微型固态电池：前沿领域的机遇与探索

我们要为大家介绍西安交通大学仪器科学与技术学院刘洋洋老师团队所研究的“微型固态电池器件”方向，让我们开启这场关于前沿科技的云游吧！

科技之河，从哪一滴水开始奔流？

    刘洋洋老师在博士阶段的研究聚焦金属锂负极，其能量密度潜力无可比拟。但核心瓶颈在于本质不稳定性：活泼的金属锂与液态电解质接触，宛如打开潘多拉魔盒 —— 不可控的副反应、锂枝晶滋生及随之而来的安全风险，严重制约了实际应用。对这些棘手问题的深刻认知，坚定指引他投身固态电池研究。

刘洋洋老师从事的研究方向：

  微型固态电池器件开发

  柔性水系储能器件

  极端环境下电池监测

 固态电池的优点

✅ 能量密度之王，让设备电力十足

✅ 超级安全卫士告别火爆脾气

✅ 长寿老寿星循环充放经久耐用

✅ 极速充电侠充电如闪电

 核心技术

核心技术一：电解质材料的“精准定制”

     没有一种电解质能适合所有场景，因此根据需求选择并优化材料体系是首要核心技术：

 ·聚合物体系：是柔性、可穿戴设备的绝对主力。它们像“可塑橡皮泥”，易于加工成超薄薄膜，具备极佳的柔韧性和拉伸性，能满足设备弯曲、折叠的需求。

 · 硫化物体系：是高功率、高能量密度场景的追逐焦点。其离子电导率堪比液态电解质，能让电池实现快速充放电，是追求性能突破的“王牌”。

 · 氧化物/卤化物等体系：则在高稳定性等特定赛道上展现潜力。

核心技术二：界面工程的“微观手术”

   “固-固”界面接触差、阻抗大，是阻碍离子传输、导致电池性能衰退的最核心瓶颈。因此，界面调控是必须攻克的关键技术。

 · 界面工程：如同在电极与电解质之间架设“原子级高速公路”。通过引入缓冲层、进行表面修饰或化学反应，亲密贴合两者，极大降低离子传输阻力。

 · 复合结构设计：打破传统的“三明治”堆叠思路，在微观层面构建你中有我、我中有你的三维互穿网络结构。这能极大地增加接触面积，让离子在界面间“畅通无阻”，是实现高稳定循环的保障。

    总结而言，柔性固态电池的未来，正依赖于“材料创新”与“界面手术”的深度融合。通过为不同应用场景精准定制电解质，并运用先进的界面工程技术解决固固接触难题，我们才能最终实现兼具高性能、高安全性与出色柔性的未来能源器件。

 应用场景

微型固态电池：小身材，大能量，专为尖端设备供电

1. 可穿戴医疗设备：更安全，更耐用

  · 用于： 心脏起搏器、血糖监测仪等

  · 优势： 绝对安全不漏液，体积小能植入，续航长达数年，避免频繁手术更换。

2. 太空传感器：轻装上阵，持久工作

  · 用于： 微型卫星、空间探测器

  · 优势： 极高的能量密度，大幅延长工作时间，并能耐受太空极端环境。

3. 微型机器人：动力强劲，快速回血

 · 用于： 管道检修、灾后搜救机器人

 · 优势： 能提供瞬间大功率，支持机器人快速移动，并实现极速充电。

4. 智能标签：一次安装，终身免换

 · 用于： 商品电子价签、资产追踪器

 · 优势： 超长寿命，理论上在设备生命周期内无需更换电池，适合大规模使用

走进仪器专业

Enter the Instrument Major

    当你用手机导航、用智能手表监测健康时，是否想过，这些便捷功能背后依赖的精准数据从何而来？从无人驾驶汽车的“眼睛”，到基因测序仪的“双手”，再到“中国天眼”捕捉宇宙信号的“耳朵”，这一切的实现，都指向同一个幕后英雄——仪器科学与技术。这是一个关于如何创造“感官”、如何让机器“感知”世界的学问。想知道它如何塑造我们的未来吗？故事，从这里开始。

仪器是什么？远超你想象的“万能感知器”

