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發(fā)表于：2024/08/14 18:49:24
穿在身上的衣服能發(fā)電，汽車不光底盤、而是全身都有電池，還有特別“抗揍”的柔性護(hù)具，這些你想不想擁有？從高校實驗室，到工廠生產(chǎn)線，擁有它們不是夢，在未來材料的賽道上，這些新鮮又奇特的材料正在走向我們的生活。
從實驗室到生產(chǎn)線 未來材料走向生活
如果你喜歡看科幻電影，就會發(fā)現(xiàn)很多角色身上的戰(zhàn)衣充滿科技含量，是他們超能力的來源。內(nèi)置的生命體征監(jiān)測系統(tǒng)讓角色在激烈的戰(zhàn)斗中時刻了解自己的身體狀況，同時因為先進(jìn)的儲能技術(shù)，也會一直能量滿滿。這些戰(zhàn)衣也成為他們保護(hù)自己的絕佳神器。盡管現(xiàn)實生活無法像科幻電影那般極致，但在科研人員的不斷探索下，集成電路材料、先進(jìn)能源材料、生物醫(yī)用材料、新型顯示材料等未來材料正不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用場景也越來越豐富。
你是否想象過，我們穿的衣服，背的背包不僅能儲存電能，還能隨時為手機(jī)等隨身電子產(chǎn)品供電？這樣的“科幻場景”，已經(jīng)由復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊變成了現(xiàn)實。不久前，他們在高性能纖維聚合物鋰離子電池以及電池織物的研究中取得了新突破，其原創(chuàng)性科研成果在國際上處于領(lǐng)先水平。
眼前這些纖維布料，不僅柔軟透氣，像衣服一樣可以隨意揉搓和疊放，還能為手機(jī)等電子產(chǎn)品供電，之所以這么神奇，是因為布料里面“藏”著高安全性與高儲能性能的纖維聚合物鋰離子電池。由于傳統(tǒng)電池里的有機(jī)液體電解質(zhì)容易泄漏并有著火爆炸風(fēng)險，復(fù)旦科研團(tuán)隊便想到在纖維電池里構(gòu)建孔道，有效突破了安全性低的瓶頸，由此破解了柔性纖維電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用“最后一公里”的難題。
復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系和纖維電子材料與器件研究院教授 彭慧勝：纖維電極我們讓它們里面有孔道，那么前驅(qū)體是液體，就像膠水一樣，它可以沿著孔道往里面滲透進(jìn)去。滲透進(jìn)去以后，我們再通過化學(xué)反應(yīng)，讓它從液態(tài)變成類似于果凍狀的凝膠電解質(zhì)，這樣凝膠電解質(zhì)就被穩(wěn)定地固定在孔道里面了，它就不會出來了，也不會有著火燃燒的安全隱患了。
纖維聚合物鋰離子電池是一種先進(jìn)能源材料，正是由于它具備了高安全性與高儲能性能，就可以在高低溫和真空環(huán)境中使用，甚至在遭受外力破壞，如水洗、變形、磨損、切割后，仍然可以安全穩(wěn)定地為用電器供電，自身還可以進(jìn)行循環(huán)充電補(bǔ)能。
因此，未來在消防救災(zāi)、極地科考、航空航天以及新能源汽車、虛擬現(xiàn)實設(shè)備、軟體機(jī)器人等多個領(lǐng)域，纖維電池的應(yīng)用前景十分廣闊。
復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系和纖維電子材料與器件研究院教授 彭慧勝：可以把它做成核心的材料，然后跟其它材料進(jìn)行復(fù)合，復(fù)合以后可以做成汽車的車身、車頭、 車尾，它就不是光底盤的電池可以給它提供動力，它整個的車身、車頭、車尾全部是電池，整個電動汽車的續(xù)航能力就會非常遠(yuǎn)。
有趣未來材料 如何影響我們的生活
