41歲美國斯坦福大學(xué)教授崔屹用來解決現(xiàn)實問題的尺度極其微小：納米。一根直徑0.05毫米的頭發(fā)，軸向平均剖成5萬份，每份的厚度才是1納米。

極小的尺度卻成為突破技術(shù)難題的窗口：高能量密度的硅負極電池、能過濾99%PM2.5又透氣的口罩、能透紅外線從而快速散熱的智能布料，這些無一不是崔屹通過納米技術(shù)發(fā)明的。

諸如此類的發(fā)明不僅讓出生于廣西來賓的崔屹成為頂級學(xué)術(shù)期刊的常客，獲得布拉瓦尼克青年科學(xué)家獎等獎項，還屢登《科學(xué)美國人》評選的年度“十大創(chuàng)新技術(shù)”，促成了安普瑞斯（Amprius）、4CAir兩家科技公司的誕生。

近日，崔屹接受了澎湃新聞（www.thepaper.cn）的專訪。回憶起約20年前，從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)，輾轉(zhuǎn)到哈佛大學(xué)讀博士，第一次接觸納米技術(shù)，崔屹說，當(dāng)時“也不是很知道納米能干什么，只是覺得這個領(lǐng)域有前途”。

崔屹能感覺到，從納米的視角看出去，世界變得更神奇了。堅硬的材料做成納米纖維，會變成可以彎曲而不會折斷的條塊；日常看起來黃金是金色，但到了納米尺度，它在溶液中呈現(xiàn)紅色；原本是惰性的材料在納米尺度上，可能變得異常“活躍”，容易燃燒。

2005年，崔屹開始在斯坦福大學(xué)任教，著手將納米技術(shù)用于電池的研究。回頭去看，有些驚訝的是，崔屹當(dāng)時的想法沒有得到很多人的支持。納米+電池？同行認為挑戰(zhàn)太大。一來納米材料的比表面積大，加重電解反應(yīng)，會增加副作用，二來納米材料如何有序堆積的問題尚未得到解決。“新的想法進來，受質(zhì)疑是很經(jīng)常的。”崔屹說。

最終，崔屹把這個他開創(chuàng)的研究領(lǐng)域堅持了下來，一一解決了技術(shù)上的難題。現(xiàn)在，他思考的是，如何從工藝上，把納米材料的價格降下來，讓更多人用得上。

創(chuàng)辦公司，把自己的技術(shù)轉(zhuǎn)化成商品，這個想法自然而然地產(chǎn)生在崔屹腦海中。更何況，他就身在硅谷。“我是從不懂開公司，到一邊開一邊學(xué)的。”崔屹說。2008年，專攻新型電池的安普瑞斯成立。2015年，生產(chǎn)新型口罩的4CAir成立。目前，他在籌劃一個新的商業(yè)模式的第三個高科技公司。

問及中美在對待科學(xué)家創(chuàng)業(yè)上的區(qū)別時，崔屹回答：“細節(jié)上，比如股份分配的靈活度上有很大區(qū)別。價值觀上，是不是教授創(chuàng)業(yè)就不務(wù)正業(yè)？這要有所改變。”

電池的“三步走”

就在接受澎湃新聞專訪的前一天，崔屹和諾貝爾物理學(xué)獎得主朱棣文合作的一篇論文剛在美國的《科學(xué)》雜志上發(fā)表。這是一次看起來跨界的研究——用冷凍電鏡觀察原子級金屬鋰的枝晶和固體電解質(zhì)界面膜（SEI）的納米結(jié)構(gòu)。

冷凍電鏡促成了3位科學(xué)家獲得今年的諾貝爾化學(xué)獎，是結(jié)構(gòu)生物學(xué)家的得力助手。2016年，受到生物學(xué)家的啟發(fā)，崔屹開始將冷凍電鏡用于電池研究。第一個他想借此回答的問題便是，金屬鋰的枝晶和界面膜在原子層面是什么樣的。

