导师简介
如果你想申请香港理工大学 机械工程系博士，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.Yao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！
作为香港理工大学机械工程系的副教授，导师是当今生物启发力学与先进材料领域的重要学者。导师现任香港理工大学机械工程系副教授，同时是RISE（Research Institute for Sustainable Urban Development）、RISUD以及PolyU Academy for Interdisciplinary Research的核心成员，在学术界享有盛誉。
导师拥有扎实的学术背景和丰富的国际经验。他于2000年和2002年分别在清华大学获得固体力学学士和硕士学位，随后赴德国马克斯普朗克金属研究所深造，于2006年在斯图加特大学获得化学博士学位。博士毕业后，导师先后在布朗大学和麻省理工学院担任博士后研究员。在中山大学工作一年后，导师于2011年加入香港理工大学，开启了其在港的学术生涯。
研究领域
导师的研究兴趣广泛而深入，主要集中在以下几个前沿交叉领域：
- 生物启发力学与材料是导师的核心研究方向。他致力于从自然界中汲取设计灵感，特别是研究壁虎、昆虫等生物的黏附机制，探索其分层级结构的力学原理，并将这些原理应用于工程材料设计中。
- 纳米力学是导师研究的重要基础。他专注于纳米尺度下的力学行为研究，包括纳米材料的变形机制、界面相互作用、以及尺寸效应等关键科学问题。
- 接触力学领域，导师在黏附接触、摩擦接触等方面有深入研究，特别是在微/纳米尺度下的接触行为建模与分析。
- 生物材料的力学表征方面，导师关注骨、贝壳、牙齿等生物材料的力学性能，探索其优异性能的结构基础。
- 能源材料的力学行为是导师近年来的重要研究方向，特别是锂离子电池电极材料的力学性能及其对电池性能的影响。
研究分析
1. "Shape insensitive optimal adhesion of nanoscale fibrillar structures"
期刊： Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)
这篇发表在PNAS的开创性论文研究了壁虎和昆虫足部纳米纤维结构的黏附机理。导师通过理论分析发现，纤维直径减小到100纳米量级时，能够实现形状不敏感的最优黏附。该研究揭示了生物系统通过尺寸缩减和形状优化相结合实现强黏附的基本原理，为仿生黏附材料设计提供了重要理论基础。这项工作奠定了导师在生物启发黏附领域的学术地位，成为该领域的经典文献。
2. "Mechanics of robust and releasable adhesion in biology: bottom-up designed hierarchical structures of gecko"
期刊： Journal of the Mechanics and Physics of Solids
该论文深入研究了壁虎分层级黏附结构的力学机制。导师提出了分形式分层级毛发模型，证明结构分层级能够指数级增强黏附功。研究发现纳米尺度在自下而上的设计中起关键作用，分层级毛发系统可以实现任意尺度下的缺陷容忍黏附。这项工作为理解生物黏附系统的设计原理提供了重要理论框架，对仿生材料设计具有重要指导意义。
3. "Protection mechanisms of the iron-plated armor of a deep-sea hydrothermal vent gastropod"
期刊： Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)
这项研究揭示了深海热泉腹足动物铁质装甲的防护机制。导师与MIT团队合作，发现该生物装甲采用铁质鳞片-有机基质复合结构，通过分层设计实现优异的冲击防护性能。研究阐明了生物系统如何通过材料组合和结构设计实现轻质高强的防护效果，为仿生防护材料开发提供了新思路。该工作展现了导师在生物材料跨学科研究方面的深厚功底。
4. "Size-dependent heterogeneity benefits the mechanical performance of bone"
期刊： Journal of the Mechanics and Physics of Solid
