坚持电化学梦想 开拓“智能”之路

重庆大学化工学院范兴教授

科技的发展，推动了世界的改变、生活的改变。如同化学领域众多具有大工业背景的学科分支一样，电化学因其与其它学科的广泛交叉，在化工、冶金、机械、航天、轻工、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域，都有其身影。

近几年来，电化学领域受到了世界各国的关注，科学家们纷纷投身其中，电化学专业出身的范兴教授就是其中的一员，沉浸该领域多年的他，兢兢业业，大胆创新，不断在电化学领域探索自己的特色之路。

梦想扬帆 初露峥嵘

年轻时的我们，怀揣着改变世界的梦想，范兴就曾是这样一个年轻人，他在数理化方面表现的极为突出，尤其是对化学，有着无法言表的热爱，在填报高考志愿时，报考了重庆大学应用化学专业。他与电化学的缘分，就这样开始了。

4年本科学习生活，让范兴看到了电化学未来的希望。为了拓宽学术视野，更好的从事研究工作，他选择继续深造，在2000年考上了北京大学，从事高分子材料方向的学习。一个爱思考的人，总是会在学习中产生灵感，范兴找到了一条电化学与高分子纤维材料相结合的研究道路。

在北京大学攻读博士期间，范兴在导师邹德春教授的指导下开始了自己的创新研究工作。2005年，范兴在深入学习传统平板叠层结构光伏功能材料及器件后，产生了新的想法，在他看来，如果说传统平板叠层结构的光伏电池都是像玻璃窗一样，难以折叠弯曲，在穿戴应用方面存在着很大限制。而自己想要研发的是一种柔软的、可以编成纱窗或者窗帘一样的光伏器件，即柔性纤维结构光伏电池。

科研工作不仅需要创新的想法，更需要脚踏实地的实践。之后的时间，范兴投入到了他兢兢业业、废寝忘食的研究当中。当时，国内外都没有类似的研究报道，一切都需要从零开始。研发过程中，范兴也曾在起初面对过器件完全没有光伏性能的窘境，但他没有放弃，在与导师的共同研讨中，纤维界面微纳器件组装等一个又一个难题不断被攻克。在2008年，初步研究成果发表之后，引起了美国化学会等权威学术机构的关注，在其主页的“Noteworthy Chemistry”学术专栏中对他的研究成果进行了深入报道。范兴凭借新型电池方面的研究成果在毕业之际获评北京大学优秀博士论文。

范兴的梦想，从这一刻，照进了现实。

深入探索 “智能”开拓

博士毕业后，范兴面临着工作的选择。对故乡重庆的爱，对母校重庆大学的不舍，对电化学梦想的执着，让他毅然决然的回到了重庆大学。在那里，他围绕以纤维为代表的高曲率界面电化学开始了系统探索。

从理论上讲，工业电反应、微纳电化学加工等过程中，普遍存在反应过程远远偏离热力学平衡的特点。在高曲率的电极板局部，由于电场线密集、流场微扰强烈等因素，其影响尤为显著，会引发许多新奇的非线性动力学机制，并深刻影响过程能耗及产物结构等。遗憾的是，相关非线性动力学机制并没有在工艺研究中得到足够重视。范兴看到了这一点，在重庆大学绿色化学化工团队工作期间，通过登门求教专家、购买专业书籍等，从头开始学习非线性动力学基础理论；在之前工作的启发下，引入界面高曲率特征显著的纤维微电极，创新局域非线性动力学研究方法；进而，发展了高曲率界面非线性电反应动力学机制的调控理论；在此基础上，创新电极装置结构及电解方式，开发电反应过程强化集成技术，显著改善产品质量、降低能耗、减少副产物。通过团队共同努力，该技术成功应用于重庆许多资源化工企业，良好的效果还引起其他省份多个企业的重视，攀钢集团以及广西中信大锰公司等都引入该项技术。范兴也因此荣获2014年重庆市科技进步奖一等奖。

同时，正是基于“非线性电反应过程强化”的理论视角，范兴对纤维材料界面微纳自组装的研究也有了新思考。研究成功借鉴电化工过程强化方法开发了系列高性能纤维电极材料，更进一步颠覆平板叠层式的传统器件组装方式，提出纤维缠捻、编织等器件组装新模式，开发出可穿戴光伏织物等新型能源器件。作为一种与普通衣物穿戴类似的电源器件，新型光伏织物可以采集太阳光发电，驱动大健康、大数据时代的各种传感及通讯电子设备。

然而，他并不满足，决定走出国门，去了解国外最新材料技术进展。他相信，拓展视野，会为自己下一步研究打开新思路新方向。2014年到2015年间，范兴在美国佐治亚理工学院，进入纳米材料方面的世界顶尖研究团队——王中林教授课题组，开始一年的学习交流。

真正的科研工作者，每时每刻都在学习。在交流期间，范兴深入地学习王中林教授提出的新型纳米发电技术，在不断地研讨中，他再次产生新的创新灵感：他要在柔性纤维光伏电池基础上进一步同纳米发电技术相结合，形成可穿戴发电织物。

“传统的光伏电池在阴天或室内无法正常发电，而我在美国学到的纳米发电技术正好可以弥补这一短板，如果将光能与机械能结合起来， 并且以一种柔性的可穿戴织物材料的形式呈现，这样一来，无论是在下雨还是晴天，人们穿戴上这样的织物都可以随时随身发电。”

这一大胆而又空前的设想让范兴的每个细胞都变得异常活跃。

回国后，他兴奋的进入实验室，披星戴月的投入研究。他在纤维微电极技术研究的基础上，克服界面应力控制等难题，开发器件飞梭混织新技术，将光伏织物与纤维纳米发电元件编织在一起，形成可同时采集两种形式能量的智能能源织物。在此基础上，进一步将固态纤维储能器件编织集成其中，形成可裁剪的环境能采储一体化织物。研究出的智能织物有三大优势：一是结合太阳能和机械能两种形式来发电；二是具备持续的供电能力； 三是既可以剪裁又可以随身穿戴。

近年来，范兴及其所在团队围绕“智能织物”发表了系列文章，得到业内广泛认可，不仅被《自然》杂志作为研究亮点专栏评述，还多次被华盛顿邮报、彭博社、科技日报、参考消息等国内外多家媒体专门报道。谈及智能可穿戴能源织物未来的发展用途，范兴充满了自信：智能可穿戴能源织物的用途广泛，小到手机、智能手表等生活中的常用电器， 大到国防军工、航空航天的精密设备，智能可穿戴能源织物有着无限的空间。

范兴教授就是这样一个勇于走创新之路的人，他一直用行动，坚持着电化学梦想，在他的字典里，没有气馁两个字，遇到困难，他从不抱怨，而是用实际行动来诠释百折不挠这个成语的真正含义。现在的他，仍继续聚焦小小的纤维表面，重点围绕电能与化学能的高效相互转化，而不断探索。用更加坚定的步伐，在电化学领域努力探索一条具有光明前景的“智能”之路。这就是范兴教授，一个在电化学领域拼搏奋斗的科研工作者。