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发表于 2026-4-20 11:42:25
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微观探真，以热爱守得繁花开
& w: K- I! G W福建日报 2026年4月20日
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zw：在微结构深处点亮氢能重卡未来
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$ X+ g2 S2 J( H3 C1 P“做工程科学的人，东西真能用上，比发论文还高兴。”zw说这话时，他团队研制的220千瓦氢燃料电池发动机已经装上了重卡，整车续航超过500公里，百公里氢耗7公斤。氢气储运一直是个“老大难”，他们研发的重整制氢系统能现场制氢，正好绕过这个坎。: k8 D* R/ |- ~# u7 I9 N
1 X- D0 S) v( u1 Y) a1 \zw是厦门大学南强特聘教授、国家杰出青年科学基金（现国家青年科学基金A类）获得者，基金项目是“功能微结构精密加工技术”。他所带领的“功能微结构精密加工实验室”，长期深耕精密制造技术，致力于解决能源、传感、散热等方面的实际应用难题。“我们要研发出高效低成本的微结构制造方法，然后应用到真实的器件和设备上。”
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5 T% n4 T$ B1 N3 _9 A“氢燃料电池的核心就在微结构的精密加工上——拿随行波双极板来说，能让流体分布更均匀，反应更充分，流阻也能降下来。”zw说，他和团队跟厦门金龙、厦门金旅合作紧密，把自己开发的多孔载体装进了大功率氢燃料电池重卡的核心系统，通过微反应器结构优化，甲醇转化效率很高，所以能现场制氢。, E' V' F9 Q2 @; @
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实验室展台上，摆着几块不起眼的金属板：一块250平方厘米的石墨双极板，表面密布着肉眼几乎看不见的微细流道；一块随行波双极板，摸上去有细微的波浪起伏。zw拿起一片膜电极密封垫片，薄如蝉翼。“这层垫片直接关系到燃料电池的密封性和使用寿命。”他说，“我们通过微纳加工工艺优化，解决了传统结构容易老化和泄漏的问题。”) D7 ?" ?2 s; T4 v
! Z0 I+ Y2 F, v( n0 F# b2006年，zw还在华南理工读博时，一次实验中，他发现车削下来的金属碎屑表面糙得很，锋利到能割破皮肤。他琢磨：要是把这些碎屑做成连续纤维，再压成多孔材料，比表面积会不会很大？( }9 z# ~0 l5 b/ q) H+ R
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这个念头让他走上了“一刀多纤”的路。他发明了一种切削技术，能同时加工出多根连续金属纤维，再通过模压和低温固相烧结，做出了孔隙率可调、比表面积超大的金属纤维多孔载体。用这个载体做的制氢微反应器，性能超过了国外实验室产品。那篇论文成了他课题组的第一篇一区文章。“写起来很痛苦，改起来也很痛苦。”他回忆道，“但现在回想起来，还是高兴。”
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; ~& r' o e0 K- B从实验室到量产，这条路他走了十几年。
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氢燃料电池重卡载重大、工况恶劣，需要高集成度、高可靠性的系统。zw团队和厦门金龙、厦门金旅等单位一起，在高功率密度电堆、低氢耗发动机系统等领域接连突破。他们设计的随行波双极板，厚度减少30%，传质性能却提高了28%；研制的可调式波瓣针阀氢气引射器，工作范围扩大了50%以上，供氢系统能耗降到1%以内；开发的多级温度协同水热管理系统，把电堆单片电池的温差控制在±3℃以内。相关核心技术还获得美国发明专利。
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最终，做出来的220千瓦氢燃料电池发动机，质量功率密度达到815瓦每公斤，关键指标国际领先，搭载该系统的重卡累计销售收入破8亿元，已在福建、广东、浙江、河北、上海等地投运。
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% E- E9 ~ t- M0 U3 r8 R& g! J2018年前后，团队研发传感器时卡住了——需要在材料上加工负锥角微孔和异形孔，但市面上根本买不到现成设备。国外激光巨头要么禁运，要么不卖。“不能受制于人。”zw说。5 W6 V* P! N' ?; n& T3 b5 o7 h
' T5 `2 B6 M2 N& |4 V他们从零开始，在国家重点研发计划项目支持下，自己设计五轴振镜激光加工模块。光学系统怎么布局？误差怎么补偿？振镜怎么协同？平台怎么联动？全靠自己摸索。现在这台设备已经能加工深径比高达10∶1的负锥和异形微孔。虽然还是样机，但离产业化只差“加个外壳、装上工作台”。% I, {+ n, ~1 J! J
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传感器领域也有意外之喜。2022年，他们在《自然·通讯》上发表论文，受节肢动物启发，设计出一种“刚柔并济”的柔性压电传感器——在柔性基体中嵌入刚性微结构，使传感器从厚度形变转变为弯曲形变，灵敏度达到理论极限值的17倍。6 K% p; H, d, h" R+ w6 v1 H5 R
$ F6 z7 a3 z* i$ v% O2 ^这个传感器贴在机械臂上，能感知抓取力度，还能感觉倒水时的水流冲击。团队与香港理工大学合作建立力-电耦合模型，让传感器既灵敏又保持宽线性量程。与金龙客车的合作也顺理成章——燃料电池电堆装配缺乏精准的空间分布压力检测，而这款传感器面积大、厚度薄、柔性好，正好派上用场。
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4 C1 `5 q6 C; |) y1 @ }8 Lzw的科研之路并非一帆风顺。2012年，他在省外一所大学完成师资博士后并留校任教两年后，作了一个决定：离开。他感到“国内做科研与国外还是有差别”，想找一个有机械工程学科根基的地方。多所高校向他伸出橄榄枝，他选了厦门大学。“一个人都不认识，也没有找人打招呼。”他回忆道，“但我认为厦大比较自由，比较开放。”到厦大后，他把此前在国外大学积累的能源与生物医学工程交叉背景，融入微纳制造领域。“交叉学科是发展趋势，我不惧怕交叉。”4 r2 G& w1 M3 c% e$ l. x
" ^" |. P! u! i# i目前，zw的团队有4名教授、5名副教授、2名助理教授、5名博士后、90多名硕博生。他带过的7名博士毕业生中，有4人获福建省优秀博士学位论文。谈到带学生，他提两点：一是跟学生商量着确定方向，二是以身作则。“你跟他一起写项目、做实验，得在他前面作出成绩，让他服你。”学生张金惠为了制备“刚柔并济”的微结构，两年内尝试了多种材料，历经成百上千次失败。“科研就是一个不断试错的过程，持之以恒最为重要。”
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$ f6 L! n( p8 O& Bzw坦言，这是厦大机械工程学科的生存之道。“985大学在传统领域已经做得很强了，想走老路赶超不太现实。发挥交叉学科的优势，相信能走出一条不同的道路。” |
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发表于 2026-4-20 14:01:28
