2024年，iCANX推出X-Doctor专栏，聚焦iCANX上独辟蹊径用科技创新改变世界的科学家和他们的科学发现，每期揭秘一位科学家和他/她的探索之路，独家报道、干货满满。欢迎大家一同感受科学的魅力，见证这些创新的力量。
第32期，X-Doctor将带你走近东华大学严威教授，感受一下他在纤维电子领域的探索。
严威是东华大学材料科学与工程学院及纤维材料改性国家重点实验室的研究员和博士生导师。基金委“原创探索计划项目”获得者。他不仅在国际学术界享有声誉，更以其对智能材料、纤维电子与光电子、可穿戴电子及智能织物的突出贡献，成为了2022年《麻省理工科技评论》中国区“35岁以下科技创新35人”的耀眼明星。
在朱美芳院士的带领下，东华大学材料科学与工程学院及纤维材料改性国家重点实验室已经成为了一个汇聚了众多优秀科研人才和先进科研设备的创新高地。他们在这里共同探索未知、挑战极限、创造未来。
严威曾说：“朱美芳院士是我人生中的重要导师。自我在瑞士读博时起，就有幸受到朱老师的科学思想、人格魅力和高尚精神深深地熏陶，这对我的人生成长产生了深远的影响。”
近日，东华大学蒙泰课题组朱美芳院士、严威教授在化学类国际顶级期刊《Chemical Society Reviews》发表题为“Fibres—threads of intelligence—enable a new generation of wearable systems”（Chemical Society Reviews, 2024; DOI: https://doi.org/10.1039/D4CS00286E）的综述性学术论文。
该综述全面分析探讨了智能纤维的最新科学和技术突破，研究了塑造可穿戴电子产品未来的纤维材料、物理化学机制、制造策略、集成技术和多种新功能应用中的常见挑战和瓶颈。提出了闭环智能纤维织物生态系统，包括主动对内对外感知、交互通信、数据存储和处理、实时反馈以及能量存储和收集，旨在应对可穿戴技术中的重大挑战。最后将计算织物设想为具有系统级属性的复杂可穿戴平台，用于数据管理、机器学习、人工智能和闭环智能网络。纤维材料改性国家重点实验和材料科学与工程学院为第一单位，Chao Dang为第一作者，Zhixun Wang为共同第一作者。
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智能纤维：古老材料的华丽转身
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在严威的科研世界里，智能纤维无疑是最为耀眼的明星之一。这种集成了半导体、金属、电介质和微芯片的新颖纤维，不仅赋予了传统纤维全新的生命，更将智能人机交互和智能系统推向了一个新的高度。严威教授和他的团队通过不懈的努力，成功地将这些看似遥不可及的科技元素融入到了日常生活中最常见的纤维之中，让古老的纤维焕发出了前所未有的光芒。
图丨”纤维耳朵“的设计与原理（来源：Nature）
其中，智能纤维的一项突破性应用就是“纤维耳朵”，这些纤维集成了能够发射和接收声波的元件，具备了诊断深层组织疾病的能力。这种智能纤维在经历 3000 次的循环变形后电学性能仍保持不变，并实现了智能服装 10 次机洗测试后性能稳定的技术指标。
智能纤维的发明，不仅仅是材料科学的一次革命，更是对未来生活方式的一种全新探索。它可以实时监测人体健康状况，提供精准的医疗数据支持；可以感受心跳等生物信号，为神经系统疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法；还可以应用于太空环境中的安全监测，帮助科学家更好地理解宇航员在极端环境下的生理变化和健康状况。这些应用场景的拓展，无疑为智能纤维的未来发展提供了无限可能。
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多模态技术：开启织物光传感与通讯新时代
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除了智能纤维之外，严威教授在纤维多模态传感与成像技术方面也取得了显著成果。他发明的单根纤维高效光传输与光电探测的多模态技术，在生物荧光成像方面实现了独特应用，为织物光传感与通讯奠定了重要基础。这项技术不仅提升了织物的智能化水平，更推动了可穿戴设备和智能纺织品的发展。
我们可以设想，未来的衣物不仅能够保暖遮羞，还能实时监测我们的健康状况、传递信息、甚至进行简单的交互操作。这些曾经只存在于科幻电影中的场景，在严威教授和他的团队的努力下，正一步步变为现实。
在纤维脑机接口方向，他在世界上首次实现了连续化大规模制备规则有序、均匀的、纳米级金属玻璃纤维的关键技术，该玻璃纤维具有任意几何形状、横跨三个数量级的特征尺寸、40nm 的最小特征尺寸以及纵横比大于 1010 等特性，这是现有其他方法都无法实现的。
图丨声学织物
2023年，东华大学朱美芳院士/严威教授在《先进材料》上发表的综述性论文深入探讨了柔性可穿戴声学传感技术的材料、物理原理和应用前景，指出这类传感器以其高柔韧性、轻量化、高生物相容性和传感精度，结合机器学习和人工智能技术，有望在医疗保健、物联网和元宇宙等领域带来变革性影响，并提出了未来技术发展的多个方向，包括开发先进材料、学习自然结构设计新型传感器、耐用材料和封装设计、智能制造以及跨学科合作。
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国际舞台上的中国声音
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严威教授在国际学术界的影响力同样不容忽视。他被认定为“国家高层次青年人才”专家和“上海市领军人才”专家。此外，他还获得了IEEE Nanotechnology Council Early Career Award这一全球瞩目的荣誉。这些荣誉不仅是对他个人能力和科研成就的认可，更是对中国科技工作者在国际舞台上崭露头角的生动体现。
此外，他以通讯/第一作者在国际顶尖杂志如Nature、Nature Nanotechnology等发表学术论文50余篇，授权PCT国际发明专利4项。研发首件多材料智能航空服并在国际空间站监测太空粒子。研究工作受到学术杂志如Nature、Science、Nature Nanotechnology、National Science Review，500余家全球权威学术机构及专业媒体如《中国科学院官方主页》、《科技日报》、《中国科学报》、《人民网》、《科学网》、《美国陆军》、《MIT官方主页》、《EPFL官方主页》、《华尔街日报》的深入报道与积极评价。
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人才培养：传承与创新的桥梁
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作为一位博士生导师，严威教授深知人才培养对于科技创新的重要性。他积极招收硕士和博士生进行学术交流和研究工作，为他们提供了宝贵的科研机会和实践平台。在他的指导下，一批批学生攻坚克难，不断攀登纤维的高峰。
严威教授不仅注重培养学生的科研能力和创新精神，更注重引导他们树立正确的科研态度和价值观。他常常告诉学生：“科研是一项需要耐心和毅力的工作，只有不断追求真理、勇于探索未知的人才能在这条道路上走得更远。”
对于严威教授来说，未来的科研道路还很长。他将继续深耕智能材料领域，继续推动智能纤维和可穿戴技术向更高层次发展。
2023年5月5日，iCANX Talks 第142期，严威教授带来了主题为《Intelligent Fiber Electronics and Optoelectronics》的学术讲座。点击可查看回放。
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