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“这是中国材料产业的大集结”

来源:科技日报 作者:付丽丽 2017-06-27 14:06:02
内容摘要: 展会以“高、精、专”为定位,分复合材料、生物材料、特殊材料和吉林材料4个展区,涵盖航空航天、生物医学、轨道交通、节能环保等多项国计民生领域,是材料产业优秀成果的集中反映。

研究人员展示双稳态能量收集器

参展企业展示氮化硼陶瓷侧封板

观众参观C919模型。该机型特殊钢用量达70%—80%
图片由科技日报记者周维海摄

  “这真是中国材料产业的一次大集结,尤其是那边展出的性状记忆复合材料,让我眼前一亮。”中国工程院院士侯晓甫一现身展区,就被记者团团围住。6月24日—25日,第19届中国科协年会先进材料创新展在吉林长春展出大量我国最新材料学研究成果。

  的确,这是中国材料产业的一次盛会。C919大飞机材料、碳纤维复合材料、航空发动机材料、骨组织修复材料……在这里,正可谓只有想不到,没有看不到。展会以“高、精、专”为定位,分复合材料、生物材料、特殊材料和吉林材料4个展区,涵盖航空航天、生物医学、轨道交通、节能环保等多项国计民生领域,是材料产业优秀成果的集中反映。

  复合材料 让中国大飞机更轻

  刚刚过去的5月5日,国产大飞机C919首飞成功。那一刻,国人扬眉吐气。

  “飞机减重是一个永恒的主题,复合材料的使用是重要环节之一。”侯晓说,C919的研制为了与国际看齐,约采用了20%的复合材料。而目前国外先进机型复合材料应用比例约为50%。“与国外相比,我们还有很大的进步空间。”

  据材料提供方、中国航天科工集团公司、航天海鹰(镇江)特种材料有限公司副董事长兼总经理高志强介绍,目前在C919后机身后段、后机身前段、副翼、垂尾等工作包中,采用的都是复合材料。“中国大飞机当前还属于‘跟跑’阶段,但国产C929飞机刚刚开始研制,复合材料使用比例要达到50%,到那时会达到‘并跑’阶段。”

  “中国的复合材料总体上处于第二代水平,国外大约在第三代水平。”侯晓说,目前,中国正在突破第三代的关键技术,但还未实现应用。还需要5年到10年的努力,才能与国外处于相当水平。

  侯晓表示,近几年,中国在碳纤维T700、T800上取得了突飞猛进的进展,基本实现国产化,目前正在做应用方面的研究。

  当前,我国能源和环境问题日益突出,为缓解交通环境压力,电动汽车逐渐成为人们的新宠。然而,电动汽车的续航能力依然是人们的隐忧。“要想使电动汽车的续航能力增强,首先就要减轻它的重量,碳纤维复合材料在这方面大有可为。”中复神鹰碳纤维有限责任公司市场部经理滕杨智说。

  滕杨智介绍,用碳纤维复合材料做电动车,每跑150公里耗电14度,而同样里程用钢材做车身需要消耗18—20度电。“不要小看这几度电,平均一度电所用的电池包成本是2000块钱,4度那就是800块钱。”

  中国的碳纤维材料水平如何?对此,滕杨智表示,就民用级相比,如汽车,与国外的基本没有差距,只是工艺性能会稍差一些,但制成整车基本不受影响。“关键是成本低,用碳纤维做整体车架,材料成本要比美国、日本低30%—40%。”

  2000年以来,我国复合材料发展已取得重要突破,但与美国、日本等国相比依然存在一定差距。

  对此,中国科学院院士方岱宁表示,未来我国碳纤维应着力从三个方面实现突破。一是量产,从提升碳纤维制备技术、优化生产工艺流程等角度出发,突破关键技术和设备瓶颈,提高碳纤维产量;二是提升纤维稳定性;三是应集中研发高强中模纤维、高模石墨纤维等高端碳纤维产品,缩短与欧美的差距。