该研究探索了骨材料中尺寸相关异质性对力学性能的影响。导师发现骨的分层级结构中存在尺寸依赖的异质性，这种异质性能够显著提升材料的整体力学性能。研究揭示了生物材料通过多尺度结构优化实现性能增强的机制，为理解骨等生物复合材料的优异性能提供了重要见解。这项工作体现了导师在生物材料多尺度力学建模方面的专业能力。
5. "Spiral interface: A reinforcing mechanism for laminated composite materials learned from nature"
期刊：Journal of the Mechanics and Physics of Solids
这项研究发现了自然界中层状复合材料的螺旋界面增强机制。导师通过研究软体动物贝壳等生物材料，发现微观螺旋位错结构能够显著增强材料的抗划伤性能。理论建模和有限元分析表明，螺旋界面的失效涉及延长螺旋界面的分层，产生比平面界面更高的韧性。该发现为层状复合材料的界面设计提供了新的增强策略，具有重要的工程应用价值。
6. "Hybridizing Shear-Stiffening Gel and Chemically-Strengthened Ultrathin Glass Sheets for Flexible Impact-Resistant Armor"
期刊： Advanced Science
这项最新研究开发了剪切增稠凝胶与化学增强超薄玻璃片复合的柔性抗冲击装甲。导师团队创新性地将剪切增稠材料的智能响应特性与超薄玻璃的高强度相结合，实现了轻质、柔性且高效的防护效果。该研究获得了9次Scopus引用，展现了其在智能防护材料领域的重要影响。这项工作体现了导师将基础研究成果转化为实际应用的卓越能力。
项目分析
1. Investigation of the lithiation process in constrained anode materials for high-performance lithium ion batteries
资助机构：香港研究资助局 (Hong Kong General Research Fund)
主要研究领域：能源材料力学、电池材料
研究内容：该项目深入研究了受机械约束条件下硅基阳极材料的锂化过程及其力学行为。研究发现机械约束能够显著影响锂离子在电极材料中的扩散行为和相变过程，进而影响电池的电化学性能。项目创新性地将固体力学与电化学相结合，建立了多物理场耦合模型，为高性能锂离子电池电极材料设计提供了重要理论依据。该研究对理解电池材料的力-电耦合行为具有重要意义，推动了能源材料力学这一新兴交叉领域的发展。
2. Investigation on the mechanics of adhesion between tubeworm (Hydroides elegans) and substrata
资助机构：香港研究资助局 (Hong Kong General Research Fund)
主要研究领域：生物黏附、海洋生物防污
研究内容：该项目系统研究了管虫与基材间的黏附机制，探索海洋生物污损的力学基础。研究揭示了管虫通过分泌生物胶实现强力黏附的分子机制，分析了黏附界面的力学性能和失效模式。项目成果为开发新型防污表面提供了重要启示，特别是通过表面微结构设计来抑制生物污损。该研究在海洋工程、船舶工业等领域具有重要应用价值，体现了导师在解决实际工程问题方面的能力。
3. Mechanics of morphological optimization of current collectors in Li-ion batteries for enhanced adhesion with Si-based electrode materials
资助机构：香港研究资助局 (Hong Kong General Research Fund)
主要研究领域：电池材料界面、黏附优化
研究内容：该项目研究了锂离子电池中集流体形貌优化对增强与硅基电极材料黏附性能的影响。项目创新性地提出了梯度厚度设计策略，通过优化集流体的几何形状来改善界面应力分布，减少电极材料的剥离失效。研究建立了集流体-电极界面的力学模型，为电池结构设计提供了理论指导。该项目成果对提高硅基电池的循环稳定性具有重要意义，推动了电池工程技术的发展。
研究想法
1. 智能响应型仿生黏附材料研究
- 研究内容：开发基于生物启发的智能响应型黏附材料，实现黏附强度的可控调节。通过引入温度、pH、光照等外界刺激响应机制，设计能够根据环境条件自动调节黏附性能的智能材料。结合壁虎分层级结构设计和智能聚合物技术，开发新一代可重复使用的仿生黏附材料。
- 创新性： 将生物黏附机制与智能材料技术相结合，实现黏附性能的主动控制