未來材料還有哪些？它們會怎樣影響我們的生活？這些答案就在很多高校的實驗室里，比如高分子材料、柔性超材料等等。下面就跟我們的記者走進(jìn)高校實驗室，帶大家看看有趣的實驗，感受一下這些新材料的神奇之處。
總臺央視記者 李晶晶：在我手里的并不是一塊橡皮泥，但它卻可以和橡皮泥一樣可以隨意地揉捏，把它拉扯到一定程度的時候，它還能像液體一樣流動。雖然它外表看起來軟軟的，但只要有外力沖擊就會變得堅硬無比，甚至非常“抗揍”。這種神奇的物質(zhì)就是西安交大團(tuán)隊研發(fā)的納米智能吸能凝膠。利用它遇強(qiáng)則強(qiáng)的特性，這款防護(hù)材料主要用來制作護(hù)具，保護(hù)我們的身體在外力沖擊時不受傷害。
我們再來做一個有趣的實驗，當(dāng)雞蛋從一米的高處掉落會發(fā)生什么呢？
無保護(hù)裝置下雞蛋碎裂；我們再試一次，這次我們放入保護(hù)裝置，掉落的雞蛋會完好無損。
奧秘就藏在這種高分子有機(jī)凝膠上，它是團(tuán)隊研發(fā)的另一種防護(hù)材料。生活中，我們使用手機(jī)、平板等電子設(shè)備時難免意外掉落，導(dǎo)致屏幕碎裂，而這種新型的凝膠材料可以用來制作電子設(shè)備的柔性屏幕，成為靠譜的“屏幕衛(wèi)士”。
再來說另一種可穿戴的新材料，華中科技大學(xué)團(tuán)隊就研發(fā)出一種特定的柔性超材料，可以彎曲，折疊，拉伸，壓縮，變形后仍能保持高效的光、聲、力的調(diào)控性能，可以把它制作成能夠矯正色盲的隱形眼鏡，這種材料具備高穩(wěn)定性，高舒適度和低成本的優(yōu)點，能提高患者對不同顏色的辨別能力，在未來的實際應(yīng)用中具備很大的潛力。
解決“轉(zhuǎn)化”煩惱 科技成果走向“生產(chǎn)線”
高校實驗室里藏著這么多科技創(chuàng)新，怎樣讓它們從實驗室走向生產(chǎn)線，走進(jìn)我們的生活中。
在前面的短片里，記者親身體驗了西安交通大學(xué)團(tuán)隊高分子防護(hù)材料的實驗效果，現(xiàn)在，這?？萍紕?chuàng)新的“種子”也已經(jīng)成為“市場新寵”。
張彥峰是西安交大高分子防護(hù)材料研發(fā)項目的負(fù)責(zé)人，為了提高成果轉(zhuǎn)化效率，他每天都在想方設(shè)法擠出時間，和科研團(tuán)隊、生產(chǎn)企業(yè)，討論產(chǎn)品的完善方案。無論是在高鐵上，還是在實驗室里，每次一說到他們的新材料，張彥峰都充滿激情。
西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院副院長 張彥峰：這種材料以后可以用在很多地方，比如說我們高鐵、飛機(jī)，風(fēng)電葉片的一些貼膜。因為它在高速運動的時候會有很多侵蝕， 做成一個超強(qiáng)超韌的“鎧甲”，就能夠防止本體材料被侵蝕掉，做到綠色環(huán)保，符合未來的發(fā)展趨勢。
盡管對研究成果很有信心，但怎么讓科研成果從實驗室走向生產(chǎn)線，張彥峰和團(tuán)隊也曾遇到過“轉(zhuǎn)化”的煩惱。缺乏有吸引力的激勵機(jī)制“不想轉(zhuǎn)”，和缺乏有前瞻性的支撐體系“不會轉(zhuǎn)”，是很多高校科研成果轉(zhuǎn)化中的兩大堵點。
針對這一問題，西安交大首先通過“先確權(quán)、后轉(zhuǎn)化”的模式，為科研人員從事成果轉(zhuǎn)化吃下“定心丸”，激發(fā)他們的創(chuàng)新創(chuàng)造活力和成果轉(zhuǎn)化積極性。
西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院副院長 張彥峰：我們學(xué)校出臺了雙肩挑的校管干部政策，因自己的科研轉(zhuǎn)化而引起兼職兼薪，組織部和學(xué)校的黨委是可以進(jìn)行批復(fù)和推進(jìn)的。我們從制度松綁上來講，自己的本職工作做好的前提下，可以向外推廣自己的科技成果進(jìn)行商業(yè)化運作。
