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29岁回清华任教诺奖得主的“中国弟子”开创量子点光谱技术新应用

时间: 2024-03-23 03:15:21 |   作者: 汽车排放气体分析仪

随着今年诺奖的三大自然科学奖全部揭晓,更多与“中国渊源”的故事正不断释出。 10月4日

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  随着今年诺奖的三大自然科学奖全部揭晓,更多与“中国渊源”的故事正不断释出。

  10月4日,瑞典皇家科学院宣布,将2023年诺贝尔化学奖授予三位量子点领域科学家:美国麻省理工学院化学教授蒙吉巴文迪(Moungi G. Bawendi),美国哥伦比亚大学化学系教授路易斯布鲁斯 (Louis E. Brus),以及俄罗斯裔物理学家阿列克谢埃基莫夫(Alexei I. Ekimov),以表彰他们“对量子点的发现与合成”做出的贡献。

  在这其中,巴文迪和布鲁斯二人曾是学生与导师之间的关系。1988年,巴文迪在布鲁斯教授的实验室开始博士后培训,结束了哥伦比亚大学的博士后生涯,他又进入麻省理工学院化学系,并延续布鲁斯的研究方向,最终因创造出更高质量的纳米粒子获2023年诺贝尔化学奖。

  诺奖会后采访中,巴文迪称与导师一起获奖是“难以置信的荣幸”,并直言布鲁斯教会了他很多东西,而且夸赞布鲁斯是一个卓越的学者,他正努力模仿导师的每个方面——“三人行,必有我师”。

  实际上,作为量子点领域开拓研究和产业化的重要人物,巴文迪教授一直被认为是诺贝尔化学奖的有力候选人,不仅因为技术成果足够创新、能实现规模化生产,而且巴文迪领导的课题组持续培养了数十位量子点材料及应用研究等领域优秀的年轻科学家,包括中国学者。

  清华大学电子工程系博导、芯视界(北京)科技有限公司创始人兼首席科学家鲍捷正是出自巴文迪教授这个团队。

  10月6日,鲍捷对钛媒体App表示,导师巴文迪教授能获得今年的诺奖,他感到十分激动和高兴。诺奖评审非常严谨,获奖是对量子点技术的原创性、影响力、未来潜力的高度认可。鲍捷认为巴文迪教授几十年来对量子点领域做出了卓越贡献,也被誉为“量子点合成之父”,这次获奖是实至名归。对巴文迪教授把自己带入量子点这个研究领域,给了自己难得的学习机会,广阔的学术探索空间和环境,感到由衷地庆幸和感激。这次量子点技术获奖,相信会更加坚定行业发展信心,对行业发展有更大的推动作用。

  早在2010年,鲍捷在美国麻省理工学院(MIT)做博士后研究,师从巴文迪教授,从此开始深入研究量子点。在此之前,鲍捷于2006年毕业于清华大学化学系,博士阶段深造于美国布朗大学,4年内研究过材料、化学、物理、光学等多个专业。

  鲍捷(右一)和巴文迪教授(右五)及其他课题组成员于2013年在滑雪聚会中的合影照(来源:来自巴文迪课题组主页)

  当时在学术界,量子点研究已确定进入到“啃硬骨头”的应用研究阶段。然而,鲍捷另辟蹊径,提出了量子点光谱技术原理,发明了量子点光谱传感技术。

  2015年7月,鲍捷和巴文迪教授共同在英国《Nature》(自然)杂志上发表论文《基于胶体量子点纳米材料的光谱仪》,首次公布量子点光谱传感技术,该成果当时引起学界热议,它打破国际光谱传感技术数十年来发展的瓶颈,开创光谱仪微型化的新世界。

  事实上,光谱技术是指通过采集光谱信息来分析物质性质,可大范围的应用于环境监视测定、食品安全质量检测、医学诊断等多个领域。传统光谱仪体积大且不便携,鲍捷则使用量子点代替光栅、棱镜等元器件,将不一样的种类的量子点集成在一张薄膜,创新设计了一种只有硬币大小、能辨别1nm光谱的仪器,并可作为元器件集成在多种终端产品形态上,犹如给机器装上看透物质的“眼睛”。

  论文发表之前的2013年,29岁的鲍捷就从美国MIT学成全职归国任教,在清华大学电子工程系担任博士生导师。而且,鲍捷还于2016年创立了芯视界,以推动量子点光谱传感技术走出实验室,普及到人们的日常生活中。截至目前,公司投资方包括真格基金、真成投资、招商局创投、银润资本、龙门投资、元昊投资、远东宏信等多家机构。

  鲍捷表示,量子点是能在非常宽的颜色范围内连续地获得不一样的颜色的材料,正是由于这一独特性,让它成为用来辨别物质颜色或光谱的绝佳材选。

  目前,鲍捷团队已研发并量产了全球首款高性能量子点光谱传感芯片和光谱图像传感芯片,内置光谱仪当中。与传统光谱仪相比,芯视界的光谱仪体积缩小数千倍,价格降低几个数量级,并具有高光通量、高集成度、低成本、高性能等优势,其终端产品已应用于近20个省市的地表水和排水管网的水质监测场景中,实现技术的应用落地。

  数据显示,与传统的水质监测方式相比,芯视界产品可缩减超90%的时间成本,现在只需不到三个小时就能找到污染源头,并节省70%的工程成本、近30%的治理成本,大幅度提高运行效率,为城市水环境智慧化管理提供关键技术上的支持。2022年8月,芯视界入选国家级第四批专精特新“小巨人”企业。

  清华大学方面曾在多个报道中表示,鲍捷打破常规思维,以超然的研究视角“蹚”出了一条新路。而凭借光谱传感技术,鲍捷想要留在美国任教绝非难事。但是在接到清华的邀请后,鲍捷还是坚定地回到了祖国,回到了母校。鲍捷以学报国,在光谱仪研发领域采撷了最亮的那颗星,成功研发量子点光谱仪。

  事实上,如今,中国科学界正在迫近“亚当斯时刻”——指的是美国化学家罗杰亚当斯赴德国留学后,回国在美国本土培养化学人才。随后,“亚当斯时刻”就成为美国化学走向自主发展并日趋卓越的标志。

  而自2010年以来,每一年的新科诺奖得主中,总会出现与中国科学界的交集。例如,2022年诺贝尔物理学奖获得者之一的安东塞林格,是中国科学院院士潘建伟院士的博士生导师;2022年诺贝尔生理学或医学奖获得者斯万特帕博,培养出中国科学院博士、古基因组研究领域学者付巧妹。

  因此,多个“诺奖得主的中国渊源故事”背后折射出,很多中国顶级科学家都曾有过美国留学经历。

  近日,普林斯顿大学当代中国中心和哈佛大学等美国高校团队联合发表的一篇报告统计显示,2019年-2021年间,有3878名华人科学家离开美国科研机构,回到中国开展研究。

  鲍捷提到,团队还计划将量子点光谱技术应用于健康医疗、农业食品、工业机器视觉以及消费电子等领域,目前已研发出首个基于量子点光谱技术的呼吸式医学检测设备。

  当前在环境、水利、水务、医疗等方向上,量子点光谱技术已逐步成为工农业自动化产线检测、智慧城市监测、身体健康远程或随身在线监测等方面的重要传感器。

  “我们推动并期待未来5到10年,量子点光谱传感技术逐渐浸入到生产生活的方方面面。”鲍捷对钛媒体App表示。


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