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38期，X-Doctor将带你走近加州大学洛杉矶分校裴启兵教授，感受他在电化学储能科技领域的探索。
棕榈摇曳，加州大学洛杉矶分校材料科学实验室里，裴启兵教授正全神贯注地调试着最新研制的电子皮肤样品，晨光透过玻璃窗洒在他微白的鬓角上。二十多年来，这位执着的科学家始终保持着对科研的热忱，在材料科学的海洋中不断探索、突破、创新。而就在前些天，他又带领团队取得了一项重大突破 —— 发明了一种革命性的自我再生热泵（Self-Regenerative Heat Pump, SRHP）。
这项突破性研究成果已发表在国际顶尖期刊《Science》上，论文题为"A self-regenerative heat pump based on a dual-functional relaxor ferroelectric polymer"。加州大学洛杉矶分校博士后吴瀚翔、博士生祝媛、博士后颜文忠为共同第一作者。
从江南水乡到美国西海岸，从化学系的年轻学子到享誉国际的材料科学家，裴启兵用智慧和坚持，在科技创新的道路上铸造了又一个里程碑。
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初心如故：科研路上的追梦人
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1980年代末，裴启兵在南京大学就读。这所百年学府深厚的人文底蕴和严谨的学术传统，为他日后的科研之路打下了坚实的基础。"在南大的求学经历让我明白，做科研不仅需要专业知识，更需要人文关怀和社会责任感。"裴启兵这样回忆道。
带着对科学的热爱与执着，裴启兵考入了中国科学院北京化学研究所。在著名的钱人元教授指导下，他开始了对高分子材料的深入研究。钱教授严谨的治学态度和开放的学术视野，极大地影响了年轻的裴启兵。"钱先生常说，做科研要有'十年磨一剑'的精神，既要专注，又要开放。"这句话成为了裴启兵终身受用的座右铭。
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跨越大洋：在国际舞台上绽放光芒
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怀揣着对科学的梦想，裴启兵踏上了留学之路。在瑞典凌雪萍大学期间，他遇到了改变其学术生涯的重要导师——恩格纳斯（Inganas）教授。"恩格纳斯教授的跨学科对我后来的研究有着深远的影响。"裴启兵回忆道。在美国UNIAX公司和斯坦福研究院的工作经历，则让他深刻理解了科研成果转化的重要性。
2004年，裴启兵加入UCLA材料科学与工程系，开启了他最具突破性的研究征程。在这里，他带领团队在高性能介电弹性体(PHDE)、人造肌肉和电子皮肤等领域取得了一系列重大突破。
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开创新篇：突破性的科研成就
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"每一项突破背后，都凝聚着团队的智慧和汗水。"裴启兵说。
一、高性能介电弹PHDE)的革命性突破
在人造肌肉研究领域，裴启兵团队开发的新型高性能介电弹性体(PHDE)堪称革命性突破。这种材料采用创新性的双网络结构设计，通过优化弹性体网络内的交联剂和氢键，成功实现了无需预拉伸条件下190%的最大面积应变，在2Hz频率下仍能保持110%的稳定应变。这一成就不仅打破了传统介电弹性体的性能限制，更为软机器人和医疗植入物开辟了新的可能。
▲图 1|合成具有软交联剂和氢键的双峰网络DEs以实现高性能驱动
"当我们第一次在实验室看到这个数据时，所有人都激动不已。"裴启兵回忆道，"这意味着我们在人造肌肉领域迈出了关键的一步，在最优性能下，这种人造肌肉比人类肌肉更强大。"这项突破不仅发表在Science上，引起了学术界和产业界的广泛关注。
二、人造肌肉技术的开创性成果
2024年10月，《Science Advance》报道了课题组的成果《Haptic artificial muscle skin for extended reality》。
这篇论文介绍了一种新型的“触觉人工肌肉皮肤”（HAMS），旨在增强虚拟现实（XR）中的触觉体验。HAMS 使用一种多层的柔性驱动器（介电弹性体），能够产生明显的向外凸起触感，模仿真实的触觉，而不需要使用传统的刚性部件。这种设计不仅保证了舒适性，还能贴合皮肤，提供更真实的触觉体验。
实验表明，HAMS 可以让用户感觉到不同的触觉强度和频率变化，效果细腻而准确。这种设备可以用于模拟如雨滴落在皮肤上的感觉，或是在手中感知虚拟物体的移动，为虚拟现实和增强现实带来了更加真实的沉浸体验，适合用在游戏、教育和辅助技术等领域。
另外，HAMS 经过测试具有很强的耐用性，能够在使用超过 20 万次后依然保持稳定性能，并能适应潮湿等环境。这项研究解决了触觉设备在柔软性和真实感方面的难题，为未来 XR 触觉互动的应用提供了新的可能性。
三、电子皮肤领域的创新突破
在电子皮肤研究领域，裴启兵团队开发出了革命性的按需剥离生物相容性胶粘剂。这种材料具有以下突出特点:
实现了窄温度转变范围控制
具有大幅度的模量变化特性
可通过皮肤温度触发实现粘合
通过室温触发实现简单剥离
更重要的是，团队成功演示了按需剥离摩擦式纳米发电机作为自供电无人机导航系统的人机界面，为电子皮肤的实际应用开辟了新的道路。"这项技术的意义在于，它让电子皮肤的应用变得更加实用和便捷。"裴启兵解释道。该研究以“Skin temperature-triggered,debonding-on-demand sticker for a self-powered mechanosensitive communication system”的论文发表在《Matter》上。
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未来展望：科技创新永不止步
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裴启兵教授的学术成就在国际上产生了深远的影响。他在Nature系列、Science系列等顶级期刊发表了大量研究论文，总被引次数超过40000次，H指数达到100以上。多篇论文入选ESI高被引论文，彰显了其研究的重要性和创新性。
在知识产权方面，裴启兵团队获得了47项国际专利授权，多项技术实现了产业化应用。"科研成果只有转化为实际应用，才能真正造福社会。"这是他一直坚持的理念。
站在科技创新的最前沿，裴启兵对未来充满期待。"材料科学是一个充满无限可能的领域，我们的研究才刚刚开始。"他说，"我希望通过我们的努力，能够为人类的福祉做出更大的贡献。"
在实验室里，裴启兵仍然保持着年轻时的热情和干劲。他带领团队继续在材料科学的海洋中探索，致力于将科技创新转化为改善人类生活的实际应用。正如他常说的那样:"科技创新不是目的，而是手段。我们的终极目标是通过科技进步造福人类社会。"
2022-11-25 ,iCANX Talks 第125期，裴启兵教授与大家分享的主题是“功能性电解质聚合物和机电活性器件”，他介绍了软材料研究实验室正在研究的功能性介电聚合物，包括介电弹性体、相变介电聚合物，以及具有大电热效应的弛豫铁电聚合物。介质弹性体（DE）是一种具有大的驱动应变性、高能量和功率密度的高分子材料。欢迎扫码查看回放。
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