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胡志宇是上海大學納微能源研究所所長，教授。是凝聚態物理橡樹嶺國家實驗室研究員，美國佐治亞理工學院客座教授。曾經主持過多項美國能源部和其他部門的研究課題,發表了一百四十多篇學術論文、專題報告及特邀報告，五項國際專利(包括正在申請專利), 還在美國能源部、國防部、國家基金會(NSF)、以及多個州政府和學術期刊擔任評審專家。主要研究方向是納米量級高效低污染能量轉換元器件及其應用、薄膜納米結構功能材料等。
簡介
成就
在2008年加入上海大學之前，是美國能源部橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)正研究員，並在美國佐治亞理工學院、田納西大學等多所大學擔任客座或兼職教授。其在美學習、工作期間曾多次榮獲嘉獎和榮譽，包括美國能源部部長的親函嘉獎和"年度發明家獎"(Inventor of the Year)。首批入選中組部"千人計劃"，目前承擔國家科技部、上海市科委的多項研究課題。年計劃招收博士生1~2名。
| 胡志宇 | |
|---|---|
| 國籍 | 中國 |
| 職業 | 研究所所長，教授 |
主要研究方向
納米催化低溫燃燒;
納米尺度低維結構能量傳輸和轉換;
微納電子機械系統元器件(MEMS/NEMS) 的研究及以及其在生物、醫學、光學等方面的運用;
自組合材料與結構(Self-assembled materials and structure)的研究及運用
人物故事
不要觸碰火，否則會被灼傷--這是人人自小即知的常識。然而，常識也有被顛覆的時候，上海大學納微能源研究所所長、國家"千人計劃"專家胡志宇便是這樣一個常識顛覆者:他發現了一種在納米尺度下燃燒的火，即使被捧在手心，也絲毫不會灼燒皮膚。
胡志宇的發現緣起於一個"意外事故":2005年，他在實驗室里不小心將沾有納米顆粒的棉花球碰到了甲醇，棉花球居然冒煙了。這意味着在沒有點火的室溫條件下，燃燒也可以發生。
深入研究之後，胡志宇發現這種"溫柔"的燃燒有着巨大的應用前景。通過將燃料的化學能轉化為電能，納米尺度下的燃燒可避免傳統高溫燃燒80%以上的熱能損失，而這個過程又不會產生污染物，對環境友好。如此一來，它為節能減排提供了一種全新的思路。
近日，胡志宇接受了本刊記者的專訪，詳細剖析此種聽來神奇的燃燒。
低溫燃燒，節能減排新思路
《千人》:請您先簡單介紹一下您正在研究的納米尺度的燃燒。它與傳統意義上的燃燒有何區別?
胡志宇:一般來說，燃燒需要同時滿足三個條件:氧氣、燃料和點燃過程，但其實還有第四個條件，即尺度。如果火的尺度小於1毫米的話，它很難點燃，即使點燃了也會很快熄滅。所以說，一般意義上的火起碼要等於或大於1毫米時才能夠在點燃後自行維持燃燒。
但我們正在研究的這種燃燒是納米尺度下進行的，納米是個什麼概念呢?1納米相當於一百萬分之一個毫米。在如此微觀的尺度下，如何去點燃就是個大問題，我們採用的是納米催化燃燒的方法。酒精、甲烷等燃料在納米催化劑的幫助下可以實現燃燒，不需要點燃這個過程。
一般人見過的燃燒，尺度較大，是在高溫下進行的，所以感覺很燙。但我們這個屬於低溫燃燒，摸上去只是有點溫熱卻不會燙手。舉個例子來說，如果把傳統的燃燒比喻成整個足球場在起火的話，那麼納米尺度下的燃燒就是足球場中央一小塊物質在起火，坐在看台上的人不會覺得這個火很灼熱。
但是在熱量生產方面，它並不比傳統的燃燒差，只要燃料和氧氣供給充足，在納微米尺度下，燃燒同樣可以達到很高的溫度，幾百度、幾千度都可以。
另外，納米催化燃燒只是發生在納米催化顆粒的表面，因而燃燒點可以精準地控制在需要熱能注入的地方。這樣的燃燒特性和可控性是在宏觀尺度下的燃燒所不具有的。
《千人》:燃燒需要燃料，那您研究的這種燃燒主要用什麼來做燃料?會不會產生污染?
胡志宇:只要能和納米催化劑發生反應的物質(包括液態物質、氣態物質)都可以用來作燃料，如酒精、氫氣、甲烷、一氧化碳等等。當然，固體物質是不行的，除非經過特殊的氣化處理。
可以說，我們使用的燃料都是相對清潔的，它們燃燒時排放的一般是水和二氧化碳，不會像燒煤或石油那樣產生各種污染物。此外，這個燃燒過程也不需要在高溫高壓下進行，從而不會產生(從高溫高壓化學反應而來的)間接污染物，如氧化氮(酸雨的主要成分)等。
《千人》:據說您的研究將大幅度降低燃燒時的熱能消耗，提升能源利用率。為何能達到這種效果?