枝晶和鋰電池安全緊密相關(guān)，“充電的時候如果控制得不好，金屬鋰的枝晶會長出來，像一棵樹一樣”，枝晶會捅破電池正負極之間的隔膜，造成短路，甚至引發(fā)爆炸。

固體電解質(zhì)界面膜（SEI）則是負極材料和電解液接觸，生成的反應(yīng)物，厚度約為50個納米左右。這層膜影響著電池的穩(wěn)定性，決定著循環(huán)使用壽命到底是1000次還是10000次。

如果能看清金屬鋰枝晶的原子層面，知道界面膜的結(jié)構(gòu)，科學(xué)家就能進一步解決以金屬鋰為負極材料的鋰電池的安全問題，并使其壽命更長。但這個問題一直困擾學(xué)界半個世紀(jì)之久。金屬鋰的熔點低，使用電子顯微鏡觀察時，電子束會將它融化，“打出一個洞”，破壞了原本的結(jié)構(gòu)。直到冷凍電鏡的應(yīng)用，避免了這個問題。

崔屹為這項突破感到欣喜。他視金屬鋰為一種未來的電池負極材料，因為金屬鋰的能量密度高，如果解決了安全性等問題，可以將現(xiàn)在電動車電池的儲能翻倍。

崔屹向澎湃新聞介紹了他對未來電池正負極材料的發(fā)展路線規(guī)劃。目前鋰離子電池的主流正極是鈷酸鋰、磷酸鐵鋰或者三元材料，負極材料主要是石墨，其能量密度是有限的，最多約為300瓦時每千克。接下來第一步是將硅取代石墨作為負極材料，可將能量密度提升至400瓦時每千克。第二步，負極材料從硅換為金屬鋰，能量密度達到500瓦時每千克。第三步，正極材料改為硫，負極材料為金屬鋰的電池能量密度達到600瓦時每千克。

“能量密度達到500瓦時每千克時，特斯拉（一次充電）可以開800到1000公里，比燒油的車跑得還遠。”崔屹說。

在崔屹成立的安普瑞斯公司，“三步走”中的第一步正在走向現(xiàn)實，已經(jīng)量產(chǎn)了負極材料是硅和石墨混合物的電池。“硅的比例會慢慢調(diào)大，最后能量密度越來越高。”崔屹說。

他估計，“三步走”中的第二步，即以金屬鋰為負極材料的電池還需要學(xué)界5-10年的研究，“產(chǎn)業(yè)化則是10年開外的事”。

能過濾99%PM2.5的口罩

崔屹產(chǎn)生想開發(fā)新型口罩的念頭是在三年前，回了一趟中國之后，他發(fā)現(xiàn)霧霾很嚴(yán)重。回到斯坦福大學(xué)之后，他讓人買回了中國市場上各種各樣的PM2.5口罩。“吹得很牛，但大部分口罩對PM2.5不管用。”崔屹說，盡管有個別品牌的口罩過濾PM2.5的效率不錯，但存在不透氣的問題，戴著太悶。

“這是因為口罩的空氣阻力太大。”崔屹解釋。他想研發(fā)一款在保證過濾效率的同時，增加空氣流動性的口罩。這意味著口罩需要敏銳、特異性地捕捉PM2.5。

崔屹于是發(fā)明了一種納米高分子纖維的過濾膜，空氣阻力僅為市面上口罩的三分之一至二分之一，同時過濾效率達到99%。究其原理，崔屹解釋，納米高分子纖維直徑很小，帶有靜電，且電場梯度強，從而使其能“抓住”不帶電的PM2.5。

這一原理恰是朱棣文在1997年獲得諾貝爾物理學(xué)獎的依據(jù)。2015年，崔屹與朱棣文合作，成立了4CAir公司，著手把這一技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。不僅是口罩，他們還想生產(chǎn)基于這種過濾膜的紗窗，霧霾天不再需要緊閉門窗。

