科研成果应服务社会——华中科技大学智能传感团队的过去与未来

近年来,全球频发的海洋自然灾害造成了巨大人员伤亡和财产损失。2011年日本9.0级大地震及随之引发的巨大海啸致使近3万人死亡或失踪;2018年印尼再次发生地震及海啸,造成至少2000人遇难。这些灾难凸显了海洋监测与海啸预警技术的重要性与紧迫性。

为应对这一全球性挑战,华中科技大学材料学院徐鸣教授团队自2016年起开始研发“自供电式波浪监测及海啸预警装置”,以期提供更精准、高效的解决方案。2019年,该装置在第47届日内瓦国际发明展上荣获评委会特别嘉许金奖,成为全球灾难类项目的典范。

在项目启动之初,团队从近5000个材料样本中,通过反复试验、性能对比最终确定了碳纳米管为核心材料。面对低维碳材料管间聚集严重影响传感器性能的瓶颈,团队进一步攻坚,创新性地提出提高催化剂原子表面迁移势垒以限制扩散的方法,实现纳米-亚纳米尺度催化剂颗粒的精准控制,有效抑制了奥斯-瓦尔德熟化效应引发的颗粒融合。通过反复优化材料的微观排列度与管间作用力,极大提高了传感器的灵敏度,确保在极端水下环境中仍能高效、稳定地进行压力感知。

徐鸣教授与团队成员讨论实验进展

与传统预警装置相比,这一自主研发的装置创新采用纳米组装技术,攻克了传统海啸预警体系存在的高能耗、低灵敏度、安装困难等技术难题,实现了1毫米至30米范围内海浪波动的高灵敏度监测,灵敏度超过传统设备10倍。更重要的是,该技术无需外接电源,安装维护成本低、操作简单,具有显著的经济与社会效益。

如今,徐鸣教授团队已将研究成果深入应用于多项海洋探测任务,并持续开展与国内外企业合作的产业化实践,项目成果发表于《Science》《Nature Catalysis》等国际顶级期刊,获得全球同行高度认可。团队近年来在高性能水下传感器领域持续攻坚,研发出适用于深海环境的高精度压力传感器,斩获湖北省教科文卫体系统第五届职工创业创新比赛“十佳创新奖”、第十届“创青春”中国青年创新创业大赛铜奖、中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛湖北省银奖等十余项重要奖项,进一步提升了我国水下探测技术水平。

徐鸣教授与团队成员展示研究成果

当前,团队开发的高精度压力传感器已经成功突破深海低频信号检测、核心材料可控制备、传感元件精密集成等关键技术瓶颈。在技术迭代过程中,团队成员经历了无数个反复失败后的自我怀疑与重建,尤其在关键实验阶段,研究人员经常以实验室为家,通宵达旦进行攻坚突破。

坚持以基础研究为根基,以关键技术攻关为核心,以工程应用为目标,构建了系统化、可持续的科研成果转化链条。团队中一批如张蒙蒙、李华健一样的年轻科研骨干,已经成长为团队的核心力量,推动技术向更广泛的领域拓展。他们开发的传感器不仅应用于海啸预警,还广泛服务于潮汐变化监测、洋流追踪、海洋科考、鱼类行为分析、生物医药检测、人体健康监测及智能传感等领域,具有广阔的应用前景。