《科學(xué)中國(guó)人》專欄報(bào)道我院院長(zhǎng)唐少春在新材料研發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域的探索

唐少春 | 科研作線,，編織新材料未來(lái)藍(lán)圖

納米復(fù)合材料被譽(yù)為“21世紀(jì)的新材料”，因其研發(fā)及應(yīng)用手段均符合國(guó)際綠色工業(yè)發(fā)展和我國(guó)可持續(xù)發(fā)展,、生態(tài)文明建設(shè)的要求,，被視作先進(jìn)綠色化工新材料的絕佳選擇。其中,，納米金屬/碳復(fù)合材料更因兼具納米尺寸金屬與功能碳材料的優(yōu)勢(shì)脫穎而出,，展現(xiàn)出特殊的光學(xué)、熱學(xué)、催化等功能,，成為有機(jī)污染物降解,、海洋裝備長(zhǎng)效防腐及光學(xué)薄膜、電池性能提升的關(guān)鍵增強(qiáng)材料,。然而,，傳統(tǒng)制備技術(shù)難以在納米尺度上對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)、組分和尺寸進(jìn)行調(diào)控,，尤其是無(wú)法實(shí)現(xiàn)在碳球內(nèi)部生長(zhǎng)多種小尺寸金屬,，這一度成為工業(yè)生產(chǎn)和高端產(chǎn)品制造等重要領(lǐng)域的發(fā)展瓶頸。南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院教授,、海安南京大學(xué)高新技術(shù)研究院院長(zhǎng)唐少春有心破局，自2005年起便專注于金屬/碳納米復(fù)合功能材料,、納米改性增強(qiáng)電池隔膜,、高性能防腐保溫特種涂層、柔性智能響應(yīng)薄膜等材料的研發(fā)與工程應(yīng)用,。

　　面向國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略與需求,，唐少春積極推進(jìn)新材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的融合，并不斷提升自身科研工作的精細(xì)化水平,，這是他多年來(lái)對(duì)自己和團(tuán)隊(duì)一以貫之的嚴(yán)格要求,，也是他眼中“不掉隊(duì)、不走偏”的必然條件,。在國(guó)家自然科學(xué)基金,、國(guó)家“973計(jì)劃”和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等科研項(xiàng)目的實(shí)施完成過(guò)程中，他始終展現(xiàn)著專心,、細(xì)心,、耐心，用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)“編織”起了一根根解決行業(yè)痛點(diǎn)的“彩線”,，在納米復(fù)合材料的發(fā)展藍(lán)圖上,，“繡”出了一幅壯麗而獨(dú)特的美妙畫卷。

展開求索實(shí)踐,，找準(zhǔn)“落針點(diǎn)”

　　“科學(xué)研究中往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些非常有趣,、讓人驚奇的現(xiàn)象，這是一件令人振奮的事情,！”當(dāng)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中首次觀測(cè)到金屬在微孔碳球內(nèi)部竟能快速成核,、生長(zhǎng)成尺寸小于10nm的超細(xì)納米粒子時(shí)，唐少春抑制不住地感嘆,。近20年前的他不會(huì)想到,，自己能夠打通一條與國(guó)際報(bào)道的傳統(tǒng)bottom-up制備法完全相反的技術(shù)路徑，甚至比傳統(tǒng)技術(shù)反應(yīng)速率還提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。談起取得的突破性成果,，唐少春始終保持謙遜的態(tài)度,。回想起剛開始從事科學(xué)研究的時(shí)候,，缺少科研經(jīng)費(fèi)和儀器設(shè)備,，甚至固定的實(shí)驗(yàn)室都沒有，但這沒有左右他的選擇,。經(jīng)年累月水滴石穿,，這份數(shù)年如一日以“甘坐冷板凳”的精神在行業(yè)內(nèi)扎下根去的科研態(tài)度，或許才是唐少春最終凝成突破性成果的關(guān)鍵,。

　　“我讀書時(shí)的專業(yè)班應(yīng)該說(shuō)是‘小而精’的教學(xué)模式,，學(xué)生和教授彼此相熟，老師們認(rèn)真敬業(yè),、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和執(zhí)著的求是精神淋漓盡致地展現(xiàn)在我們眼前,。一路走來(lái)，南京大學(xué)寬德養(yǎng)士,、至樂成學(xué)的育人理念影響我至深,，深厚的學(xué)科底蘊(yùn)、多樣的學(xué)科道路,、雄厚的師資力量,，良好的學(xué)習(xí)氛圍和開放包容的學(xué)術(shù)環(huán)境也鞭策著我不懈奮斗?！痹谙露Q心常駐母校開展科研探索,、教書育人后，唐少春開始了對(duì)自身發(fā)展方向的思索,。

