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水凝膠基柔性電池實(shí)現(xiàn)180度安全彎折、腰果殼提取物鑄就剛韌兼濟(jì)的綠色樹(shù)脂……深秋時(shí)節(jié)，關(guān)乎新材料產(chǎn)業(yè)未來(lái)的創(chuàng)新力量在南京匯聚——11月1日至2日，第二十屆全國(guó)青年材料科學(xué)技術(shù)研討會(huì)召開(kāi)，1300余名來(lái)自高校、院所與企業(yè)的科技工作者參會(huì)，分享在新材料領(lǐng)域的科研進(jìn)展、創(chuàng)新實(shí)踐。
“十五五”規(guī)劃建議明確提出，加快新能源、新材料、航空航天、低空經(jīng)濟(jì)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。曾經(jīng)長(zhǎng)期被海外壟斷的關(guān)鍵材料領(lǐng)域，如今正成為我國(guó)科技創(chuàng)新集中突破的前沿陣地。
新材料重塑產(chǎn)業(yè)未來(lái)
新材料領(lǐng)域的突破，正在悄然改變多個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡。
“折疊屏手機(jī)已不稀奇，但想要設(shè)備實(shí)現(xiàn)全柔性化，關(guān)鍵瓶頸在于核心部件——電池。未來(lái)的可穿戴設(shè)備、植入式醫(yī)療監(jiān)測(cè)器等都需要與人體緊密貼合，而傳統(tǒng)剛性電池難以滿(mǎn)足這一需求?！弊?017年起，東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授章煒團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研發(fā)水凝膠基柔性?xún)?chǔ)能材料，即將電池的全部構(gòu)件集成于高分子凝膠體系中，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全柔性化。
“這在全球范圍內(nèi)屬于結(jié)構(gòu)層面的首創(chuàng)。與傳統(tǒng)鋰電池相比，我們的產(chǎn)品在電化學(xué)性能上與之持平，卻實(shí)現(xiàn)了‘絕對(duì)安全’——即使被剪斷也不會(huì)燃燒或爆炸，并具備180度完全折疊的能力?！闭聼樈榻B，目前，該成果已完成實(shí)驗(yàn)室小試階段，在手表、手環(huán)等小型設(shè)備中表現(xiàn)穩(wěn)定，為真正意義上的“全柔性電子設(shè)備”提供了關(guān)鍵的能源解決方案。
大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，一款用于人體關(guān)節(jié)植入的鉭合金材料同樣引人注目。西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司大客戶(hù)經(jīng)理吉兆手持一個(gè)鉭合金關(guān)節(jié)墊塊介紹，與目前普遍應(yīng)用的鈦合金相比，鉭合金雖然成本較高，但生物相容性更優(yōu)、抑菌效果更好，其彈性模量與人體骨骼高度接近，能更有效保證組織生長(zhǎng)。
“這種多孔結(jié)構(gòu)不僅是為了減重，更重要的是為細(xì)胞生長(zhǎng)提供空間?！奔字钢鴺悠飞系奈⒖捉忉尩?，“這些粗糙的表面能讓骨頭更好地與假體結(jié)合。”
結(jié)合3D打印技術(shù)，這款鉭合金材料可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制?！巴ㄟ^(guò)患者骨缺損位置的3D模型構(gòu)建，我們可以精準(zhǔn)‘復(fù)刻’出骨缺損部位的替代零件，就像為每位患者量體裁衣?！奔妆硎荆壳霸搫?chuàng)新材料已在全國(guó)多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)投入臨床使用，為患者提供了新選擇。
從廢棄腰果殼中提取腰果酚制備的新型腰果酚基樹(shù)脂，則展現(xiàn)了“變廢為寶”的科技魅力?！把麣ぴ臼橇钊祟^疼的農(nóng)業(yè)廢棄物，如今我們通過(guò)分子設(shè)計(jì)，將其轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的環(huán)氧樹(shù)脂替代品?！蹦暇┕I(yè)大學(xué)、材料化學(xué)工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授褚良永告訴記者，與源自不可再生資源的石油基苯酚相比，腰果酚不僅原料綠色可再生，其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)更賦予了成品“剛?cè)岵?jì)”的卓越特性——在具備高強(qiáng)度的同時(shí)，韌性可實(shí)現(xiàn)翻倍。
