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发表于 2026-4-20 11:42:25
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微观探真,以热爱守得繁花开
5 ~- |5 ^% s/ ]/ q- {: t福建日报 2026年4月20日9 _4 h- L g; q$ o8 s+ V
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X6 w' }8 H& q" x3 D- Bzw:在微结构深处点亮氢能重卡未来
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“做工程科学的人,东西真能用上,比发论文还高兴。”zw说这话时,他团队研制的220千瓦氢燃料电池发动机已经装上了重卡,整车续航超过500公里,百公里氢耗7公斤。氢气储运一直是个“老大难”,他们研发的重整制氢系统能现场制氢,正好绕过这个坎。
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: A I0 E, X: |1 Y( P/ B+ e! S4 `zw是厦门大学南强特聘教授、国家杰出青年科学基金(现国家青年科学基金A类)获得者,基金项目是“功能微结构精密加工技术”。他所带领的“功能微结构精密加工实验室”,长期深耕精密制造技术,致力于解决能源、传感、散热等方面的实际应用难题。“我们要研发出高效低成本的微结构制造方法,然后应用到真实的器件和设备上。”
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) C$ ]! e: F3 w8 j c“氢燃料电池的核心就在微结构的精密加工上——拿随行波双极板来说,能让流体分布更均匀,反应更充分,流阻也能降下来。”zw说,他和团队跟厦门金龙、厦门金旅合作紧密,把自己开发的多孔载体装进了大功率氢燃料电池重卡的核心系统,通过微反应器结构优化,甲醇转化效率很高,所以能现场制氢。
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实验室展台上,摆着几块不起眼的金属板:一块250平方厘米的石墨双极板,表面密布着肉眼几乎看不见的微细流道;一块随行波双极板,摸上去有细微的波浪起伏。zw拿起一片膜电极密封垫片,薄如蝉翼。“这层垫片直接关系到燃料电池的密封性和使用寿命。”他说,“我们通过微纳加工工艺优化,解决了传统结构容易老化和泄漏的问题。”
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! x" Z3 V( O. g! D2006年,zw还在华南理工读博时,一次实验中,他发现车削下来的金属碎屑表面糙得很,锋利到能割破皮肤。他琢磨:要是把这些碎屑做成连续纤维,再压成多孔材料,比表面积会不会很大?2 P7 D" n6 c+ _& r! f/ A6 ^3 E
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这个念头让他走上了“一刀多纤”的路。他发明了一种切削技术,能同时加工出多根连续金属纤维,再通过模压和低温固相烧结,做出了孔隙率可调、比表面积超大的金属纤维多孔载体。用这个载体做的制氢微反应器,性能超过了国外实验室产品。那篇论文成了他课题组的第一篇一区文章。“写起来很痛苦,改起来也很痛苦。”他回忆道,“但现在回想起来,还是高兴。”
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从实验室到量产,这条路他走了十几年。 r; ~6 t" s5 U/ n9 P; j1 m
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氢燃料电池重卡载重大、工况恶劣,需要高集成度、高可靠性的系统。zw团队和厦门金龙、厦门金旅等单位一起,在高功率密度电堆、低氢耗发动机系统等领域接连突破。他们设计的随行波双极板,厚度减少30%,传质性能却提高了28%;研制的可调式波瓣针阀氢气引射器,工作范围扩大了50%以上,供氢系统能耗降到1%以内;开发的多级温度协同水热管理系统,把电堆单片电池的温差控制在±3℃以内。相关核心技术还获得美国发明专利。. H, Y" g Z. e
; L D/ f. B- T% P$ D/ B最终,做出来的220千瓦氢燃料电池发动机,质量功率密度达到815瓦每公斤,关键指标国际领先,搭载该系统的重卡累计销售收入破8亿元,已在福建、广东、浙江、河北、上海等地投运。
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2018年前后,团队研发传感器时卡住了——需要在材料上加工负锥角微孔和异形孔,但市面上根本买不到现成设备。国外激光巨头要么禁运,要么不卖。“不能受制于人。”zw说。7 p- B; L/ C' ^7 _' L s g9 ]
# |9 t8 z- u1 H/ D" C, E0 ?# z他们从零开始,在国家重点研发计划项目支持下,自己设计五轴振镜激光加工模块。光学系统怎么布局?误差怎么补偿?振镜怎么协同?平台怎么联动?全靠自己摸索。现在这台设备已经能加工深径比高达10∶1的负锥和异形微孔。虽然还是样机,但离产业化只差“加个外壳、装上工作台”。
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传感器领域也有意外之喜。2022年,他们在《自然·通讯》上发表论文,受节肢动物启发,设计出一种“刚柔并济”的柔性压电传感器——在柔性基体中嵌入刚性微结构,使传感器从厚度形变转变为弯曲形变,灵敏度达到理论极限值的17倍。& ?. A% h5 T" h; V# ~% ~
- C- X& H0 _/ q. O! ?这个传感器贴在机械臂上,能感知抓取力度,还能感觉倒水时的水流冲击。团队与香港理工大学合作建立力-电耦合模型,让传感器既灵敏又保持宽线性量程。与金龙客车的合作也顺理成章——燃料电池电堆装配缺乏精准的空间分布压力检测,而这款传感器面积大、厚度薄、柔性好,正好派上用场。
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U& p3 x6 K2 z) t& P% C w" g+ ^8 szw的科研之路并非一帆风顺。2012年,他在省外一所大学完成师资博士后并留校任教两年后,作了一个决定:离开。他感到“国内做科研与国外还是有差别”,想找一个有机械工程学科根基的地方。多所高校向他伸出橄榄枝,他选了厦门大学。“一个人都不认识,也没有找人打招呼。”他回忆道,“但我认为厦大比较自由,比较开放。”到厦大后,他把此前在国外大学积累的能源与生物医学工程交叉背景,融入微纳制造领域。“交叉学科是发展趋势,我不惧怕交叉。”
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, U( U( p8 z* n, c9 j2 }目前,zw的团队有4名教授、5名副教授、2名助理教授、5名博士后、90多名硕博生。他带过的7名博士毕业生中,有4人获福建省优秀博士学位论文。谈到带学生,他提两点:一是跟学生商量着确定方向,二是以身作则。“你跟他一起写项目、做实验,得在他前面作出成绩,让他服你。”学生张金惠为了制备“刚柔并济”的微结构,两年内尝试了多种材料,历经成百上千次失败。“科研就是一个不断试错的过程,持之以恒最为重要。”
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zw坦言,这是厦大机械工程学科的生存之道。“985大学在传统领域已经做得很强了,想走老路赶超不太现实。发挥交叉学科的优势,相信能走出一条不同的道路。” |
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