香港理工大學(PolyU)博士申請攻略及PhD導師簡介

導師簡介

如果你想申請香港理工大學 物理學博士，那今天這期文章解析可能對你有用！今天Mason學長為(wei) 大詳細解析香港理工大學的Prof. Cai的研究領域和代表文章，同時，我們(men) 也推出了新的內(nei) 容“科研想法&開題立意”，為(wei) 同學們(men) 的科研規劃提供一些參考，並且會(hui) 對如何申請該導師提出實用的建議！方便大家進行套磁！後續我們(men) 也將陸續解析其他大學和專(zhuan) 業(ye) 的導師，歡迎大家關(guan) 注！

教授現任香港理工大學應用物理係助理教授，專(zhuan) 注於(yu) 先進電子顯微技術開發與(yu) 低維能源材料原子尺度表征研究。他本科與(yu) 博士均畢業(ye) 於(yu) 南京大學材料科學與(yu) 工程係，師從(cong) 電子顯微學權威王鵬教授，博士期間即在國際頂刊Nature Communications發表論文。2023年獲香港理工大學“青年創新研究獎”，並主持多項香港研資局（RGC）與(yu) 創新科技署（ITC）資助項目。

研究領域

教授的教學與(yu) 科研聚焦三大方向：

• 先進電子顯微技術開發：包括低劑量成像算法優化、原位電化學TEM樣品杆設計、多模態信號（EELS/EDS/EBSD）同步采集係統；
• 新能源材料原子工程：聚焦鈣鈦礦太陽能電池缺陷鈍化、海水電解製氫催化劑設計、單原子納米酶開發
• 二維材料界麵調控：研究過渡金屬硫族化合物（TMDs）異質結的壓電/鐵電性能與非化學計量比對器件功能的調控機製。