　　埋首書海一段時(shí)間后,，唐少春發(fā)現(xiàn)“行勝于言”，“科研不是憑空想象,，只有深入行業(yè)中去,，把問題找準(zhǔn)，才能有的放矢,、拳腳大展”,。自此，他不斷求索,、反復(fù)實(shí)驗(yàn),，在材料學(xué)浩如煙海的龐雜分支中錨定了無(wú)機(jī)納米復(fù)合功能顆粒增強(qiáng)涂層研究作為自己科研的“落針點(diǎn)”。十?dāng)?shù)年磨劍之下,，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)明了超聲電沉積,、微波液相選擇性加熱納米包覆技術(shù),，促使二氧化硅負(fù)載納米金屬、碳球內(nèi)嵌納米金屬的結(jié)構(gòu)控制路徑開始逐步成形,，最終以實(shí)現(xiàn)公斤級(jí)批量化制備為相關(guān)項(xiàng)目暫時(shí)畫上了句點(diǎn),。

　　項(xiàng)目告一段落，但成果影響卻十分廣泛,，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局發(fā)文稱：“此項(xiàng)專利技術(shù)既可實(shí)現(xiàn)對(duì)納米粒子尺寸,、數(shù)密度的控制，又能夠?qū)αＷ釉谌S空間的分布位置進(jìn)行調(diào)控,；產(chǎn)物純度高,，具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，反應(yīng)速率快,、產(chǎn)率高,；反應(yīng)可控性好，技術(shù)適用范圍廣,；并且打破了多金屬/碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及精準(zhǔn)調(diào)控制備的技術(shù)壁壘,，推動(dòng)了納米功能材料的技術(shù)進(jìn)步，為鋰離子電池隔膜改性提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐,?！?/span>

注重科技賦能,，磨好“繡花針”

　　不求所有,，但求所用?！叭绾螌⒊晒D(zhuǎn)化為推動(dòng)行業(yè)發(fā)展,、國(guó)家戰(zhàn)略支持的有效力量”，是唐少春一直思考踐行的問題,，也是他從事科研的終極心愿,。通過(guò)敏銳的洞察和與企業(yè)多年開展橫向合作的切實(shí)經(jīng)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn),，我國(guó)油氣儲(chǔ)運(yùn)裝備用高端涂層材料其實(shí)存在著懸而未決的“卡脖子”問題,。“能源安全是工業(yè)發(fā)展的命脈所在,，但我國(guó)油氣的開采利用,，無(wú)論是深海輸運(yùn)還是建在沿海的大型儲(chǔ)罐，都有著相應(yīng)的限制因素,?！焙?jiǎn)單而言，就是“防腐”“保溫”兩個(gè)關(guān)鍵詞——地表裝備難逃太陽(yáng)暴曬,，深海存儲(chǔ)無(wú)可避免溫度驟降,，這種“冷熱兩極”的極端環(huán)境消耗的都是油氣管道和儲(chǔ)罐的“壽限”,。

　　為減緩寶貴油氣資源的損失，無(wú)數(shù)材料學(xué)者埋首攻關(guān),，以“鐵杵磨成針”般的意志在實(shí)驗(yàn)室與科研藍(lán)海里通宵達(dá)旦,，其中也包含唐少春團(tuán)隊(duì)的身影。面向國(guó)家戰(zhàn)略需求,，他們提出了核殼結(jié)構(gòu)相變儲(chǔ)能保溫填料,，利用碳表面豐富的官能團(tuán)，成功研發(fā)出復(fù)合球表面改性新技術(shù)和防腐膠黏劑,，提出了納米微球改性高耐候性氟碳涂料及超耐候重防腐新型復(fù)合涂層,，并揭示了納米顆粒協(xié)同增強(qiáng)涂層界面防腐、提升涂層隔熱保溫的機(jī)理,。經(jīng)檢測(cè),，此類納米復(fù)合涂層的性能指標(biāo)均優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品，可使油氣儲(chǔ)運(yùn)裝備全年油氣損耗量減少35%以上,，大幅提高了涂層和裝備表面的附著力,、抗沖擊、耐腐蝕等性能,，對(duì)降低資源損耗,、減少CO2排放的技術(shù)革新及加快碳中和具有重要意義。

