光學(xué)顯微譜新篇，跨界應(yīng)用開新局

“雙碳”減排是持久戰(zhàn)，科技創(chuàng)新是突圍關(guān)鍵。改革開放以來，我國城市化進(jìn)程已持續(xù)高速發(fā)展44年，人均住房面積增長4.5倍，截至2002年末，全國既有建筑面積達(dá)388億平方米，其中城市既有建筑面積為131.8億平方米。城市建筑密度愈來愈大，不僅土地變得寸土寸金，陽光也成為了稀缺資源。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，全球每年生產(chǎn)生活照明用電量約3.51萬億度，我國約1.45萬億度，其中白天照明約占室內(nèi)照明總能耗的63.46％。最環(huán)保的節(jié)能方式就是充分利用日光。

然而，受建筑結(jié)構(gòu)遮擋和日照角度影響，自然采光普遍存在有效時(shí)間短、縱深位置照明不充分等問題，大跨建筑自然采光的遮擋影響則尤其嚴(yán)重。因此，即便室外日照充足，但室內(nèi)仍需主動(dòng)照明，才能滿足采光需求。當(dāng)前國內(nèi)外市場上的自然采光井、采光窗、導(dǎo)光膜等產(chǎn)品受限于工作機(jī)理，在透光效率、光譜范圍以及生產(chǎn)成本等方面無法滿足人們在高效、節(jié)能、健康方面的采光需求。

開拓創(chuàng)新跨界應(yīng)用，破解建筑行業(yè)難題

哈爾濱工業(yè)大學(xué)儀器學(xué)院現(xiàn)代顯微儀器研究所劉儉教授團(tuán)隊(duì)首次將顯微儀器中的光場調(diào)制技術(shù)跨界應(yīng)用于建筑采光領(lǐng)域，開發(fā)了自然采光屏／幕／膜系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)高度集成化的片上納米光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與精密制造，破解了大縱深建筑自然采光難題。2022年12月，該項(xiàng)技術(shù)獲得黑龍江省重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化項(xiàng)目支持，由榮儀尚科光電技術(shù)（哈爾濱）有限公司進(jìn)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化。據(jù)劉儉教授介紹，該產(chǎn)品有4個(gè)主要應(yīng)用場景：

1）節(jié)能照明：傳統(tǒng)的自然采光，光線入射到室內(nèi)后，往往是窗口附近很亮，但室內(nèi)深處仍然昏暗，大縱深房屋結(jié)構(gòu)自然采光問題尤為突出。劉儉教授團(tuán)隊(duì)研制開發(fā)的自然采光窗簾產(chǎn)品，可見波段全譜透過率最高可達(dá)到95％，可使照明縱深可提升10倍以上，室內(nèi)深處照明亮度提高2－6倍以上，有效采光時(shí)間可延長1小時(shí)以上。“每日白天熄燈1小時(shí)”將產(chǎn)生巨大的節(jié)能效益。

2）健康照明：我國60歲以上老年人口近3億人，健康照明需求廣泛。不便戶外活動(dòng)的老人和孩子，長期居家不能充分享有日照產(chǎn)生諸多健康問題。充足的日照能預(yù)防流感，流感在冬季高發(fā)與曬太陽少有關(guān)，這是因?yàn)轶w內(nèi)維生素D合成減少，導(dǎo)致免疫力下降。此外，日光還有助于增強(qiáng)新陳代謝，調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)，提高造血功能，具有避免貧血和精神抑郁的作用。充足的陽光是高品質(zhì)生活的健康保障。

3）隱私保護(hù)：現(xiàn)代都市建筑密度高，低樓層場所與街、道、路、橋的緩沖距離較小，90％的家庭和辦公場所白天也需使用窗簾保護(hù)室內(nèi)活動(dòng)的私密性。自然采光屏／幕／膜是一種微光學(xué)制品，光線傳播路徑經(jīng)過調(diào)制，現(xiàn)有影像設(shè)備和人眼無法透過這種特殊介質(zhì)對(duì)室內(nèi)場景成像，因此可在保持高效采光的同時(shí)，兼顧隱私保護(hù)，省電又健康。