  金属有机框架材料 过滤PM2.5神器

  谈起雾霾,所有人都是深恶痛绝。尤其是北京的冬日,连续几天的雾霾让人心情都难得好起来。然而,大多数人恨也罢、怨也罢,却也只能任其摆布。

  面对雾霾,研究金属有机骨架化合物材料(MOF)的王博,这位80后“青年千人计划”专家、北京理工大学教授却做出了不一样的选择。“孩子老咳嗽,能不能研究下怎么净化空气?”面对妻子的提议,王博想了想也许真的可以用MOF试试。

  王博介绍,MOF全称为Metal—Organic Framework,是一大类新型无机材料与有机高分子单体的原子级别复合物。宏观世界的框架,离不开“中心点”以及通过中心点连接的“梁”。微观世界,同样如此。“这好比是一张网,网上布满了密密麻麻的微小孔洞,科研人员精心调整它的尺寸、形状或者结构,以筛分不同类型的分子。这些微观框架的‘梁’上,可以加上不同性质的官能团。比如,若带上碱性官能团,它就能更‘大力’地把酸性气体‘拽’进来。”

  PM2.5成分复杂,它实际上是一种气溶胶,含有液体、挥发性有机化合物(VOC),以及固体,这恰好给了新型的MOF膜发挥作用的机会。“我们会先用MOFilter的自身静电荷捕捉PM2.5,碱性官能团将助攻液体分子及VOC掉进孔洞。这样一来,留在材料表面的,就是失去了‘队友’的PM2.5中的固体,拿水即可清理。”王博说。

  王博表示,MOF的一大优势,是比表面积大,最高可达800平方米每克,是活性炭、分子筛的10多倍,能够有效将空中的PM2.5和PM10污染物降低99.5%。如今,很多应用这种材料的产品已经在市面上销售。

  骨组织修复材料 人骨能迅速长出来

  我们都知道,上了年纪的人容易骨质疏松,一不小心骨折了时间很久还不见好。“我们这款自固化磷酸钙人工骨可加入成骨蛋白、干细胞,可以让骨质生长更快。骨折的人,用其他材料需要9—12个月才可以恢复,而这种材料可提前3—6个月。”上海瑞邦生物材料有限公司产品经理刘锡洋告诉科技日报记者。

  在会场,生物材料展区格外引人注意。而更打眼的则是中国工程院院士张兴栋,这位耄耋之年的老人,在他引以为傲的“组织诱导性生物材料”展前,给参观者不厌其烦地讲解。

  一截断骨,植入一块“多孔磷酸钙陶瓷”,就能“引诱”断骨自动生长直至愈合,“陶瓷”也会逐渐被吸收,最后彻底“消失”。这正是张兴栋在肌肉—骨骼系统新疗法及生物材料产品开发上作出的杰出贡献,是他当选美国国家工程院2014年外籍院士的理由。而在此之前,医生只能往断骨处植入金属、高分子等材料,腐蚀、排异等情况无法避免,骨头也没法长,体内会一直有块“异物”。

  “骨诱导性人工骨生物材料目前是世界唯一产品,具有独家性,是中国人的骄傲。在这方面,中国在世界上具有领先水平,应加大研发力度,保持这种领先地位。”张兴栋说。

  在战场上、自然灾害中及各种日常突发性事故中,不可控制出血是导致死亡的主要原因。尽早的控制出血成为降低患者伤亡的最佳策略。展会上,壳聚糖快速止血材料引起了人们的围观。

  研发人、哈尔滨工业大学材料学院特种陶瓷研究所副所长、博士生导师李保强介绍说,壳聚糖材料是从螃蟹、虾的壳中提出的生物应用高分子材料,其带正电荷,可吸水、抗菌,而人体组织细胞带负电荷,这样就可以迅速把血液中的水分吸走,有助于伤口凝固。

  “与市场上已有产品相比,出血时间和失血量降低了40%—70%。海绵可紧密贴合伤口,使伤口无渗血并避免二次出血。”李保强说。

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