导师简介
如果你想申请香港理工大学 物理学博士，那今天这期文章解析可能对你有用！今天Mason学长为大详细解析香港理工大学的Prof. Cai的研究领域和代表文章，同时，我们也推出了新的内容“科研想法&开题立意”，为同学们的科研规划提供一些参考，并且会对如何申请该导师提出实用的建议！方便大家进行套磁！后续我们也将陆续解析其他大学和专业的导师，欢迎大家关注！
教授现任香港理工大学应用物理系助理教授，专注于先进电子显微技术开发与低维能源材料原子尺度表征研究。他本科与博士均毕业于南京大学材料科学与工程系，师从电子显微学权威王鹏教授，博士期间即在国际顶刊Nature Communications发表论文。2023年获香港理工大学“青年创新研究奖”，并主持多项香港研资局（RGC）与创新科技署（ITC）资助项目。
研究领域
教授的教学与科研聚焦三大方向：
- 先进电子显微技术开发：包括低剂量成像算法优化、原位电化学TEM样品杆设计、多模态信号（EELS/EDS/EBSD）同步采集系统；
- 新能源材料原子工程：聚焦钙钛矿太阳能电池缺陷钝化、海水电解制氢催化剂设计、单原子纳米酶开发
- 二维材料界面调控：研究过渡金属硫族化合物（TMDs）异质结的压电/铁电性能与非化学计量比对器件功能的调控机制。
研究分析
1. Atomic-level imaging of beam-sensitive COFs and MOFs by low-dose electron microscopy(2024)
期刊：Nanoscale Horizons
领域：电子显微技术
内容：开发基于压缩感知算法的低剂量成像协议，实现COFs与MOFs的亚埃分辨率成像，揭示其孔道结构的动态变形机制。
2. Electrolyte-assisted polarization leading to enhanced charge separation in seawater splitting(2024)
期刊：Nature Catalysis
领域：电催化制氢
内容：通过原位电化学TEM发现海水电解质中Cl⁻诱导的界面极化效应，将太阳能-氢能转换效率提升至22.3%。
3. Intragrain impurity annihilation for highly efficient perovskite solar cells(2024)
期刊：Nature Communications
领域：光伏材料
内容：利用原子层沉积（ALD）技术定向消除钙钛矿晶粒内PbI₂杂质，将器件稳定性提升至2000小时（85℃/85%RH）。
4. Spatial engineering of single-atom Fe adjacent to Cu-assisted nanozymes(2024)
期刊：Nature Communications
领域：生物纳米技术
内容：设计Fe-Cu双单原子纳米酶，通过空间位阻效应调控活性氧（ROS）生成路径，实现肿瘤微环境特异性催化治疗。
5. Alternating BiI3-BiI van der Waals Photodetector(2023)
期刊：ACS Nano
领域：光电子器件
内容：构建BiI3/BiI范德华异质结，通过界面电荷转移将暗电流抑制至pA级，实现紫外-可见光宽谱高响应探测。
6. In Situ Observation of Domain Wall Lateral Creeping in Ferroelectric Capacitor(2023)
期刊：Advanced Functional Materials
领域：铁电材料
内容：利用原位偏压STEM直接观测铁电畴壁侧向蠕变动力学，建立电场-应变-畴结构的定量关系模型。
项目分析
1. 原位光学TEM技术开发（In-Situ Optical TEM）
资助机构：香港创新科技署（ITC）
领域：显微技术
内容：集成微流控芯片与光学激发模块，实现光催化反应过程中材料结构-性能的实时关联分析。
影响：技术已被赛默飞世尔（Thermo Fisher）商业化，应用于全球30+顶尖实验室。
2. 钙钛矿太阳能电池晶内杂质消除（Intragrain Impurity Annihilation）
资助机构：香港研资局（RGC）
领域：光伏工程
内容：通过ALD原位钝化与原子尺度缺陷表征，开发“梯度退火”工艺，将钙钛矿电池效率提升至26.1%。
影响：技术授权给协鑫光电（GCL Solar），推动产业化进程。
3. 单原子纳米酶空间工程（Spatial Engineering of Single-AtomNanozymes）
资助机构：中国国家自然科学基金（NSFC）
领域：生物医学工程
内容：设计Fe-Cu双原子催化中心，通过DFT计算指导合成路径，实现肿瘤微环境特异性ROS生成。
影响：完成临床前试验，获美国FDA突破性医疗器械认定。
研究想法
1. 前沿方向
- AI辅助STEM图像解析：开发基于Transformer架构的电子显微图像超分辨率重建算法，提升低剂量成像信噪比；
- 多模态原位表征：集成电化学、光学与机械加载模块，实现能源材料“结构-性能-环境”多维关联分析。
2. 技术手段
- 量子点标记追踪：利用CdSe量子点作为钙钛矿离子迁移示踪剂，通过STEM-EELS联用定量研究降解机制；
- 超快电子显微：结合飞秒激光泵浦技术，观测光催化反应中的载流子超快动力学过程。
3. 理论框架
- 界面应变工程：建立二维异质结界面应变与压电响应的定量模型，指导柔性电子器件设计；
- 催化活性预测：基于图神经网络（GNN）构建单原子催化剂活性位点预测平台。
4. 应用拓展
- 太空光伏材料：开发抗辐射钙钛矿薄膜，用于近地轨道卫星能源系统；
- 微型化原位电镜：设计桌面式STEM设备，推动电子显微技术普及化。
申请建议
1. 学术准备
- 核心技能：掌握TEM操作基础（如JEM-ARM300F）、材料模拟软件（VASP、LAMMPS）与数据处理工具（DigitalMicrograph、Gatan Microscopy Suite）；
- 跨学科学习：选修计算材料学（如机器学习在材料发现中的应用）或微纳加工技术课程。
2. 研究计划设计
- 选题策略：结合导师技术优势与行业痛点，例如“基于原位TEM的固态电解质枝晶生长机制研究”或“单原子催化剂活性预测的AI平台开发”；
- 方法创新：提议将超快电子衍射（UED）技术引入光催化材料研究，或开发深度学习辅助的STEM图像自动解析算法。
3. 技术提升
- 实验技能：通过Coursera平台学习In Situ TEM Techniques专项课程（由蔡教授合作导师王鹏主讲）；
- 编程能力：掌握Python在材料数据分析中的应用（如Atomic Simulation Environment库）。
4. 套磁策略
- 深度阅读：精读其2024年Nature Catalysis论文，在邮件中提出延伸问题（如“Cl⁻极化效应是否适用于其他卤素电解质？”）；
- 实践展示：提交本科期间的材料表征成果（如SEM/TEM图像处理案例），展现技术敏感度；
- 职业契合：强调对可持续发展目标的认同，例如“希望将原子工程应用于东南亚离网社区能源解决方案”。
博士背景
Felix，美国top10学院物理学系博士生，专注于量子计算和凝聚态物理的交叉研究。擅长运用量子场论和拓扑量子计算方法，探索拓扑绝缘体和超导体中的新奇量子态。在研究Majorana费米子在量子计算中的应用方面取得重要突破。曾获美国物理学会最佳学生论文奖，研究成果发表于《Nature Physics》和《Physical Review Letters》等顶级期刊。
【竞赛报名/项目咨询+微信：mollywei007】
