《科學(xué)中國人》專欄報道我院院長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,，編織新材料未來藍圖

納米復(fù)合材料被譽為“21世紀的新材料”,，因其研發(fā)及應(yīng)用手段均符合國際綠色工業(yè)發(fā)展和我國可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)的要求,，被視作先進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,，成為有機污染物降解,、海洋裝備長效防腐及光學(xué)薄膜、電池性能提升的關(guān)鍵增強材料,。然而,，傳統(tǒng)制備技術(shù)難以在納米尺度上對復(fù)合結(jié)構(gòu)、組分和尺寸進行調(diào)控,，尤其是無法實現(xiàn)在碳球內(nèi)部生長多種小尺寸金屬,，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,。

　　面向國家重大發(fā)展戰(zhàn)略與需求,，唐少春積極推進新材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的融合，并不斷提升自身科研工作的精細化水平,，這是他多年來對自己和團隊一以貫之的嚴格要求,，也是他眼中“不掉隊、不走偏”的必然條件,。在國家自然科學(xué)基金,、國家“973計劃”和國家重點研發(fā)計劃等科研項目的實施完成過程中，他始終展現(xiàn)著專心,、細心,、耐心,，用知識和經(jīng)驗“編織”起了一根根解決行業(yè)痛點的“彩線”，在納米復(fù)合材料的發(fā)展藍圖上,，“繡”出了一幅壯麗而獨特的美妙畫卷,。

展開求索實踐，找準“落針點”

　　“科學(xué)研究中往往會發(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)在實驗過程中首次觀測到金屬在微孔碳球內(nèi)部竟能快速成核,、生長成尺寸小于10nm的超細納米粒子時,，唐少春抑制不住地感嘆。近20年前的他不會想到,，自己能夠打通一條與國際報道的傳統(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)速率還提高了兩個數(shù)量級。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)研究的時候,，缺少科研經(jīng)費和儀器設(shè)備,，甚至固定的實驗室都沒有，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,。

　　“我讀書時的專業(yè)班應(yīng)該說是‘小而精’的教學(xué)模式,，學(xué)生和教授彼此相熟，老師們認真敬業(yè),、嚴謹?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，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、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，唐少春開始了對自身發(fā)展方向的思索,。

　　埋首書海一段時間后,，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,，才能有的放矢、拳腳大展”,。自此,，他不斷求索、反復(fù)實驗,，在材料學(xué)浩如煙海的龐雜分支中錨定了無機納米復(fù)合功能顆粒增強涂層研究作為自己科研的“落針點”,。十?dāng)?shù)年磨劍之下，他帶領(lǐng)團隊發(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,，最終以實現(xiàn)公斤級批量化制備為相關(guān)項目暫時畫上了句點,。

　　項目告一段落，但成果影響卻十分廣泛,，國家知識產(chǎn)權(quán)局發(fā)文稱：“此項專利技術(shù)既可實現(xiàn)對納米粒子尺寸,、數(shù)密度的控制，又能夠?qū)αＷ釉谌S空間的分布位置進行調(diào)控,；產(chǎn)物純度高,，具有獨特的層狀結(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)計及精準調(diào)控制備的技術(shù)壁壘,，推動了納米功能材料的技術(shù)進步，為鋰離子電池隔膜改性提供了強大的技術(shù)支撐,。”

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)化為推動行業(yè)發(fā)展,、國家戰(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,。通過敏銳的洞察和與企業(yè)多年開展橫向合作的切實經(jīng)驗,，他發(fā)現(xiàn)，我國油氣儲運裝備用高端涂層材料其實存在著懸而未決的“卡脖子”問題,?！澳茉窗踩枪I(yè)發(fā)展的命脈所在，但我國油氣的開采利用,，無論是深海輸運還是建在沿海的大型儲罐,，都有著相應(yīng)的限制因素?！焙唵味?，就是“防腐”“保溫”兩個關(guān)鍵詞——地表裝備難逃太陽暴曬，深海存儲無可避免溫度驟降,，這種“冷熱兩極”的極端環(huán)境消耗的都是油氣管道和儲罐的“壽限”,。

　　為減緩寶貴油氣資源的損失，無數(shù)材料學(xué)者埋首攻關(guān),，以“鐵杵磨成針”般的意志在實驗室與科研藍海里通宵達旦,，其中也包含唐少春團隊的身影。面向國家戰(zhàn)略需求,，他們提出了核殼結(jié)構(gòu)相變儲能保溫填料,，利用碳表面豐富的官能團，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)同增強涂層界面防腐、提升涂層隔熱保溫的機理,。經(jīng)檢測,，此類納米復(fù)合涂層的性能指標均優(yōu)于國內(nèi)外同類產(chǎn)品，可使油氣儲運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不止于此,?！霸谘芯靠纱┐魅嵝猿夒娙萜鲿r，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,。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)的超長碳納米管網(wǎng)絡(luò)狀復(fù)合薄膜進一步具備了智能自控溫,、無懼局部受損、熱輻射為主,、能耗低等優(yōu)點,。

　　“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)場開展了原型試驗,，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)已滿足各項應(yīng)用指標,，解決了風(fēng)電葉片防除冰這一行業(yè)的世界性難題，減少了我國內(nèi)蒙古,、云貴高原,、西北等地風(fēng)力發(fā)電機因結(jié)冰造成的損耗。中國商飛技術(shù)團隊也與團隊開展過多次溝通,，就柔性薄膜防除冰技術(shù)研發(fā)立項開展聯(lián)合攻關(guān),。“如果我們的成果能用在新一代國產(chǎn)大飛機和直升機的機翼除冰上,，就可打破西方壟斷,，為祖國的建設(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道。

加強統(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,，他又迎來了一個新的身份——海安南京大學(xué)高新技術(shù)研究院院長,。這意味著，在完成學(xué)校教學(xué),、科研任務(wù)的同時,，他還將勇挑積極推進產(chǎn)教融合的重擔(dān)，將校地最大協(xié)同創(chuàng)新互動效應(yīng)發(fā)揮到極致,。

　　新的時代任務(wù)對唐少春提出了新的要求,，即強化統(tǒng)籌能力，形成工作合力,。對此,，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,，在平臺和高校間“穿針引線”，既為學(xué)生創(chuàng)造了更好的實訓(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,、實施驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略先進個人、“科技興市功臣”等榮譽,。

　　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、造福社會的初心,。產(chǎn)研融合,、實干興邦，在科研領(lǐng)域上下求索,，在細微之處發(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“越是艱險越向前”的勇毅,，他說：“逐夢圓夢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>