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原位电镜探微观 表征创新铸未来

原位电镜探微观 表征创新铸未来
2026-09-15 15:40:21 来源:实况网
      ——记厦门大学材料学院王鸣生教授

有人说,21世纪是材料的世纪,而材料的未来,属于那些能在原子尺度上“看见”并“创造”的人。王鸣生,正是这样的人。

——题记

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我们生活在一个由材料定义的时代,如果说石器、青铜和铁器是人类文明的童年时代,那么今天我们正站在一场更深刻的材料革命门前。随着科技迭代提速,各类新型功能材料、纳米材料、储能材料层出不穷,成为现代制造业与高端科技产业的核心根基。材料的能突破、工艺升级与场景落地,离不开精准的观解析与精密的技术加工,而材料表征与加工技术,正是支撑材料科学高质量发展的底层代码。在观材料研究的广袤领域中,原位透射电镜技术凭借原子级的观测与加工精度,成为探索材料观演化规律、突破材料加工瓶颈的关键手段。

厦门大学材料学院王鸣生教授,就是深耕原位透射电镜表征与加工领域的顶尖学者。作为国家海外高层次青年人才、福建省“闽江学者”特聘教授,他20多年潜心观材料科研一线,聚焦原位透射电镜(TEM)表征与加工技术创新,以TEM“原子级制造”和“模型化”原位表征为鲜明特色,深耕超精密加工与先进储能材料两大核心领域,攻克多项行业共关键科学与技术难题,产出一系列创新成果。他不仅搭建起区域顶尖的科研,更培育出一批优秀材料科研人才,以深耕不辍的科研坚守与开拓创新的学术担当,为我国先进材料表征技术迭代、储能材料产业升级筑牢了技术根基,贡献了重要的学术力量。

负笈四海求真知 筑鹭岛育英才

1997年至2001年,王鸣生就读于南京大学物理系晶体物理与材料专业,扎实筑牢材料科学理论根基。2001年至2006年,他在北京大学电子学系攻读物理电子学博士学位,师从我国著名电子显学家及碳基芯片领军人物彭练矛院士,在国内率先开展了原位透射电镜技术研发,在碳基纳米材料结构和能调控方向上进行了深入探究,锤炼出严谨的科研思维和高超的实验技巧。求学期间斩获北京大学研究生“学术十杰”、中国电子显学会“青年优秀论文奖”等荣誉,其博士论文后来还入选了全国百篇优秀博士学位论文奖,为后续科研创新奠定了坚实基础。

随后,王鸣生远赴海外,先后任职于日本国立材料学研究所、美国麻省理工学院材料科学与工程系,深耕原位电镜技术和纳器件研究,积累了丰富的前沿科研经验与技术储备。其间,他以结构创制为特色,发展出一系列原创的高精度TEM加工方法,多项成果发表于《先进材料》,《美国化学会志》等国际顶尖期刊,引起领域内的高度关注。

2012年,王鸣生入选了国家海外高层次青年人才计划,并于2013年以福建省“闽江学者”特聘教授身份入职厦门大学,立足福建,扎根鹭岛。入职之初,福建省内专业的原位电镜科研尚属空白,为突破材料观表征技术瓶颈,补齐福建省先进材料科研短板,王鸣生迎难而上、从零起步,独立牵头筹建实验室,从资金筹集到设备采购,从实验装置的设计与搭建到团队组建与人员培训,一路攻坚克难、稳步推进,成功创建了福建省首个功能较完善的原位电镜实验室。

该实验室填补了福建省原位透射电镜精准表征、原子级纳加工领域的空白,构建起集观表征、精准加工、机理分析、技术研发于一体的完整科研体系,为厦门大学结构表征、超精密加工、储能材料与器件等方向的研究提供了核心支撑,也为福建省先进材料产业技术创新、高端科研人才培养搭建了重要载体,推动了区域材料科学领域的科研升级与学科发展。

科研之路不止创新突破,更有薪火相传的育人担当。自建室以来,王鸣生坚持科研与育人并重,秉持严谨务实、因材施教的育人理念,聚焦材料领域高端人才培育,着力打造高素质、年轻化、创新型的科研团队。他悉心指导每一位学生,锤炼其扎实的科研能力,树立创新思维,他带领学生扎根科研一线,在观材料研究、原位电镜技术创新中探索突破、积累成长。