中國會是4CAir的主要面向市場，在深圳的分公司也已成立。崔屹透露，4CAir目前正在設(shè)計生產(chǎn)線，預(yù)計2018年能將基于這款過濾膜的產(chǎn)品進入市場。

快速散熱的智能布料：納米“保鮮膜”

“現(xiàn)在，全世界的能源消耗，13%用在空調(diào)上。”崔屹在報告時提到，一個人相當(dāng)于100瓦的燈泡，在非運動狀態(tài)下如何快速散熱成為他一段時間內(nèi)經(jīng)常思考的問題。

人體會自動調(diào)控體溫，散熱過程中，50%靠紅外線，其余是通過汗蒸發(fā)等。而絕大部分的布料是對紅外線不透明的。

有沒有什么材料可以讓紅外線通過？崔屹想到了冰箱里使用的保鮮膜。保鮮膜的材料是聚乙烯，對紅外線透明，但是對可見光也透明，不符合“遮體”的條件。

怎么辦？崔屹對聚乙烯進行改造，研發(fā)出納米多孔聚乙烯，通過控制納米孔的大小，讓可見光進行散射，解決了“布不遮體”的問題，同時紅外線和空氣可以隨意透過。

經(jīng)測試，裸露的話，體表溫度為33攝氏度，穿上納米多孔聚乙烯制成的衣服，體表溫度僅上升1攝氏度。相比之下，穿上棉質(zhì)衣服，體表溫度上升4攝氏度。

此外，據(jù)介紹，納米多孔聚乙烯能實現(xiàn)回收再利用。

斯坦福：允許教授一周花一天時間在公司上

崔屹的兩家公司都已步上正軌。他告訴澎湃新聞，自己正在籌劃第三個公司，將智能布料、水過濾等專利歸于一個控股公司，再分離出小公司來將專利快速產(chǎn)業(yè)化。

“我想把產(chǎn)業(yè)化加速，所以想了一個新的商業(yè)模式來進行。”崔屹說：“跟斯坦福談得很好，已經(jīng)敲定了。”

不可否認的是，斯坦福大學(xué)對教授、學(xué)生創(chuàng)業(yè)的支持，在很大程度上影響著崔屹。“斯坦福的機制非常靈活，專利的使用權(quán)方面非常成熟，很快就可以談妥，給教授很大的自由度進行創(chuàng)業(yè)，也不需要全職離開。”崔屹說。

2007年，崔屹一篇關(guān)于硅納米線用于電池的論文一發(fā)表，就有硅谷的風(fēng)投主動拋來橄欖枝。看似是自然而然的事，崔屹開始了自己的創(chuàng)業(yè)。“我是從不懂開公司，到一邊開一邊學(xué)的。”他說。

“斯坦福大學(xué)允許教授一周花一天時間在自己的公司上，我就按照規(guī)定最多花一天時間。”崔屹說自己主要的角色依然是大學(xué)教授。盡管經(jīng)過多年的操練，他已經(jīng)對開公司這件事的各方面很清楚，但他不參與公司的日常運營，而是雇傭職業(yè)經(jīng)理人來操辦。

這幾年，崔屹把分公司開到中國來，一方面感受到中國在越來越開放，但相比美國，步驟上依然要復(fù)雜一些。

談及中美在對待科學(xué)家創(chuàng)業(yè)上的差異，崔屹說，中國科學(xué)家“出山”創(chuàng)業(yè)，需要花很多時間處理條條框框，而在斯坦福大學(xué)，自由度上要大得多，“不需要經(jīng)過審批，也不用報備，只要和學(xué)校談好把專利拿出來辦公司，知道有公司創(chuàng)辦這么回事就好了”。

“細節(jié)上，比如股份分配的靈活度上也有很大區(qū)別。價值觀上，是不是教授創(chuàng)業(yè)就不務(wù)正業(yè)？這要有所改變。”崔屹說：“斯坦福的例子表明，做頂級的科研和開成功的公司不矛盾。”