     仪器，远不止于实验室中的显微镜或万用表。它的本质是信息的获取、处理与应用的系统。

 · 人体的延伸：它是人类的“千里眼”（遥感卫星）、“顺风耳”（声纳系统）、“显微镜”（电子隧道扫描）和“体温计”（一切温度传感器）

 · 机器的感官：它是无人车的激光雷达“眼睛”，是工业机器人的力控“触觉”，是智能工厂中监测状态的“神经末梢”。

 · 数据的源头：在大数据与人工智能时代，高质量的数据是算法的粮食，而仪器，正是这宝贵粮食的唯一生产者。

学什么？打造“软硬兼施”的顶级工程师

     仪器专业是典型的交叉学科之王，它培养的是既能动手造硬件，又能编程写软件的复合型人才。你需要学习：

1. 硬件基石

 · 电子技术：为仪器打造强大的“心脏”和“神经电路”。

 · 精密机械：设计稳定、可靠的“身体骨架”，确保测量的精准。

 · 光学工程：掌握光的奥秘，打造高分辨率的“眼睛”。

 · 传感器技术：核心中的核心，研究如何将物理、化学信号转化为电信号。

2. 软件与智能

 · 信号与系统：理解信息的语言，学会从噪声中提取有用信号。

 · 嵌入式系统：为仪器装上可编程的“大脑”，实现智能化控制。

 · 数据处理与人工智能：用算法挖掘数据深处的价值，实现预测、诊断和优化。

 · 自动控制原理：让仪器不仅能感知，还能自主做出反应和决策。

去哪里？未来就业方向

     仪器专业的毕业生，是高端制造业和国家战略领域中供不应求的稀缺人才。他们的身影活跃在：

 · 航空航天：导航制导系统、飞行器状态监测、航天器载荷。

 · 智能制造与机器人：工业物联网、精密测量、机器人感知与控制。

·生物医疗：高端医疗影像设备（CT/MRI）、智能诊疗仪器、可穿戴健康监测设备。

 · 半导体与芯片：晶圆检测设备、光刻机中的精密对准与测量系统。

 · 汽车工业：智能驾驶传感器系统、车载智能仪表。

 · 科学研究：为前沿大科学装置（如“中国天眼”、对撞机）研制独一无二的测量仪器。

关于专业分流

Regarding Professional Diversion

   仪器学院将于大一上学期末进行分流：测控，智能感知，面对新的岔路口，我们又该何去何从？刘洋洋老师为我们指明方向——未来工程师，请选择你的赛道：是成为精准系统的构建者，还是赋能万物的感知者？

1测控技术与仪器:系统的构建者与指挥官

    如果你痴迷于硬件系统，享受让复杂机器精准运行的成就感…

→ 那么，这是你的主场

    测控专注于系统设计、信号处理与控制理论，目标是打造高度集成、稳定可靠的精密测控系统。测控是硬件与自动化的结合，确保每一个指令都被精确执行，每一个数据都被准确捕获。

· 核心标签： 硬件系统、自动控制、精密测量、系统集成。

· 适合人群： 喜欢动手搭建，对自动化、机器人、精密仪器有浓厚兴趣的“实干家”。

· 职业画像： 自动化系统工程师、精密仪器设计师、控制算法专家。

2智能感知工程:数据的解读者与赋能者

    如果你着迷于前沿传感，渴望用数据与算法让世界变得更智能…

→ 那么，这是你的舞台

    智感侧重于先进传感技术、数据融合与人工智能的应用。目标是让系统不仅“感知”世界，更能“理解”世界。我们是算法与应用的先锋，为万物互联赋予真正的智能。

· 核心标签： 智能传感、数据融合、人工智能、物联网。

· 适合人群： 对算法、智能系统和前沿传感器技术充满好奇的“创新者”。

· 职业画像： 智能传感器专家、物联网架构师、AI 算法工程师。

    投身「测控」，成为复杂系统的基石，用严谨的逻辑构建世界的自动化蓝图。

    探索「智能感知」，成为智能时代的先锋，用敏锐的数据洞察定义万物的互联互通。

    希望你能根据你的兴趣与职业愿景，找到最能点燃你热情的方向。

对科研的距离感说NO

    你是否觉得前沿领域与本科生的距离很远？或许你想象中，前沿科技藏在实验室的精仪器里，写在难懂的学术论文中。但真相是——它早已悄悄潜入你的生活。

✨ 你手腕上的智能手表，用上了微型固态电池技术，续航变得更长、体积更薄

✨你每天刷的校园卡，背后的射频识别正朝着更低功耗、更长寿命进化

✨你在实验室调试的传感器，正是智能感知系统的“神经末梢”

✨前沿科技，从来不是高高在上的神话

本科生如何揭开科研的神秘面纱呢？刘洋洋老师有话说——

2从“听”入手，感受科研氛围

· 核心动作：参加组会与讲座

· 机会就在身边： 许多研究生课题组的每周组会是对外开放的。这是感受科研讨论、学习思路和了解前沿动态的绝佳机会，欢迎大胆前来旁听学习。

· 拓宽视野：主动参加学校举办的各类科研训练讲座和技术讲座，捕捉兴趣点。

3从“课”奠基，借力新学科建设

· 善用课程资源： 随着学校新设储能专业等举措，我们可以很容易地接触到一系列与前沿技术紧密结合的课程，为科研打下坚实理论基础。

· 推荐课程示例：

 · 《材料科学基础》（材料学院）

 · 《电化学原理》（化学学院）

· 《固态离子学》、《能源材料与器件》、《纳米材料与纳米技术》等。

1从“读”开始，建立知识地图

· 核心动作：阅读综述文献

· 为什么？

  综述文献能帮你快速了解一个领域的全貌、关键问题和前沿方向，是建立知识体系最高效

的起点。

· 怎么做？

  从老师推荐或知名学术期刊中，找到你感兴趣领域的综述文章精读。

4从“做”深入，在实战中成长

· 核心路径：加入项目，动手实践

1. 参加“大创”项目： 这是为本科生量身定制的科研训练平台，是迈出第一步的完美选择。

2. 联系导师，加入实验室： 主动给感兴趣研究方向的老师发邮件或当面沟通，表达你的热情。可以从基础操作入手，逐步参与到人工智能、锂电池等前沿研究中。

3. 参与导师的开放课题： 许多导师会有专门面向本科生的子课题，这是接受直接指导的宝贵机会。

    总而言之，科研并非高不可攀，它就是一个 “主动探索 + 动手实践” 的过程。从阅读和旁听开始，勇敢地联系导师，利用好学校的项目与课程资源，你完全可以在本科阶段就投身于令人兴奋的前沿研究之中。

文案 | 科创部  邱子颖

美工 | 科创部  邱子颖

审核 | 梁渝普  苏榆涵