10月23日,我校举办第九讲“院士大讲堂”,很荣幸地邀请到中国科学院院士陈立东,以《体温也能发电吗?——浅谈热电材料》为主题,为全体师生呈现了一场精彩纷呈的科普盛宴。本次活动由高一(2)班金宇琦主持。
嘉定一中党总支书记、校长李元给陈院士颁发聘书,感谢他对学校科学教育及对高中生科普教育工作的大力支持。
用掌心的温热,就能让一个小小电扇转起来,这就是热电材料的神奇之处。这种能源材料,在太空、环保等多个领域都有着独特的用途。二十多年前,中国在这一领域完全不被国际重视,如今中国研制的热电材料、热电器件的性能已领跑世界。带动这一领域发展的“排头兵”中就是陈立东院士。
陈院士表示,这也是他第一次给高中生做科普报告。本次科普报告从平常的“电与生活”出发,层层深入,围绕“电的产生”“温差发电”“热电制冷”“热电材料科学”四个板块展开。讲座开始时,陈院士就从“电是怎样产生”的这个问题入手,呈现了火力发电、风力发电、水力发电、核电站等多种发电方式,并分析了他们之间共同点,并剖析了其背后的物理学原理。随后,他引导同学们思考,除了磁场以外还有其它外场也能对物质内的电子产生类似的作用吗?就这样,带领着大家慢慢思考,追溯了电磁感应的发现之旅,引出了温差发电、热电制冷这些新知识。
陈院士通过多个视频案例、生动的图片,用丰富多元的形式呈现了温差发电在节能减排、废热回收等生活中各个领域的不同优势,直言其是一种不可替代的特种电源。
热电制冷又有怎样的优点及劣势?陈院士从佩尔捷效应娓娓道来,以平缓舒适的语调、严谨的科学态度讲述了热电制冷有无污染、特备适用于微小部分局部制冷等优点和效率低、大功率难实现的缺点,如今多用于芯片降温、局部制冷、清凉服、温度伪装等。同时,热电材料研究具有小材料、小众领域和辅助性功能。未来的发展可能会成为不起眼的卡脖子技术,但研发难度非常大,具有跨学科和跨领域等特点,需要化学、物理、机械和数学等学科大交叉。
报告最后,陈院士向同学们介绍了上海硅酸盐研究所历史贡献,并介绍了上海硅酸盐所老一辈科学家代表:周仁、严东生、殷之文、李家治和郭景坤等优秀前辈们。“扬长补短,为社会做一点有用的事”,陈院士与同学们共勉。他满怀期待地希望同学们能认真学习、扬长补短,将为社会做贡献作为目标,服务人民。
在互动提问环节,同学们踊跃举手向陈院士提问:“在电脑等机器CPU高温时,应如何保持CPU芯片稳定呢?”“温度伪装和隐形飞机的原理是否相同呢?”“哪类热电材料在未来将被大力发展呢?”“热电材料在环境污染方面将有哪些贡献和发展趋势吗?”……陈立东院士都逐一解答,亲切而耐心地与同学们展开了学术和思想的互动。
高一(3)班徐海阳代表全体师生向陈院士献花,提问学生纷纷上台与院士合影留念。
讲座结束后,不少同学上台簇拥院士,进一步询问对于热电材料的问题,并请院士在自己的笔记本上签名。
讲座开始前,陈院士参观我校校史馆和孔子广场,对学校历史沿革、校园文化建设有了全局性的了解。他表示,中国科学院上海硅酸盐研究所与嘉定一中建所(校)时间相近,厚植于嘉定这片科创的沃土,都具有深厚的文化底蕴,也都培养了一批批各行各业的优秀人才。能为高中生做科普报告是他的荣幸,期待嘉定一中的发展越来越好。
院士简介
陈立东,研究员,博导,中国科学院院士。1982年1月毕业于湖南大学,1990年3月获日本东北大学工学博士学位。先后在日本RIKEN株式会社、日本航空宇宙技术研究所、日本东北大学金属材料研究所工作,2001年获中国科学院百人计划资助进入上海硅酸盐研究所工作。先后获得国家杰出青年基金、创新研究群体、国家973计划和863计划等项目资助。现任中国科学院上海硅酸盐研究所研究员、高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室主任、国际热电学会理事、亚洲热电联盟主席,npj Computational Materials 联合主编、《无机材料学报》执行主编。
主要从事热电转换材料与器件的研究与应用技术开发工作,围绕电-热协同输运的关键科学问题,系统研究了微观结构与电热输运性质的关系以及结构调控机制,发展了新一代高性能的热电材料及器件技术。2013年至今,先后承担了国家自然基金创新群体项目、重点项目、科技部973计划、上海市重大项目、中科院重大项目等国家和地方重大科技任务。在Nature、Science、Nat. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.等国际学术刊物上发表论文五百余篇;获中国发明专利八十余项,获美国、欧洲、日本等国专利十余项;主要成果先后获得2013年国家自然科学二等奖和2014年国家技术发明二等奖。
2023年当选为中国科学院院士。
学生感言
陈院士借助图片,将知识点讲解得通俗易懂,通过图文并茂的讲解形式,让晦涩难懂的理论知识变得更加生动形象。本次讲座让我深感其意义非凡,它不仅拓宽了我的知识视野,也对我个人成长和思考产生了深远的影响。
——高一(4)班 沈欣怡
与院士近距离接触拉近了我们与新型技术的距离。在陈院士的讲座中,提到了热电转换技术的优点与弊端,如今的运用主要聚焦于技术的不可替代性,但效率低,大功率不足的问题我们仍未解决,这给予了我莫大启发。在互动环节,我向陈院士提出问题,想知道我们未来在热电转换技术上的研究方向。院士指出,技术不只是效率的提升,更需要探索价格合适,且性能高效的材料,这等待着我们的研究。相信许多像我一样的嘉一学子对科学技术探索充满渴望,也相信在我们的共同努力下,技术会迎来新突破,让新兴技术得到推广发展。
——高一(6)班 叶琦
我很荣幸能通过陈立东院士的院士大讲堂了解到热学与电能领域的相关知识。在讲堂开始之初,陈院士先向我们引出产生电的本质,再依次介绍到温差发电有着无运动部件、反应灵敏、寿命长可靠性高的优势及其效率低、大功率、难以实现的劣势。陈院士深入浅出,向我们揭秘了体温温差如何巧妙转化为电能的奥秘……
在聆听讲堂的过程中,我有注意到院士在第四部分有提及到热电致冷在民用领域有清凉服的应用,并可以做到温度伪装的效果,但热电转换效应长时间却小于10%,在民用领域应用不广泛,因此在提问环节,我高举起手并站起道出我的疑惑,询问院士目前的主要研究方向是否为突破其技术难点,院士详细地向我说明了其中的原因以及未来的研究重点。这场知识盛宴,不仅拓宽了我的科学视野,并启迪了我对热电能源与未来科技的探索兴趣。
——高一(10)班 刘欣怡
我很荣幸参加了陈院士的讲座,他向我们介绍了热电材料的原理、用途,让我们了解了“体温也能发电”。在与陈院士交流互动的环节中,我向他请教了如何学好数理化这类基础学科,他站在个人角度建议我要学会学科背后的逻辑和思维,令我受益匪浅。
——高一(8)班 曹顺博
撰稿:高一(5)班 胡皓晨
编辑:倪斯怡
摄影:毛颖
审核:李元