4）農(nóng)業(yè)增收：光照是農(nóng)作物生長的核心要素，合理利用自然光照明可顯著提升農(nóng)作物品質(zhì)和產(chǎn)量。近年來，光配方技術(shù)發(fā)展為高價(jià)值農(nóng)作物提質(zhì)、增產(chǎn)做出了重大貢獻(xiàn)，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，2021－2022期間產(chǎn)業(yè)規(guī)模復(fù)合增長率達(dá)到24％。但高功率大范圍LED照明設(shè)施建設(shè)成本高、耗電巨大，自然采光屏／幕／膜系列產(chǎn)品具有日光傳輸效率高、光譜范圍寬，采光時(shí)間長，照明均勻度高等優(yōu)點(diǎn)，未來在智慧低碳農(nóng)業(yè)方面將會(huì)大有作為。

創(chuàng)新技術(shù)打破壁壘，跨界助力低碳減排

為了深入貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院關(guān)于推進(jìn)碳達(dá)峰工作的總體部署，服務(wù)國家碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略，劉儉教授介紹，哈爾濱工業(yè)大學(xué)積極響應(yīng)國務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，將協(xié)同創(chuàng)新納入學(xué)校第十三次黨代會(huì)及“十四五”發(fā)展規(guī)劃重點(diǎn)任務(wù)，充分發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢、科研優(yōu)勢，為碳達(dá)峰、碳中和提供智力支持。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展正處在提質(zhì)增效、爬坡過坎的關(guān)鍵時(shí)期，創(chuàng)新型國家建設(shè)是必由之路?？珙I(lǐng)域需求牽引與交叉融合，更容易打破思維定式，從而對(duì)技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生意想不到的啟發(fā)作用。

目前，哈爾濱工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院積極適應(yīng)國家科技發(fā)展新形勢、新要求，將學(xué)科發(fā)展主動(dòng)融入國家發(fā)展的戰(zhàn)略全局，在堅(jiān)持有所為、有所不為的同時(shí)，通過跨領(lǐng)域協(xié)作，拓展了發(fā)展路徑，釋放了發(fā)展?jié)摿?，圍繞“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，形成技術(shù)進(jìn)步與應(yīng)用創(chuàng)新的協(xié)同互動(dòng)，初步探索了由內(nèi)而外的“科技先導(dǎo)”和由外而內(nèi)的“需求牽引”雙驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新模式，對(duì)于面向知識(shí)社會(huì)的科技創(chuàng)新體系建設(shè)和面向服務(wù)的行業(yè)科技創(chuàng)新體系建設(shè)具有重要的示范和推廣意義。

自然光照明屏／幕／膜產(chǎn)品面向低碳照明、智慧照明和健康照明開創(chuàng)了一種新的產(chǎn)品形式，可廣泛用于辦公、居家、賓館、機(jī)場、醫(yī)院、養(yǎng)老院、博物館以及科技和農(nóng)業(yè)設(shè)施等的建筑采光，是通過需求牽引啟發(fā)技術(shù)創(chuàng)新的典型范例，但對(duì)于這樣的跨領(lǐng)域創(chuàng)新成果，最終進(jìn)入建筑材料市場，進(jìn)入房地產(chǎn)行業(yè)，還需要在新產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制定、行業(yè)準(zhǔn)入等方面得到有關(guān)部門的關(guān)注、引導(dǎo)和支持。積極營造跨領(lǐng)域創(chuàng)新生態(tài)，打破傳統(tǒng)思維定式和行業(yè)準(zhǔn)入壁壘，助力跨領(lǐng)域創(chuàng)新成果落地轉(zhuǎn)化與應(yīng)用，對(duì)科技體制改革和企業(yè)創(chuàng)新模式探索具有重要意義。

科研創(chuàng)新永無止境，劉儉教授團(tuán)隊(duì)牢記科研工作“四個(gè)面向”的初心使命，不拘一格打破行業(yè)思維定式，始終朝著“光”的方向前行，希望該項(xiàng)成果蘊(yùn)藏的創(chuàng)新價(jià)值和產(chǎn)業(yè)機(jī)遇得到被充分挖掘，在未來廣泛應(yīng)用中，為提高人民生活質(zhì)量、提高社會(huì)生產(chǎn)效率做出積極貢獻(xiàn)。

審核編輯 ：李倩