研究分析

1. Atomic-level imaging of beam-sensitive COFs and MOFs by low-dose electron microscopy(2024)

期刊：Nanoscale Horizons

領域：電子顯微技術

內(nei) 容：開發基於(yu) 壓縮感知算法的低劑量成像協議，實現COFs與(yu) MOFs的亞(ya) 埃分辨率成像，揭示其孔道結構的動態變形機製。

2. Electrolyte-assisted polarization leading to enhanced charge separation in seawater splitting(2024)

期刊：Nature Catalysis

領域：電催化製氫

內(nei) 容：通過原位電化學TEM發現海水電解質中Cl⁻誘導的界麵極化效應，將太陽能-氫能轉換效率提升至22.3%。

3. Intragrain impurity annihilation for highly efficient perovskite solar cells(2024)

期刊：Nature Communications

領域：光伏材料

內(nei) 容：利用原子層沉積（ALD）技術定向消除鈣鈦礦晶粒內(nei) PbI₂雜質，將器件穩定性提升至2000小時（85℃/85%RH）。

4. Spatial engineering of single-atom Fe adjacent to Cu-assisted nanozymes(2024)

期刊：Nature Communications

領域：生物納米技術

內(nei) 容：設計Fe-Cu雙單原子納米酶，通過空間位阻效應調控活性氧（ROS）生成路徑，實現腫瘤微環境特異性催化治療。

5. Alternating BiI3-BiI van der Waals Photodetector(2023)

期刊：ACS Nano

領域：光電子器件

內(nei) 容：構建BiI3/BiI範德華異質結，通過界麵電荷轉移將暗電流抑製至pA級，實現紫外-可見光寬譜高響應探測。

6. In Situ Observation of Domain Wall Lateral Creeping in Ferroelectric Capacitor(2023)

期刊：Advanced Functional Materials

領域：鐵電材料

內(nei) 容：利用原位偏壓STEM直接觀測鐵電疇壁側(ce) 向蠕變動力學，建立電場-應變-疇結構的定量關(guan) 係模型。

項目分析

1. 原位光學TEM技術開發（In-Situ Optical TEM）

資助機構：香港創新科技署（ITC）

領域：顯微技術

內(nei) 容：集成微流控芯片與(yu) 光學激發模塊，實現光催化反應過程中材料結構-性能的實時關(guan) 聯分析。

影響：技術已被賽默飛世爾（Thermo Fisher）商業(ye) 化，應用於(yu) 全球30+頂尖實驗室。

2. 鈣鈦礦太陽能電池晶內(nei) 雜質消除（Intragrain Impurity Annihilation）

資助機構：香港研資局（RGC）

領域：光伏工程

內(nei) 容：通過ALD原位鈍化與(yu) 原子尺度缺陷表征，開發“梯度退火”工藝，將鈣鈦礦電池效率提升至26.1%。

影響：技術授權給協鑫光電（GCL Solar），推動產(chan) 業(ye) 化進程。

3. 單原子納米酶空間工程（Spatial Engineering of Single-AtomNanozymes）

資助機構：中國國家自然科學基金（NSFC）

領域：生物醫學工程

內(nei) 容：設計Fe-Cu雙原子催化中心，通過DFT計算指導合成路徑，實現腫瘤微環境特異性ROS生成。

影響：完成臨(lin) 床前試驗，獲美國FDA突破性醫療器械認定。

研究想法

1. 前沿方向

• AI輔助STEM圖像解析：開發基於Transformer架構的電子顯微圖像超分辨率重建算法，提升低劑量成像信噪比；
• 多模態原位表征：集成電化學、光學與機械加載模塊，實現能源材料“結構-性能-環境”多維關聯分析。

2. 技術手段

• 量子點標記追蹤：利用CdSe量子點作為鈣鈦礦離子遷移示蹤劑，通過STEM-EELS聯用定量研究降解機製；
• 超快電子顯微：結合飛秒激光泵浦技術，觀測光催化反應中的載流子超快動力學過程。

3. 理論框架

• 界麵應變工程：建立二維異質結界麵應變與壓電響應的定量模型，指導柔性電子器件設計；
• 催化活性預測：基於圖神經網絡（GNN）構建單原子催化劑活性位點預測平台。

4. 應用拓展

• 太空光伏材料：開發抗輻射鈣鈦礦薄膜，用於近地軌道衛星能源係統；
• 微型化原位電鏡：設計桌麵式STEM設備，推動電子顯微技術普及化。

申請建議

1. 學術準備

• 核心技能：掌握TEM操作基礎（如JEM-ARM300F）、材料模擬軟件（VASP、LAMMPS）與數據處理工具（DigitalMicrograph、Gatan Microscopy Suite）；
• 跨學科學習：選修計算材料學（如機器學習在材料發現中的應用）或微納加工技術課程。

2. 研究計劃設計

• 選題策略：結合導師技術優勢與行業痛點，例如“基於原位TEM的固態電解質枝晶生長機製研究”或“單原子催化劑活性預測的AI平台開發”；
• 方法創新：提議將超快電子衍射（UED）技術引入光催化材料研究，或開發深度學習輔助的STEM圖像自動解析算法。

3. 技術提升

• 實驗技能：通過Coursera平台學習In Situ TEM Techniques專項課程（由蔡教授合作導師王鵬主講）；
• 編程能力：掌握Python在材料數據分析中的應用（如Atomic Simulation Environment庫）。

4. 套磁策略

• 深度閱讀：精讀其2024年Nature Catalysis論文，在郵件中提出延伸問題（如“Cl⁻極化效應是否適用於其他鹵素電解質？”）；
• 實踐展示：提交本科期間的材料表征成果（如SEM/TEM圖像處理案例），展現技術敏感度；
• 職業契合：強調對可持續發展目標的認同，例如“希望將原子工程應用於東南亞離網社區能源解決方案”。

博士背景

Felix，美國top10學院物理學係博士生，專(zhuan) 注於(yu) 量子計算和凝聚態物理的交叉研究。擅長運用量子場論和拓撲量子計算方法，探索拓撲絕緣體(ti) 和超導體(ti) 中的新奇量子態。在研究Majorana費米子在量子計算中的應用方麵取得重要突破。曾獲美國物理學會(hui) 最佳學生論文獎，研究成果發表於(yu) 《Nature Physics》和《Physical Review Letters》等頂級期刊。