简介

  • 出生年月:1969年4月;籍贯:云南;民族:汉;性别:男
  • 专业领域:室温液态金属、工程热物理、生物医学工程
  • 现任职务:中国科学院理化技术研究所双聘研究员/清华大学医学院生物医学工程系教授
    兼低温生物医学工程学北京市重点实验室主任
    兼中国科学院大学未来技术学院液态金属物质科学与技术教研组主任
    兼中国工程院院刊《Frontiers in Energy》副主编
    兼《中国科学•技术科学》中英文刊物青年编委

联系方式

  • 地址:中国科学院理化技术研究所,北京100190
  • 电话:(010)82543765
  • 传真:(010)82543767
  • 邮箱:jliu#mail.ipc.ac.cn(将#替换成@)

教育及工作经历

  • 1987.09-1992.07 清华大学热能工程系,燃气轮机专业工学士
  • 1989.09-1992.07 清华大学物理系,现代应用物理专业理学士
  • 1992.09-1996.02 清华大学热能工程系,工程热物理专业工学博士
  • 1996.03-1997.10 清华大学热能工程系,热工学教研组讲师
  • 1997.11-1999.06 美国Purdue大学机械工程学院,博士后
  • 2002.03-2002.06 美国麻省理工学院机械工程系,高级访问学者
  • 2004.04-2005.05 清华大学经管学院高级经理工商管理精选课程结业
  • 1999.06-2008.07 中国科学院理化技术研究所低温中心,百人计划研究员
  • 2008.08- 至今 中国科学院理化技术研究所,双聘研究员
  • 2006.08- 至今 清华大学医学院生物医学工程系,双聘教授,百人计划教授

研究兴趣

  • 生物传热传质学(低温生物医学、肿瘤热疗物理学、传热学、低温及制冷)
  • 室温液态金属物理学(生物材料、芯片冷却、印刷电子与3D打印)
  • 先进能量捕获与发电技术(人体能量捕获、植入式医疗电子供能、绿色能源)
  • 健康管理与普惠医疗仪器(手机生物医学工程、无线移动健康技术、智慧家庭)

论著及专利情况

出版有9部跨学科前沿著作(多为国内外首版,其中之一已被印刷5次,包括我国台湾繁体字版)及17篇应邀著作章节;发表期刊论文420余篇(含18篇知名英文刊物封面或封底文章),研究工作因突破性频繁被国际著名科学杂志、新闻电视及专业网站如Nature、Nature Materials、Science News、New Scientist、MIT Technology Review、Daily Mail、IEEE Spectrum、ASME Today、Phys.org、Chemistry World、News Week、Fox News、CCTV、路透社等专题报道和评介,在世界范围内产生了重大影响;先后申报发明专利200余项(已获授权120余项),成果促成了若干高新技术企业的创建和发展。

人才培养情况

曾5次荣获中国科学院优秀教师奖或优秀研究生指导教师奖。先后指导毕业博士、硕士生50余名,以及10余名博士后,30余名本科毕业设计,其中有数十人才先后获得全国性、市级、校级或所级奖励或奖学金。

获奖及荣誉(排名第一或为通讯作者)