據(jù)悉，這種新型樹(shù)脂在風(fēng)電葉片、電子封裝等高端領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，并于2023年實(shí)現(xiàn)在電子封裝領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
新裝備突破研發(fā)瓶頸
新材料研發(fā)的每一次飛躍，都離不開(kāi)尖端裝備的支撐。
在設(shè)備展區(qū)，蘇州哈騰科技有限公司帶來(lái)的一臺(tái)快速熱壓燒結(jié)爐吸引了不少參會(huì)者。該企業(yè)展位負(fù)責(zé)人田麟麒介紹，該設(shè)備主要用于粉末冶金行業(yè)。傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)要先將原料熱壓成型后再放入高溫?zé)Y(jié)爐中，由于升溫速率慢，往往需要一兩天才能完成一個(gè)高溫樣品；進(jìn)口放電等離子燒結(jié)爐價(jià)格高昂，且受限于脈沖電源，燒結(jié)樣品的尺寸普遍在直徑50毫米左右。“而我們使用高頻開(kāi)關(guān)電源自主研發(fā)的快速熱壓燒結(jié)爐，最快10到20分鐘就可以完成一個(gè)典型的燒結(jié)過(guò)程，且可實(shí)現(xiàn)最大直徑300毫米的樣品快速熱壓燒結(jié)?！?/p>
據(jù)悉，該設(shè)備打破了國(guó)外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了全面國(guó)產(chǎn)化，成本降至進(jìn)口設(shè)備的1/3至1/5。目前已在全國(guó)高校、研究所及企業(yè)應(yīng)用100余套，為新材料研發(fā)提供了強(qiáng)有力的支撐。團(tuán)隊(duì)正致力于沖擊更高電流指標(biāo)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)新的技術(shù)突破。
在3D打印行業(yè)上游環(huán)節(jié)，射頻等離子體球化制粉技術(shù)攻克了傳統(tǒng)霧化制粉在難熔金屬球形粉末制備方面的難關(guān)?！霸趯?shí)現(xiàn)粉末高球形度的同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)能對(duì)粉末內(nèi)部的晶粒結(jié)構(gòu)、成分均勻性及缺陷分布進(jìn)行‘同步革新’?！毙菈m科技（廣東）有限公司展位負(fù)責(zé)人高震鈺介紹，整個(gè)過(guò)程可減少粉末內(nèi)部孔隙、氧化夾雜等缺陷，同時(shí)提升粉末顆粒的成分均勻性，為后續(xù)3D打印奠定優(yōu)質(zhì)原料基礎(chǔ)。
“這種高純、低氧、球形度高的粉末對(duì)3D打印至關(guān)重要。”高震鈺解釋?zhuān)勰┑那蛐味扰c流動(dòng)性直接影響了鋪粉均勻性和打印過(guò)程穩(wěn)定性，從而決定了打印件的致密度與性能。據(jù)悉，該公司已實(shí)現(xiàn)高端難熔金屬粉末年產(chǎn)能超30噸，緩解國(guó)內(nèi)增材制造行業(yè)對(duì)進(jìn)口高端粉末的依賴(lài)，為航空航天、醫(yī)療植入等高端領(lǐng)域的合金構(gòu)件國(guó)產(chǎn)化提供原料保障。
新體系筑就創(chuàng)新基石
新材料是支撐現(xiàn)代工業(yè)體系的基石，其發(fā)展水平直接關(guān)乎國(guó)家戰(zhàn)略安全與產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)前，一場(chǎng)旨在打通從“實(shí)驗(yàn)室”到“生產(chǎn)線(xiàn)”關(guān)鍵環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性工程，正在國(guó)家頂層設(shè)計(jì)與地方產(chǎn)業(yè)實(shí)踐的聯(lián)動(dòng)中全面推進(jìn)。
“黨的二十屆四中全會(huì)明確，‘十五五’重點(diǎn)發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)、新能源、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)?！敝袊?guó)材料研究學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)主任、清華大學(xué)教授宋成指出，在此戰(zhàn)略引領(lǐng)下，推動(dòng)材料科學(xué)的原始創(chuàng)新，以基礎(chǔ)研究支撐產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，成為材料人必須答好的“時(shí)代之問(wèn)”。
