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為大國重器鑄“盾”——記2023國家技術發明獎二等獎硅氧烷雜化聚合物功能涂層設計制備新技術及其應用
文章來源:中化新網     更新時間:2024-07-03 16:34:54
在近日召開的國家科學技術獎勵大會上,復旦大學材料科學系教授武利民領銜的“硅氧烷雜化聚合物功能涂層設計制備新技術及其應用”獲得2023年度國家技術發明獎二等獎。這也是武利民時隔14年,第二次摘得該獎項。

  在第一次獲獎基礎上,武利民敏銳意識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”關鍵技術,于是將目光從民用轉向工業,帶領團隊持續躬耕十余載。

  面向國家重大工程重大裝備需求,武利民團隊避開國外的知識產權保護和技術壁壘,從基礎研究做起,圍繞樹脂雜化、功能微球構筑等研發一系列具有自主知識產權的聚合物涂層,實現了從跟跑到領跑的跨越,為大國重器鑄就“涂層之盾”。

  上九天守護“天問一號”

  聚合物涂層是許多行業和高新技術領域不可或缺的關鍵材料,其性能直接關系到產品的安全性、使用效能和壽命,對國民經濟建設和國防安全至關重要。

  我國2020年成功發射的首個火星探測器“天問一號”,在火星開展探測任務,其電源供應全靠3000塊太陽能面板轉化太陽能。一旦面板表面積塵,就會影響太陽能轉化效率,導致電力供應不足。

  針對遙不可及、復雜多變的火星環境,武利民團隊為“天問一號”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,確保太陽能高效轉化。

  該涂層不僅可以自我清潔,還能自我修復。涂層的內部結構、微結構和拓撲結構“再生”至受損表面,使其恢復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致表面受損的問題。

  下五洋保衛大型艦船

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

  軍艦和遠洋貨輪在內的各種艦船,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行維護,費用高達上億元,且維修時間通常需要半年到一年。

  然而,長期以來,國內聚合物涂層主要集中在中低端行業,高端領域都被歐美涂料企業所壟斷,涉及大型水面艦涂層更是被國外禁運。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定、涂層間作用力弱、無自修復自清潔功能、性能難以滿足要求等問題。

  立足國家重大需求,武利民團隊獨辟蹊徑,提出了硅氧烷雜化樹脂成膜物分子設計和涂層表面微—納結構創制的新思路,發明了一系列高性能海洋防污聚合物涂層、高性能防腐涂層,延長了艦船維護周期和使用壽命,性能達到并部分領先國外同類產品技術指標,提升了我國在聚合物功能涂層領域的國際地位和影響力。

  轉化成果服務美好生活

  從昔日默默無聞的青年科研人員,到如今被國際同行評價為“世界上公認的從事聚合物智能涂層研究開發的領導者之一”,武利民在材料領域摸爬滾打近三十年。

  起步階段,科研條件差。武利民經常蹬著三輪車,把每周實驗后的廢棄物品運到廢品倉庫處理;等不及學校采購化學試劑,就擠上公交車自己去試劑公司購買。十年沉淀,厚積薄發。這一階段,他的研究主要面向建筑、汽車等民用領域,為這兩大產業的蓬勃發展提供了重要支撐。

  2010年,武利民摘得2009年度國家技術發明獎二等獎后,開始向新的學術高峰進發。他與自己立下又一個“十年之約”——聚焦于高性能工業涂層的研究,致力于實現關鍵領域的自主創新。

  這一階段,武利民堅持“兩條腿走路”。一方面做好應用基礎研究。團隊在國際著名期刊發表學術論文600多篇,獲授權中國發明專利超過80項、美國專利3項、國際PCT專利6項,出版國際上第一本功能聚合物涂層英文專著。另一方面打通產學研合作。團隊自2009年起就與國內外著名企業合作,相關技術成功進行了產業化,產品應用于多種型號艦船、遠洋貨輪以及“天問一號”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。

  展望下一個十年,武利民團隊還將在功能聚合物涂層領域繼續突破,讓更多成果走出實驗室。

  他們要為航天器開發更輕薄、性能更穩定的高性能涂層,如能夠完全反射或吸收可見光的 “超白/超黑”涂層、導熱涂層、傳感涂層等,幫助航天器節能、減重、降低干擾以及實時監測變形等。

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

 

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