  • 1. 获得威廉•伯格奖(The William Begell Medal,国际传热界最高奖项之一,2014) (每4年颁发1次,每次选出1名,全球华人学者首次获得此奖)
  • 2. 入选2015两院院士评选中国十大科技进展新闻(项目主持人)
  • 3. 入选科技盛典CCTV 2015年度十大科技创新人物(个人奖)
  • 4. 入围2014两院院士评选中国十大科技进展新闻(全国20名,项目主持人)
  • 5. 2014中国制冷学会技术发明一等奖(排名1)
  • 6. 2016年度北京市科学技术奖一等奖(排名4)
  • 7. 中国青年科技奖,2007(个人奖)
  • 8. 茅以升科学技术奖—北京青年科技奖,2008(个人奖)
  • 9. 美国机械工程师学会会刊ASME Journal of Electronic Packaging 2010-2011年度唯一最佳论文奖(中国大陆学者首次获得此奖,通讯作者),2011
  • 10. 第三届中国科学院科技成果在京转化先进团队特等奖(排名1),2013 注:该奖项设立以来首次颁发特等奖
  • 11. 入围美国科技界奥斯卡2015 R&D 100 Awards Finalists
  • 12. 2015中关村十大科技创新成果奖(项目主持人)
  • 13. 入选美国《Popular Science》(中文版)评选的2016年度全球100项最佳科技创新奖 (发明及项目主持人)
  • 14. 获《制冷学报》1979-2010发表文章高被引论文奖 注:30年间发表全部文章选出10篇获奖文章中排名第一
  • 15. 获2015中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖
  • 16. 2014中国技术市场协会金桥奖(排名1)
  • 17. 北京市技术市场金桥奖项目一等奖,2011(排名1)
  • 18. 国家自然科学基金工程热物理学科项目结题获评“优+”,2011(项目主持人)
  • 19. 中国科学院BHBP优秀教师奖(全科学院20名),2010
  • 20. 中国国际工业博览会创新奖,2008(技术发明人)
  • 21. 国家自然基金委机械学科优秀项目奖(项目主持人,400余项中选出10项),2008
  • 22. 中国科学院朱李月华奖教金(全科学院100名),2008
  • 23. 中国科学院优秀研究生指导教师奖(全科学院50名),2007
  • 24. 获四年一度召开的第22届国际制冷大会(22th Int. Cong. Refrigeration) 最佳张贴论文奖Best Poster Award(通讯作者之一),2007
  • 25. 中国科学院优秀研究生指导教师奖(全科学院49名),2006
  • 26. 中国科学院优秀教师称号,2006
  • 27. 清华大学百人计划入选者,2005
  • 28. 国家杰出青年科学基金获得者,2003
  • 29. 中国科学院百人计划入选者,1998

代表性科学技术成就和学术贡献

一、室温液态金属物质科学与技术探索

   室温液态金属是一大类新兴功能物质,但其诸多属性和用途长期鲜为人知。作为先行者,带领学生率先揭开了该领域系列全新科学现象、基础效应和变革性应用途径,在较广层面实现了全面突破,提出并推动了中国液态金属谷与全新工业体系的创建。有评论认为是人类利用金属的第二次革命,正催生万亿级产业航母。团队十多年来的努力,使我国室温液态金属基础研究与应用持续处于世界前沿地位,助推了国家原创科技与产业的进步。

(1) 液态金属基础科学现象与效应的发现

   发现了30余项基础科学现象与效应,为认识液态金属物质属性做出显著贡献,在世界范围内产生重大影响。著名的Nature、Nature Materials、Science News、New Scientist、Discover、Daily Mail、Phys.org、Chemistry World、News Week、Fox News、CCTV、路透社等对此有持续广泛的专题报道和评介。

   在液态金属可控变形效应方面,首次揭开了外场(如:电、磁、化学、力、热场等)下处于液体中的液态金属可在不同形态和运动模式之间发生转换系列基础现象,如大尺度变形、自旋、自剪切、定向运动、融合与分离、射流、逆重力爬行、褶皱波等效应,改变了人们对于传统材料学、流体、软物质及刚体机器的既有认识,引发国际广泛反响和热议,被普遍认为是观念性突破和重大发现,“预示着柔性机器人新时代”。

   在自驱动液态金属机器效应方面取得首创发现,这一借助“吞食”其它金属获取动力的金属机器模式为研发自主可变形机器乃至超越传统的柔性电源与动力系统奠定了基础,文章Almetric影响力指数在《先进材料》排名第一,且为年度下载量最多论文。此外,还发现过渡态机器效应,液态金属微型马达的产生、碰撞、吸引、反弹、融合效应,以及宏观布朗运动模式、电场加速效应、磁陷阱效应等。研究产生重大国际影响,入选“2015两院院士评选中国十大科技进展新闻”,“CCTV科技盛典2015十大创新人物”。

   在液态金属固液组合机器效应方面,首次发现浸润于液态金属中的铜金属丝会发生周期性自激振荡效应,且可由不锈钢丝实现调频调幅。这一突破性发现革新了传统界面科学知识,开启了研制组合机器新思路。其余发现还包括,金属颗粒触发型液态金属跳跃现象,可实现运动起停、转向和加速的磁性固液组合机器,以及被称作“小机器、大进展”的液态金属轮子驱动的车辆。固液组合效应的发现,使液态金属机器有了功能性内外骨骼,将提速柔性机器研制进程。