　　碳納米復(fù)合功能材料的魅力與前景還遠(yuǎn)不止于此,?！霸谘芯靠纱┐魅嵝猿?jí)電容器時(shí)，我發(fā)現(xiàn)碳納米管薄膜材料的特性在多種材料的襯托下尤為凸顯,，未來(lái)有望在多領(lǐng)域,、富有挑戰(zhàn)的工程中得以應(yīng)用?！边@本是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料,，由呈六邊形排列的數(shù)層到數(shù)十層碳原子構(gòu)成，卻具有重量輕和極為特殊的力學(xué),、電學(xué),、化學(xué)性能優(yōu)勢(shì)。雖然性能卓越,，但克服高效持續(xù)制備碳納米管薄膜的技術(shù)難題,，還是耗費(fèi)了唐少春不少工夫。所幸,，由他開發(fā)的非均相沉淀納米包覆技術(shù)目前已成為一份高分答卷,，使生產(chǎn)的超長(zhǎng)碳納米管網(wǎng)絡(luò)狀復(fù)合薄膜進(jìn)一步具備了智能自控溫、無(wú)懼局部受損,、熱輻射為主,、能耗低等優(yōu)點(diǎn),。

　　“有了新材料，就要有新路徑,。我渴望為產(chǎn)業(yè)發(fā)展做些什么,。”秉此心愿,，唐少春在海拔3000米的云南風(fēng)場(chǎng)開展了原型試驗(yàn),，為推廣這種優(yōu)質(zhì)材料應(yīng)用于防除冰領(lǐng)域而再一次“磨杵成針”。據(jù)他透露,，現(xiàn)在除冰系統(tǒng)已滿足各項(xiàng)應(yīng)用指標(biāo),，解決了風(fēng)電葉片防除冰這一行業(yè)的世界性難題，減少了我國(guó)內(nèi)蒙古,、云貴高原,、西北等地風(fēng)力發(fā)電機(jī)因結(jié)冰造成的損耗。中國(guó)商飛技術(shù)團(tuán)隊(duì)也與團(tuán)隊(duì)開展過(guò)多次溝通,，就柔性薄膜防除冰技術(shù)研發(fā)立項(xiàng)開展聯(lián)合攻關(guān),。“如果我們的成果能用在新一代國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)和直升機(jī)的機(jī)翼除冰上,，就可打破西方壟斷,，為祖國(guó)的建設(shè)出一份綿薄之力。這比任何鮮花與掌聲都更令我欣喜,?！碧粕俅赫f(shuō)道。

加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào),，用好“穿針法”

　　作為南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院教授,，唐少春在研究工作中持續(xù)探索,，而2020年,，他又迎來(lái)了一個(gè)新的身份——海安南京大學(xué)高新技術(shù)研究院院長(zhǎng)。這意味著,，在完成學(xué)校教學(xué),、科研任務(wù)的同時(shí)，他還將勇挑積極推進(jìn)產(chǎn)教融合的重?fù)?dān),，將校地最大協(xié)同創(chuàng)新互動(dòng)效應(yīng)發(fā)揮到極致,。

　　新的時(shí)代任務(wù)對(duì)唐少春提出了新的要求，即強(qiáng)化統(tǒng)籌能力,，形成工作合力,。對(duì)此，他靈活采用“院企共建,，合作共贏”的發(fā)展模式,，構(gòu)建政產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的科技創(chuàng)新平臺(tái),，在平臺(tái)和高校間“穿針引線”，既為學(xué)生創(chuàng)造了更好的實(shí)訓(xùn),、從業(yè)資源,，也為行業(yè)解決了發(fā)展困境。由于在產(chǎn)學(xué)研方面取得的成效,，他在3年內(nèi)便先后獲得了南通市優(yōu)秀科技工作者,、實(shí)施驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略先進(jìn)個(gè)人、“科技興市功臣”等榮譽(yù),。

　　新材料的研發(fā)與應(yīng)用千變?nèi)f化,，但不變的是科研工作者們科技利民、造福社會(huì)的初心,。產(chǎn)研融合,、實(shí)干興邦，在科研領(lǐng)域上下求索,，在細(xì)微之處發(fā)現(xiàn)問題,，需要下功夫才可見真章。正因如此,，唐少春立志將永葆“咬定青山不放松”的韌勁和“越是艱險(xiǎn)越向前”的勇毅,，他說(shuō)：“逐夢(mèng)圓夢(mèng)本就是一程接一程的砥礪奮斗，也是一代又一代人的接續(xù)努力,，在這種精神的指導(dǎo)下,，我們何懼荊棘密布，何懼同擔(dān)風(fēng)雨,?！?/span>