2019年6月24日，美国工程院院士、美国艺术与科学院院士、美国科学促进会会士、麻省理工学院机械工程系陈刚教授在李政道图书馆B1报告厅做客第130期大师讲坛，为交大师生带来题为“Innovation in Materials and Devices for Efficient Solar and Thermal Energy Utilization”的精彩报告。本次活动由材料科学与工程学院崔可航副教授主持。

材料科学与工程学院副院长邓涛教授为本次活动热情致辞，并介绍了陈刚教授的主要工作经历及学术成就。

陈刚教授首先介绍了美国麻省理工学院机械工程系近年来开展的创新教育改革情况。随后，他以全球面临的能源挑战为切入点，重点介绍了其课题组近年来在纳米尺度传热传质理论研究领域的重大突破，以及基于太阳能、热能利用的最前沿科学研究工作，包括：太阳能电池、热电材料、导热材料、储能、电池热管理、太阳能海水淡化等。其研究团队采用新型纳米结构来降低单晶硅薄膜厚度，大幅降低了太阳能光电转化的成本。同时，他们使用透明的热绝缘气凝胶技术来替代太阳能真空管集热器，有效降低了聚光太阳能系统的成本，提高了光热转化效率。接下来，他介绍了热电材料。其研究团队通过设计纳米结构并将理论计算与实验结合，大幅度提高了热电材料的转化效率和低品位热能的利用率。同时，其通过开发红外反射结构，优化了热光伏器件，大幅度提高了热辐射光子转换成电能的效率。通过使用相同的红外反射结构，将白炽灯的照明效率由3%提升至20%。在电池热管理方面，其研究团队把常用的电池改装成热电转换装置，利用电池热端和冷端的循环温差实现了高效能源转换。他谈及全球海水淡化问题时指出，其研究团队通过设计选择性光吸收表面结构，开发了新型高效锅炉，可以在非聚光条件下实现水的沸腾，未来有望大范围应用于蒸汽消毒等领域。最后，他介绍了研究团队在导热、隔热材料方面取得的开创性工作。一般认为塑料是热的绝缘体，其研究团队通过合理调控分子取向，使得塑料具有和金属相似的导热率，并且通过调节衣物纤维的尺寸，设计了新型纺织物。这种纺织物具有光学选择性，在可见光波长范围内不透明，但却具有极高的红外热发射率。穿着该纺织物，可以在高温天气下实现体温调节。

在提问互动环节中，同学们反响非常热烈。陈刚教授耐心回答了关于界面蒸发、电池内部充放电效率损失以及人类未来能源结构等问题。他指出，未来该学术领域的主要科学研究应聚焦于实用性，致力于提高各种能源转换效率，从而有效降低能源转化成本。

【嘉宾简介】

陈刚，美国工程院院士，美国艺术与科学院院士，美国科学促进会院士，台湾中央研究院院士。他是麻省理工学院Carl Richard Soderberg讲席教授，是麻省理工学院机械工程系系主任、美国能源部“固态光热转换能源前沿研究中心”主任。陈刚教授于加州大学伯克利分校获得机械工程博士学位，先后执教于杜克大学和加州大学洛杉矶分校，于2001年加入麻省理工学院。他所获得荣誉包括美国自然科学基金会青年研究员奖，R&D 100奖，美国机械工程师学会传热学纪念奖和Frank Kreith纪念奖，日本机械工程师学会Nukiyama纪念奖，工程科学学会Eringen Medal。他是美国物理学会和美国机械工程师学会的终身会士。

他出版了1本专著，参与合著其他10本专著；他发表了160多篇期刊论文，他在240多个国际会议和国际研究组织中发表了主题演讲和特邀演讲。

【背景介绍】

从太阳和地球资源中获得热能是人类历史发展的主要动力。90%以上的人类社会的能源都是先转换成热能获得的，但是其中只有40%的热能被有效利用，这远低于热力学第二定律的理论效率。对于纳米尺度热传递与能源转换的理解可以开发出新的材料和器件，从而有效地提高热利用的效率。

陈刚教授的研究涉及热传递、纳米技术和能源，主要包括微米和纳米尺度能量转换与能量传输机理的实验、理论和数值计算；具有高和低导热率的纳米工程材料；热辐射和电磁超材料；固体能量转换系统、微机电系统、热感应传感器；水处理和海水淡化。2009年，陈刚领导的团队通过实验证实物体极接近的热辐射传输，可高到定律所预测的千倍，即打破了德国物理学家普朗克于1900年创立的黑体辐射定律的预测。陈刚率先研究量子结构中的热传导，他的研究结果推动纳米结构的热电材料的研发。他在刊物中发表有关纳米结构中的热传导、热电传输理论和性能评估，以及辐射热方面的文章。