(2) 液态金属芯片冷却与能源利用技术体系构建

   针对高端芯片严重受制于“热障”的世界性难题,首创有重大观念突破性意义的液态金属芯片冷却方法,获得业界首项发明专利,构建了相应理论与技术体系,涉及室温液态金属强化传热、相变与流动理论,电磁、热电或虹吸驱动式芯片冷却与热量捕获,微通道液态金属散热,刀片散热,混合流体散热与废热发电,低熔点金属固液相变吸热,提出无水换热器工业,发明自然界导热最高的液态物质-纳米金属流体及热界面材料等。液态金属在室温至2000°C均能保持液相,打破了传统热管理模式。此前,工业界数十年来主要沿用空冷、水冷及热管散热,但技术趋于瓶颈。新技术在高功率密度电子芯片、光电器件以及国防领域的极端散热上有重大价值,并被拓展到消费电子、能量储存、智能电网、低成本制氢、光伏发电、高性能电池及热电转换等领域。研究获《ASME Journal of Electronic Packaging》年度唯一最佳论文奖、中国国际工业博览会创新奖、北京市技术市场金桥奖项目一等奖等。

(3) 液态金属电子增材制造理论与应用技术体系构建

   增材制造被普遍认为是“第三次工业革命”重要引擎,其研发密集引起世界各国工业界和政府广泛重视。从崭新的学术思想出发,创建了有新工业意义的液态金属印刷电子学,提出系列快速制造电子电路及功能器件的方法、技术以及旨在发现新型功能墨水的液态金属材料基因组策略,被认为有望改变传统电子及集成电路制造规则。

   在重大装备方面,研发出世界首台液态金属桌面电子电路打印机;提出并证实可在任意固体表面和材质上直接制造电子从而使“树叶也可变身电路板”的液态金属喷墨打印技术,被认为“围绕在不同表面打印电路的竞赛可以终结了”;提出室温金属3D液相打印以及终端功能器件混合打印的思想,并研发设备,改变了传统技术不能同时打印高熔点金属与非金属的格局,为我国在变革性3D打印领域赢得优势。

   成果引发业界震动,被MIT Technology Review、IEEE Spectrum、ASME Today、Phys.org、Chemistry World等数百国际科学杂志或专业网站专题评介。业界认为:“找到室温下直接制造电子的方法,就意味着打开了极为广阔的应用领域乃至通过家用打印机制造电子器件的大门”。成果入选美国《大众科学》(中文版) 2016全球100项最佳科技创新奖,2015中关村十大科技创新成果;入围美国科技界奥斯卡2015 R&D 100 奖(全球200名);入围2014两院院士评选中国十大科技进展新闻(全国20名),中国工程院为此来函,指出“成果对该领域工程科技发展将起到巨大的推动作用”、“取得了突破性的研究进展”。

(4) 液态金属生物材料学理论与技术体系构建

   在生物医学领域,独特的液态金属带来了观念性变革。提出并构建了液态金属生物材料学新领域,开辟了崭新的医疗技术方法。系列工作被众多国际顶尖科学杂志或科技报道如New Scientist、MIT Technology Review、IEEE Spectrum、Daily Mail、News Week、Fox News、CCTV等专文评介。典型工作如下:

   液态金属神经连接与修复技术:刘静团队首创了全新原理的液态金属神经连接与修复技术,可迅速建立损伤神经之间的电信号通路,由此可显著降低肌肉功能丧失的风险并提高神经再生能力。该工作为神经连接与修复这一世界性医学难题的解决开辟了全新方向,为众多国际科学杂志和专业媒介广泛评介,有评论认为是“令人震惊的医学突破”,影响较为深远。

   液态金属高分辨血管造影术:团队首创的室温液态金属血管造影术,使得极细微的毛细血管在X光或CT下能以高清晰方式显现出来。业界评论认为,新技术提供了“前所未有的细节”、“采用相对简捷的方法解决了无比复杂的问题”、“革新了我们对于自身的认识”。团队还建立了借助液态金属阻塞血管的肿瘤诊疗一体化技术,开辟了肿瘤医学新途径。

   液态金属内外骨骼技术与注射电子学:这是一种全新概念的可注射型液态合金骨水泥技术,可实现高度微创的骨骼原位加固和修复,打破了传统骨水泥范畴。基于金属液-固相转换机制,团队还建立了刚柔相济型“液态金属外骨骼技术”。从液态金属电学特性出发,则提出了注射电子学思想及植入式医疗器械在体3D打印技术。

   液态金属皮肤电子技术:皮肤电子学是正在兴起的柔性电子应用领域,但已有方法通常无法直接在皮肤上制作电子器件。团队首创的液态金属模板喷印技术,可在皮肤上快速构建用以检测生理信号的元件;该技术还被证实可用于皮肤黑色素瘤的低压电学治疗。