胡志宇:現在大家都在談能源危機，很多人認為能源危機的根源在於能源的枯竭，覺得煤快用完了，石油也快沒有了。其實並不是完全是這樣的。我認為，能源危機出現的另一個重要原因在於我們極其低下的能源利用率。比如說，你在家裡用天然氣燒一壺開水，只有5%的熱量是用在水的加熱上，其餘95%的熱量都浪費了。你想想，我們有多少能源經得住這種浪費?所以，提高能源利用率是關鍵。
我們現在做的工作就是要提升能源利用率。我們都知道，燃燒時溫度越高，做無用功的向外界散發熱量就越多。根據物理學的能量守恆定律，一定量的燃料產生的能量是恆定的，如果一部分能量做了無用功，那麼它就已經損耗掉了。反之，我們這種可以在室溫狀態下進行的納米尺度下進行的燃燒，釋放的熱能僅僅局限於納米顆粒表面，不會把熱量浪費在加熱周邊環境上。那麼，這些在高溫燃燒中會損耗的能量也就還保留着，這些能量好好利用起來，不就能提高能源利用率嗎?
發電變得很簡單
《千人》:那這種燃燒產生的火可以拿來幹什麼?
胡志宇:它可以用來做很多事，在不同的地方有不同的用法。但我們現階段主要的研究方向是利用它來發電，目前的想法是通過結合納米催化工藝和半導體工藝，將燃料的化學能直接轉化為電能。
《千人》:您在2007年首創性地提出了全固態室溫納米催化燃燒發電的概念，是不是就是指這個?
胡志宇:是的，就是這個概念。以前的燃燒發電一般是在火電廠完成的，基本的程序是把煤、石油這些燃料點燃而產生蒸汽，蒸汽再推動渦輪機旋轉帶動轉子發電。這樣的燃燒發電過程複雜，每個環節都有各種機械運動，熱量損耗的多，而且還會產生各類污染。而且對於一些需要移動的小型能源系統(如汽車)，這樣的工作方式完全不可取。
我們現在研究的燃燒發電不再是通過這種機械方式，而是通過一個採用納微加工技術的熱電轉換器件來完成。這個裝置可以在室溫下將燃料的化學能直接轉化為電能，大幅度減少普通高溫燃燒過程中的能量損耗，且不會有污染物質產生。
《千人》:您剛才說的熱電轉化器件是不是您前兩年獲得的專利--高效率固態納米結構熱電能量轉換器?這個裝置的結構是怎麼樣的?
胡志宇:就是指這個，這個裝置在2010年獲得美國國家專利局的批准。簡單來說，這個裝置的核心是一塊很薄的半導體芯片，芯片上加上了催化活性材料。只要把酒精、甲烷這樣的燃料加進裝置，在催化劑作用下，燃料就能發熱。再通過芯片，熱能就可以直接轉化成電能輸出。
目前，我們已經進行了相關實驗，其中一個是把甲醇注入轉換器，連接在另一端的LED會發亮。
《千人》:有媒體評論，您發明的這個轉換器很有可能改變能源的供給方式。您可不可以解釋一下這個說法?
胡志宇:我們都知道，現在家裡用的電都是通過電線電纜從很遙遠的發電廠傳輸過來的。這種大規模的供給電站，成本高，而且也不會很方便，如果傳輸途中出了故障，那麼影響的絕不是一戶兩戶人家。
理論上來講，如果這個裝置可以用來進行大規模發電，那麼以後電就不需要通過電網進行長距離輸送了。只要有燃料(如家裡用的天然氣)，每家每戶甚至都可以在自己家裡發電。當然了，更有可能的是做成分布式電網，比如說一個小區內組建一個小型電網，這種小型電網不僅可以減少目前集中發電所帶來的輸電損耗，還可以節約大量的因架線、線損等產生的成本。
有望在3-5年產業化
《千人》:聽起來，您這項研究具有廣闊的應用前景。那麼，具體可以在哪些產業上得到應用?
胡志宇:理論上來講，只要需要電的地方都可以進行產業化應用，生活用電和工業用電都可以。比如在汽車上安裝上納米燃燒發電機系統，只要像加汽油那樣給汽車發動機加上酒精，就能提供電能給電動汽車。
但是目前，我們的研究主要還是針對小功率器件的，比如說小型可移動電源系統，可以為手機、電腦等供電。我們相信，通過未來的努力，後期完全可以在工業上得到應用。
《千人》:那目前您這項研究進展到什麼階段了?產業化程度如何?
胡志宇:國際上判斷一項技術從實驗室到產品的產業成熟度採用的是七級評判標準，如果按照這個判斷，這項研究應該到了三級左右。具體來說，就是已經有了初步實驗結果和實驗樣機，可行性已經得到了初步驗證。
下一步，我們將儘快地將相關的技術細節弄清楚，在材料上、設計上和結構上都儘量完善，取得研究和加工技術上的突破，爭取在3-5年內進行產業化。