先来谈谈纤维。纤维,到底是什么?对于大部分的普通人来说,首先想到的,一定是棉麻丝毛这类天然纤维,但事实上,纤维材料早已实现了上天入地。朱美芳院士告诉我们,我国纤维材料的布局主要围绕三个方面展开:第一就是面向航空航天、国防军工、高端装备和先进制造业的高性能纤维与复合材料;第二,就是面向包括百姓穿衣在内的量大面广的纤维材料,赋予他们功能化和智能化,也就是多功能纤维;第三,替代石油资源的生物基材料,也就是环境友好与生物纤维材料。
先来谈谈高性能纤维。朱美芳说,她习惯于用“一黑一白一黄”来形容它们。黑色是碳纤维,白色是高强高模聚乙烯纤维,黄色则是芳香族聚酰胺纤维。以碳纤维为例,它是一种重要的先进材料,高端碳纤维此前一直被海外公司垄断,全球只有三家公司能量产。而现在,国内首套大丝束碳纤维生产线已经投产。它是“新材料之王”、被称为“黑黄金”,比如,它的比重不到钢的四分之一,强度却是钢的7至9倍,并且还具有耐腐蚀的特性,可以广泛应用在风能、太阳能、高铁动车和飞机部件等行业。
如果说,高性能纤维距离我们的生活还比较远,那么功能性纤维则已经不知不觉地充斥了我们的生活。2020年,朱美芳院士团队凭借“有机无机原位杂化构筑高感性多功能纤维的关键技术”,获得了国家技术发明奖二等奖。她告诉我们,我国化纤产量占全球70%,其中超过八成是量大面广的聚酯和聚酰胺纤维,同质同构的现象严重。与之对比,高感性、多功能的高品质纤维供给不足,功能化产品比例偏低。比如,一方面可以满足抗菌、阻燃等健康防护的要求,另一方面又实现了舒适亲肤,这样的高感性多功能纤维就是行业急需和国际竞争的焦点。她表示,在高感性多功能纤维产业化的过程中,有三大关键技术瓶颈亟待突破:功能组分在聚合物基体中添加量多、分散性差;功能材料在高温熔融纺丝加工中不稳定、功效不耐久;功能纤维连续化加工难、制成率低等等。通过近十年的研发,这些卡脖子的技术难题终于被一一破解。在节目录制现场,我们见到了朱美芳院士带来的诸多功能性纤维材料。比如,国庆庆典上使用的红色地毯,是用废旧的矿泉水瓶再生产的,生产过程中,增加了阻燃的功能;又比如,乍一看与普通外套并无二致的防护服,平时出门穿着,一点也没有违和感。
最后,我们要讲的是智能纤维。近期,朱美芳院士联合华山医院的教授,首次在一维曲面结构表面,实现了纳米尺度离子异质结的可控构筑,获得了具有千米级制造潜力的电子—离子杂化半导体纤维器件,可用于周围神经损伤后远端神经的持续电刺激,从而延缓远端肌肉萎缩,为神经损伤后错过早期治疗的患者,实现更好的运动功能恢复提供了可能性。而类似这样的智能化纤维的研发,还在继续。
这就是纤维的神奇之处。可以上天入地、可以潜海、也可以进入人体。不过,一个现实问题是,我国是纤维大国但不是强国。所以,产学研用如何更好的联手合作,形成闭环,是朱美芳院士最关心的。企业的支持,可以提供更多的应用场景和反馈信息,帮助研发端更好地提升成果质量;资金的支持解决研发端和企业的后顾之忧;跨学科人才的培养可以从源头上提供智力支持。朱美芳院士表示,只有各方综合助力,才能助推行业高质量发展。
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