多年耕耘,硕果累累。王鸣生所带领的科研团队人才辈出、梯队完善,青年科研力量蓬勃成长。团队中已有1人成功入选国家优秀青年科学基金,有9名研究生获评福建省优秀博士、硕士学位论文奖。一批优秀学子从课题组走出,深耕科研院所、高校与高端材料企业,助力我国材料科学领域创新发展,充分彰显了王鸣生教授在学科建设、团队培育、人才培养方面的卓越成效。

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创新攻坚破壁垒 成果转化促发展

扎根厦大十余载,王鸣生立足国家战略需求,瞄准材料表征与纳加工领域“卡脖子”技术难题,聚焦超精密加工、先进储能材料两大核心方向,以原位透射电镜技术为核心抓手,持续开展科研攻关,突破了传统技术瓶颈,形成两大创新成果,实现了材料表征精度、加工技术的升级,为我国纳制造、储能产业高质量发展提供了关键技术支撑。

纳超精密加工领域,王鸣生开辟全新技术路径,首创TEM纳米增材、减材、等材制造的概念,并自主研发成套完整技术方法。传统纳米加工技术精度有限,难以实现原子级精准调控,无法满足高端纳器件、精密材料的极致加工需求,长期制约着纳制造领域的技术升级。针对这一行业痛点,王鸣生依托原位电镜实验室,持续迭代技术、优化工艺,成功将碳基及非碳材料的加工精度推进至原子级水

这一系列成果,实现了单个纳米结构、纳器件的超精度、可控化创制与加工,打破了传统加工技术的精度壁垒与工艺局限。相较于传统加工方式,该技术兼具高精度、高可控等优势,可精准调控材料观结构与界面特,能够满足部分高端电子器件、纳传感器、型储能器件等高技术领域的极致加工需求,为原子级制造技术的发展提供了相应的理论与技术范式。目前,该系列技术已形成完整的技术体系,配套发明专利与工艺方案,具备较好的应用前景,对我国抢占未来原子级制造的先机将起到积极的推动作用。

在先进储能材料表征与机理研究领域,王鸣生创新表征方法、重构研究体系,攻克了储能材料观机理解析难题。储能材料的界面演变、结构失效、能衰减是制约锂电池金属电池、固态电池等储能器件寿命与安全的核心关键,但由于观反应过程瞬息万变、界面结构复杂多变,且关键反应部位深埋电池内部,传统表征技术难以实时、精准捕捉材料观演化规律,无法清晰揭示储能材料的失效机理,长期阻碍着高能储能材料的迭代升级与器件优化。

为破解这一行业难题,王鸣生另辟蹊径,创新提出利用人工结构模型来“仿真”的原位电镜表征方法和研究模式,通过构建精准可控的人工观结构模型,模拟电池真实观工作环境,实现对储能材料反应过程的动态、实时、可视化精准表征。他带领团队系统开展科研攻关,精准捕捉电池充放电过程中电极材料、电解质材料的观结构演变、离子传输、界面反应等动态过程,全面揭示了限域空间中碱金属生长、溶出动力学规律,厘清了各类储能材料及界面的演变机制与失效根源。

该系列创新成果解决了储能领域长期存在的“观机理看不清、演变规律摸不透、失效原因辨不明”的技术难题,为高能锂、钠、钾金属电池及全固态电池的材料设计、结构优化、能提升提供了坚实的理论支撑与技术指导。基于该表征方法,团队产出一系列高水科研成果,多项研究成果发表于Science Advances、Nature Communications等国际顶级期刊,多次被新华社等权威媒体亮点报道。相关技术已获多项专利授权,并被宁德时代和比亚迪等行业龙头企业采纳,用于高能电池材料与器件的研发,为我国新能源储能产业高质量发展注入核心技术动能。

深耕科研多年,迄今为止,王鸣生已累计发表高水学术论文150余篇,授权发明专利15项,斩获两项省级自然科学二等奖,在原位电镜表征、原子级精密制造、储能材料机理研究领域形成了系统创新成果。他还兼任多个国际期刊编委以及国内重要学术团体的常务理事,积极推动相关领域的学术交流与技术共享,持续提升我国相关领域的国际学术影响力。

毫之处见天地,扎根深耕筑初心。在材料观研究领域,王鸣生的科研创新,始终贯穿着一种在极限处寻求突破的探索精神。未来,他将继续坚守科研报国初心,聚焦国家新材料发展战略需求,持续深耕原位表征与原子级制造研究,不断突破技术边界,产出更多创新成果,助力我国先进材料产业实现飞跃式发展。(文/李杰)

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