- 应用前景： 软体机器人、医疗器械、航空航天等领域
2. 多功能仿生复合防护材料设计
- 研究内容：基于深海生物装甲结构，设计具有多重防护功能的仿生复合材料。整合抗冲击、减震、防穿刺等多种防护机制，开发轻质高效的新型防护材料。通过多尺度结构设计和多相材料优化，实现防护性能与重量的最佳平衡。
- 创新性：多功能集成设计理念，突破传统单一功能防护材料的局限
- 应用前景：个人防护设备、汽车安全、军用装备等领域
3. 固态电池界面失效机制与优化策略
- 研究内容：深入研究固态电池中电极-电解质界面的力学行为和失效机制。建立多物理场耦合模型，分析机械应力、电化学反应和界面演化的相互作用。开发界面增强策略，提高固态电池的循环稳定性和安全性。
- 创新性：系统性界面力学研究，为固态电池技术突破提供力学基础
- 应用前景：电动汽车、储能系统、便携式电子设备等
4. 生物启发的自修复复合材料
- 研究内容：研究生物系统的自修复机制，开发具有自主修复能力的仿生复合材料。通过引入微胶囊、形状记忆效应等修复机制，设计能够自动修复微裂纹和损伤的智能材料。建立损伤检测-修复响应的完整体系。
- 创新性：仿生自修复机制与工程材料的创新结合
- 应用前景：航空航天结构、海洋工程、基础设施等长期服役环境
5. 二维材料的力学性能调控与应用
- 研究内容：系统研究二维材料的力学性能调控机制，通过缺陷工程、界面工程等手段优化其力学性能。开发基于二维材料的柔性器件，探索其在可穿戴设备、柔性传感器等领域的应用。
- 创新性：二维材料力学调控的系统性研究
- 应用前景：柔性电子、可穿戴设备、智能传感器等新兴领域
申请建议
1. 学术背景准备
理论基础强化
- 扎实掌握固体力学、材料力学、连续介质力学等核心理论
- 深入学习分子动力学模拟、有限元分析等计算方法
- 熟悉材料科学基础，特别是复合材料、纳米材料相关知识
- 了解生物学基础知识，培养跨学科思维能力
实验技能培养
- 掌握纳米力学测试技术（AFM、纳米压痕等）
- 熟悉材料表征方法（SEM、TEM、XPS等）
- 具备基本的材料制备和加工能力
- 学习生物材料处理和观察技术
计算能力建设
- 精通MATLAB、Python等编程语言
- 熟练使用ABAQUS、ANSYS等有限元软件
- 了解分子动力学软件（LAMMPS、GROMACS等）
- 掌握数据分析和可视化技能
2. 研究经历积累
本科研究项目参与
- 积极参与导师实验室的相关研究项目
- 承担具体的实验任务或计算分析工作
- 培养独立解决问题的能力
- 学会撰写研究报告和技术文档
科研竞赛参与
- 参加机械工程、材料科学相关的科研竞赛
- 关注仿生设计、创新材料等主题竞赛
- 通过竞赛锻炼创新思维和团队协作能力
- 积累项目管理和成果展示经验
实习研究经历
- 寻求在相关实验室或研究机构的实习机会
- 参与工业界的材料研发项目
- 了解实际工程应用中的技术挑战
- 建立产学研合作的视野
3. 学术素养提升
文献阅读策略
- 系统阅读导师发表的所有重要论文
- 跟踪生物启发力学、仿生材料等领域的最新进展
- 关注Journal of the Mechanics and Physics of Solids、Advanced Science等顶级期刊
- 建立文献管理系统，形成知识体系
4. 个人能力发展
跨学科思维培养
- 学习生物学、化学、物理学等相关学科知识
- 培养从自然界汲取设计灵感的能力
- 具备工程应用转化的意识
- 发展系统性思维和创新能力
创新实践能力
- 参与创新创业活动
- 关注技术转化和产业化过程
- 培养商业意识和市场敏感度
- 发展知识产权保护意识
5. 申请材料准备
研究计划书撰写
- 深入了解导师当前研究方向和热点问题
- 提出具有创新性和可行性的研究问题
- 设计清晰的研究方案和技术路线
- 突出自己的研究背景和能力优势
个人陈述优化
- 强调与导师研究方向的匹配度
- 展示跨学科学习和研究的经历
- 体现解决实际工程问题的兴趣
- 表达长期从事相关研究的决心
推荐信策略
- 选择了解自己学术能力的推荐人
- 争取获得国际知名学者的推荐
博士背景
Kimi，985机械工程硕士，现为港三机械工程博士生。研究方向为智能制造和机器人学，专注于工业4.0背景下的自动化生产系统优化。曾在《Journal of Mechanical Design》和《Robotics and Computer-Integrated Manufacturing》发表过论文。获得IEEE机器人与自动化国际会议最佳学生论文奖。
【竞赛报名/项目咨询+微信：mollywei007】