   碱金属流体肿瘤消融治疗技术:团队发明了利用碱金属流体制剂实现肿瘤高温消融治疗的全新方法,可确保高强度热量只在目标部位释放。这种类似于传统打针吃药的医学模式,使肿瘤高温消融治疗真正实现了微创,业界有评论将其誉为“一个化学常识引发的颠覆性肿瘤治疗方法”。

二、生物传热学与普惠医疗技术研究

   除室温液态金属方面的工作外,还在工程热物理与生物医学交叉领域做出方向突破性贡献和成体系创新。

   生物传热学是广泛交叉于热科学、物理、临床医学与生命科学的新兴领域。从事研究20余年来,建立了系列新型高/低温医疗模式、生物传热理论、计算方法与热测试技术,出版系列前沿著作,构建了从低温到高温相对完整的生物传热学体系;曾提出纳米冷冻治疗学、碱金属热化学消融疗法、人体热舒适性神经响应理论等新方向,是有重要国际影响的学者。因“在热科学与技术领域的卓越贡献”,获国际传热界最高奖之一威廉•伯格奖(The William Begell Medal);该奖每4年颁发1次,每次从世界范围内仅选出1名学者授奖,获奖者应为:“在热科学与技术领域因卓越贡献而备受传热界尊敬,且其大会主题报告对热科学及工程学文献具有深远影响”。此外,还研发出系列先进医疗装备,其中国内外首台兼具深低温冷冻治疗与高温消融功能于一体的康博刀肿瘤治疗设备,通过临床试验获准进入市场,前期已产生较大社会效益;相应设备研制及产业化工作分获中国制冷学会技术发明一等奖及中国科学院科技成果在京转化先进团队特等奖(该奖设立以来首次唯一颁发,前两届均空缺)。

   在长期实践中,还于国内外较早提出低成本医疗思想,倡导普惠健康技术研究与应用,出版了均为国内外首部的前沿著作:《先进低成本医疗技术》及《手机平台上的生物医学工程学:原理及应用》,系统构建了学术体系,引起业界反响,促进了新兴学科和产业发展;提出微全医院、移动平台上的微型全科体检系统等新技术理念,研发的系列无线医疗设备形成市场知名产品。

成果应用情况简介

在若干重大实用装备技术的研制和新产业的推动上,带领团队研制开发出系列国内外领先的高性能仪器装备系统。代表性成果如下:

能源技术领域,液态金属芯片散热项目入选首批在京转化落地的重大科技成果,合作企业获得北京市重大科技成果转化和产业项目资金资助;带领团队研发出的系列高性能CPU液态金属散热器,投放市场并在国内外产生较大反响。此外,研制的大功率LED散热系统转让企业,形成系列产品,并在行业内产生重要影响。

高端医疗仪器技术领域,首创并研制成功兼具高、低温消融功能于一体的康博刀肿瘤微创治疗设备,综合性能显著优于国内大量进口的高端冷冻治疗设备,成果转让企业,合作企业获得北京市重大科技成果转化和产业项目资助,相应医疗设备在多家医院开展规模化临床试验,产生较大社会效益和影响,产品即将进入市场。

普惠健康技术领域,前瞻性地于国内外较早启动了系统深入的技术探索,发明并带领团队研发出诸多无线移动健康监测仪器,部分成果如手机无线心电、手机无线体温监测与记录技术转让企业,多款产品显著超前于国内外有关企业率先通过临床试验,获得医疗器械产品注册证书并投放市场,在业界产生较大反响。

印刷电子技术领域,发明并研制出世界首台液态金属个人电子电路打印机、首台室温金属3D打印机,以及首台可在各种表面印制电路的普适性液态金属喷墨打印机,已形成系列产品并开始提供企业,近期拟规模化投放国内外市场。

电子材料技术领域,发明、研制并转让合作企业的液态金属热界面材料、液态金属电子手写笔及电子墨水等已形成系列产品,并帮助企业构建生产线,有关产品近期将规模化投放国内外市场。

某些特殊技术领域,发明并研制出系列灵巧型固液相变散热器,批量提供有关单位使用,解决了相应系统上的高热流密度芯片冷却问题,性能受到用户单位高度评价(用户意见),提出的应用技术方案推动了相应领域的发展。

代表论著[查看全部]