怕困难。鲍哲南就是这样来帮助孩子们克服成长路上的心理障碍。

  鲍哲南的丈夫也是非常优秀的科学家,他们平时工作繁忙。但是每逢休假,就会放下手头的一切事情,带着孩子们去度假。每到海边,鲍哲南都和他们饶有兴致地检拾贝壳和石头,带着他们观察这个美丽的世界。

  在斯坦福大学的校车上,能看到用鲍哲南照片和留言制成的励志卡片。鲍哲南长期坚持走路上班,斯坦福将她评为校园“走路英雄”。她觉得“每次30分钟的走路不仅是我的体育锻炼,还可以利用这段时间做许多平时没有时间做的事,例如与我的朋友,父母交谈。”鲍哲南非常注重做事的方法和效率。她说“二十分钟就能做很多事”,她常常在飞机场候机时批改学生的文章。

  一个世界顶尖的学科前沿研究者、一名传道授业解惑的老师、两个孩子的妈妈、远在海外却时刻挂念父母的女儿。鲍哲南在这些角色中转换着,平衡着,优秀着。犹如一只破茧蜕变的美丽蝴蝶,飞舞在科学世界的上空。

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