4月，在蘇州舉辦的2025材料科學(xué)發(fā)展大會(huì)上，由江蘇省材料學(xué)會(huì)聚合重點(diǎn)企業(yè)共同發(fā)起組建的“新材料集群制造業(yè)人才發(fā)展聯(lián)盟”揭牌。該聯(lián)盟致力于構(gòu)建“產(chǎn)學(xué)研用”一體化平臺(tái)，為江蘇新材料產(chǎn)業(yè)精準(zhǔn)輸送從高素質(zhì)技能人才到領(lǐng)軍型創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的全譜系力量。江蘇省科協(xié)黨組書(shū)記過(guò)利平表示，江蘇始終將科技創(chuàng)新擺在高質(zhì)量發(fā)展的核心位置，致力于搭建高水平學(xué)術(shù)交流平臺(tái)。“十四五”期間，江蘇已有3個(gè)材料產(chǎn)業(yè)集群入選國(guó)家先進(jìn)制造業(yè)集群。
頂尖的戰(zhàn)略布局，最終要靠一流的人才來(lái)實(shí)現(xiàn)。面對(duì)新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，高校人才培養(yǎng)模式也在同步革新。
“我們始終秉持‘頂天立地’的育人理念?！斕臁?，是服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略，攻關(guān)‘卡脖子’難題；‘立地’，是將企業(yè)真實(shí)需求融入教學(xué)實(shí)踐?！蹦暇┕I(yè)大學(xué)黨委書(shū)記荊晅介紹，作為該校傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科，材料學(xué)科先后入選國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科培育建設(shè)點(diǎn)、江蘇省優(yōu)勢(shì)學(xué)科等多項(xiàng)重點(diǎn)建設(shè)計(jì)劃；今年5月該學(xué)科ESI排名進(jìn)入全球前0.37‰，排在第56位。
“學(xué)院通過(guò)‘科教融合’與‘產(chǎn)教匯融’，已建成國(guó)家級(jí)平臺(tái)和百余個(gè)校企實(shí)踐基地，并聘請(qǐng)企業(yè)專(zhuān)家共建‘雙師型’隊(duì)伍，系統(tǒng)推動(dòng)學(xué)科交叉與專(zhuān)業(yè)升級(jí)，布局電子信息材料、低空材料等新方向?！蹦瞎ご蟛牧蠈W(xué)院院長(zhǎng)崔升補(bǔ)充道。
展望未來(lái)，蘇州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室戰(zhàn)略顧問(wèn)、北京航空材料研究院研究員張國(guó)慶指出，必須緊扣“極宏觀拓展、極微觀深入、極端條件邁進(jìn)、極綜合交叉發(fā)力”的戰(zhàn)略要求，踐行“一代材料、一代裝備”的發(fā)展理念，系統(tǒng)構(gòu)建從研發(fā)到應(yīng)用的全鏈條技術(shù)體系。
“我們的目標(biāo)，是推動(dòng)材料技術(shù)持續(xù)向高性能、低成本、長(zhǎng)壽命方向演進(jìn)，要面向深空、深海、深地等極限環(huán)境，前瞻布局前沿顛覆性技術(shù)，搶占未來(lái)制高點(diǎn)?！睆垏?guó)慶強(qiáng)調(diào)，“這一過(guò)程不僅是技術(shù)攻關(guān)，更是鍛造未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心動(dòng)能?！?/p>
正如中國(guó)科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授顧寧在大會(huì)寄語(yǔ)中所言，材料科學(xué)的重大突破往往孕育于不同學(xué)科的交叉地帶。當(dāng)國(guó)家戰(zhàn)略的引領(lǐng)、地方產(chǎn)業(yè)的實(shí)踐、高校育人的革新與青年一代的創(chuàng)新勇氣相互激蕩，中國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)便擁有了從微觀創(chuàng)新邁向產(chǎn)業(yè)基石最堅(jiān)實(shí)的依靠。
新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)記者 謝詩(shī)涵
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