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為大國重器鑄“盾”——記2023國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)硅氧烷雜化聚合物功能涂層設(shè)計(jì)制備新技術(shù)及其應(yīng)用
文章來源:中化新網(wǎng)     更新時(shí)間:2024-07-03 16:34:54
在近日召開的國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上,復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系教授武利民領(lǐng)銜的“硅氧烷雜化聚合物功能涂層設(shè)計(jì)制備新技術(shù)及其應(yīng)用”獲得2023年度國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。這也是武利民時(shí)隔14年,第二次摘得該獎(jiǎng)項(xiàng)。

  在第一次獲獎(jiǎng)基礎(chǔ)上,武利民敏銳意識(shí)到高端裝備的高性能、功能性聚合物涂層將是未來的“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù),于是將目光從民用轉(zhuǎn)向工業(yè),帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)躬耕十余載。

  面向國家重大工程重大裝備需求,武利民團(tuán)隊(duì)避開國外的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和技術(shù)壁壘,從基礎(chǔ)研究做起,圍繞樹脂雜化、功能微球構(gòu)筑等研發(fā)一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的聚合物涂層,實(shí)現(xiàn)了從跟跑到領(lǐng)跑的跨越,為大國重器鑄就“涂層之盾”。

  上九天守護(hù)“天問一號(hào)”

  聚合物涂層是許多行業(yè)和高新技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵材料,其性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的安全性、使用效能和壽命,對(duì)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防安全至關(guān)重要。

  我國2020年成功發(fā)射的首個(gè)火星探測器“天問一號(hào)”,在火星開展探測任務(wù),其電源供應(yīng)全靠3000塊太陽能面板轉(zhuǎn)化太陽能。一旦面板表面積塵,就會(huì)影響太陽能轉(zhuǎn)化效率,導(dǎo)致電力供應(yīng)不足。

  針對(duì)遙不可及、復(fù)雜多變的火星環(huán)境,武利民團(tuán)隊(duì)為“天問一號(hào)”量身打造一款具有自清潔功能的聚合物除塵涂層,能夠長期保持太陽能面板清潔、不沾灰塵,確保太陽能高效轉(zhuǎn)化。

  該涂層不僅可以自我清潔,還能自我修復(fù)。涂層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)“再生”至受損表面,使其恢復(fù)原始的表面特性和功能,就像人的皮膚受傷后可愈合一般。這便解決了探測器受火星巖石撞擊導(dǎo)致表面受損的問題。

  下五洋保衛(wèi)大型艦船

  尖端的聚合物涂層技術(shù),要經(jīng)得起各類極端考驗(yàn)。武利民的科研成果不僅能“上天”,也能“入海”。

  軍艦和遠(yuǎn)洋貨輪在內(nèi)的各種艦船,常常由于海水侵蝕和海洋生物污損而造成船體腐蝕、增重和航行阻力增加。大型艦船每隔兩三年就需要返回維修廠進(jìn)行維護(hù),費(fèi)用高達(dá)上億元,且維修時(shí)間通常需要半年到一年。

  然而,長期以來,國內(nèi)聚合物涂層主要集中在中低端行業(yè),高端領(lǐng)域都被歐美涂料企業(yè)所壟斷,涉及大型水面艦涂層更是被國外禁運(yùn)。即使是國外海洋涂層也仍然存在樹脂分子鏈水解拋光速度不穩(wěn)定、涂層間作用力弱、無自修復(fù)自清潔功能、性能難以滿足要求等問題。

  立足國家重大需求,武利民團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑,提出了硅氧烷雜化樹脂成膜物分子設(shè)計(jì)和涂層表面微—納結(jié)構(gòu)創(chuàng)制的新思路,發(fā)明了一系列高性能海洋防污聚合物涂層、高性能防腐涂層,延長了艦船維護(hù)周期和使用壽命,性能達(dá)到并部分領(lǐng)先國外同類產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo),提升了我國在聚合物功能涂層領(lǐng)域的國際地位和影響力。

  轉(zhuǎn)化成果服務(wù)美好生活

  從昔日默默無聞的青年科研人員,到如今被國際同行評(píng)價(jià)為“世界上公認(rèn)的從事聚合物智能涂層研究開發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)者之一”,武利民在材料領(lǐng)域摸爬滾打近三十年。

  起步階段,科研條件差。武利民經(jīng)常蹬著三輪車,把每周實(shí)驗(yàn)后的廢棄物品運(yùn)到廢品倉庫處理;等不及學(xué)校采購化學(xué)試劑,就擠上公交車自己去試劑公司購買。十年沉淀,厚積薄發(fā)。這一階段,他的研究主要面向建筑、汽車等民用領(lǐng)域,為這兩大產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展提供了重要支撐。

  2010年,武利民摘得2009年度國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)后,開始向新的學(xué)術(shù)高峰進(jìn)發(fā)。他與自己立下又一個(gè)“十年之約”——聚焦于高性能工業(yè)涂層的研究,致力于實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵領(lǐng)域的自主創(chuàng)新。

  這一階段,武利民堅(jiān)持“兩條腿走路”。一方面做好應(yīng)用基礎(chǔ)研究。團(tuán)隊(duì)在國際著名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文600多篇,獲授權(quán)中國發(fā)明專利超過80項(xiàng)、美國專利3項(xiàng)、國際PCT專利6項(xiàng),出版國際上第一本功能聚合物涂層英文專著。另一方面打通產(chǎn)學(xué)研合作。團(tuán)隊(duì)自2009年起就與國內(nèi)外著名企業(yè)合作,相關(guān)技術(shù)成功進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化,產(chǎn)品應(yīng)用于多種型號(hào)艦船、遠(yuǎn)洋貨輪以及“天問一號(hào)”等國家重大工程,為重大裝備的高效使用提供了不可或缺的材料保障。

  展望下一個(gè)十年,武利民團(tuán)隊(duì)還將在功能聚合物涂層領(lǐng)域繼續(xù)突破,讓更多成果走出實(shí)驗(yàn)室。

  他們要為航天器開發(fā)更輕薄、性能更穩(wěn)定的高性能涂層,如能夠完全反射或吸收可見光的 “超白/超黑”涂層、導(dǎo)熱涂層、傳感涂層等,幫助航天器節(jié)能、減重、降低干擾以及實(shí)時(shí)監(jiān)測變形等。

  他們也要將此前的各項(xiàng)成果運(yùn)用到更多民用領(lǐng)域中。如“天問一號(hào)”太陽能板的自清潔涂層技術(shù),應(yīng)用于汽車,可以讓人們減少洗車頻率;應(yīng)用于飛機(jī),可以防止機(jī)體外殼冬季結(jié)冰,減少除冰車使用頻率;應(yīng)用于手機(jī),能防止指紋和油漬的堆積,保持屏幕清潔……

 

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