激發(fā)創(chuàng)造活力只是第一步，讓一顆科技種子，結(jié)出沉甸甸的果實，還需要很多“陽光雨露”。面對科技成果轉(zhuǎn)化中的資金壓力，學(xué)校幫助張彥峰團(tuán)隊引入金融資本、種子基金、天使基金。如何圍繞創(chuàng)新鏈布局產(chǎn)業(yè)鏈？在西安交通大學(xué)西部科技創(chuàng)新港的孵化機(jī)制中，張彥峰也找到了更優(yōu)解，從原來的自建產(chǎn)線轉(zhuǎn)變?yōu)槔贸墒飚a(chǎn)線。
西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院副院長 張彥峰：學(xué)校大力推進(jìn)我們校企合作研究院的建設(shè)，我們現(xiàn)在跟世界500強(qiáng)、中國500強(qiáng)已經(jīng)有197家簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，大的公司會給我們注入更多的經(jīng)營管理、商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的一些隊伍和經(jīng)驗，大大促進(jìn)了老師科創(chuàng)轉(zhuǎn)化的進(jìn)度。
加快科技成果轉(zhuǎn)化的步伐，科研人員既要能圍繞創(chuàng)新鏈布局產(chǎn)業(yè)鏈，反過來，也要能圍繞產(chǎn)業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈。
西安交大教授吳朝新一開始就瞄準(zhǔn)了有機(jī)發(fā)光材料和封裝材料的市場，在學(xué)校的支持下，他成立了由“科學(xué)家+工程師”組成的高科技新材料公司，并積極和相關(guān)企業(yè)對接。針對手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈上手機(jī)折疊屏等柔性電子器件的封裝膠水材料被國外壟斷的情況，他們與國內(nèi)的材料廠商密切配合、協(xié)同攻關(guān)，自主研發(fā)的有機(jī)薄膜封裝膠水實現(xiàn)了國產(chǎn)替代量產(chǎn)。團(tuán)隊還緊跟市場反饋和客戶要求，加強(qiáng)技術(shù)迭代升級，滿足產(chǎn)業(yè)需求。
西安交大電子與信息學(xué)部電子科學(xué)與工程學(xué)院教授 吳朝新：我們的優(yōu)勢在于我們可以快速進(jìn)行技術(shù)迭代，和我們的客戶密切配合，可以針對他們的要求協(xié)同創(chuàng)新，我們在他們的要求下實現(xiàn)了一些樣品之后，他們能夠迅速及時去評測，反饋給我們很多信息，這些信息就是我們不斷迅速迭代的一個依據(jù)。
截至目前，他們已申請國內(nèi)專利50余項，國際專利3項。吳朝新說，從實驗室走向生產(chǎn)線，從國產(chǎn)替代到科技創(chuàng)新再到技術(shù)引領(lǐng)，還離不開政府產(chǎn)業(yè)孵化等政策的支持。聚焦目前國際上最新的OLED顯示屏新型結(jié)構(gòu)材料以及光刻膠，目前，他們正在緊鑼密鼓地新建占地一百多畝的生產(chǎn)園區(qū)，預(yù)計明年6月投產(chǎn)。
西安交大電子與信息學(xué)部電子科學(xué)與工程學(xué)院教授 吳朝新：高校的科研成果轉(zhuǎn)化，它引入了資本、引入了客戶、引入了產(chǎn)業(yè)、引入了技術(shù)，使得老師特別能了解市場、了解客戶，了解某些產(chǎn)業(yè)的一些需求，能夠及時調(diào)整自己的這種研究方向，而且依托高校，人才團(tuán)隊的一些培養(yǎng)，技術(shù)迭代的這種創(chuàng)新都會得到更好的發(fā)展。
(總臺央視記者 李晶晶 李兵 王殿甲)