复旦大学材料科学系武利民团队项目获国家技术发明奖二等奖

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6月24日,复旦大学材料科学系教授武利民率领团队凭借“硅氧烷杂化聚合物功能涂层设计制备新技术及其应用”项目,荣获2023年度国家技术发明二等奖。这也是武利民时隔14年,第二次摘得该奖项。

2010年初,人民大会堂,武利民收获了他人生中最重要的科技奖励——2009年度国家技术发明二等奖。

2024年夏,他再度登上这个领奖台,心潮澎湃如昨。

二度获奖,意味着二次突破。在第一次获奖基础上,武利民敏锐意识到高端装备的高性能、功能性聚合物涂层将是未来的“卡脖子”关键技术,于是将目光从民用转向工业,带领团队持续躬耕十余载。

面向国家重大工程重大装备需求,武利民团队避开国外的知识产权保护和技术壁垒,从基础研究做起,围绕树脂杂化、功能微球构筑等研发一系列具有自主知识产权的聚合物涂层,实现了从跟跑到领跑的跨越,为大国重器铸就“涂层之盾”。

如今,这位材料科学家身担管理重任,夙兴夜寐,专业管理两手抓,但讲起学术科研,依旧滔滔不绝。

“服务国家,使命所在。”这简单朴素的八个字,是支撑武利民创新突破、攻坚克难的箴言。

上火星、入大海,为国之重器打造“涂层之盾”

建筑、汽车、飞机、手机、机器人……聚合物涂层是许多行业和高新技术领域不可或缺的关键材料,其性能直接关系到产品的安全性、使用效能和寿命,对国民经济建设和国防安全至关重要。

我国2020年成功发射的首个火星探测器“天问一号”,在火星开展探测任务,其电源供应全靠3000块太阳能面板转化太阳能。一旦面板表面积尘,就会影响太阳能转化效率,导致电力供应不足。

除尘涂层用于“天问一号”火星车太阳能电池表面

针对遥不可及、复杂多变的火星环境,武利民团队为“天宫一号”量身打造一款具有自清洁功能的聚合物除尘涂层,能够长期保持太阳能面板清洁、不沾灰尘,确保太阳能高效转化。

这个涂层不仅可以自我清洁,还能自我修复——通过涂层内部结构、微结构和拓扑结构“再生”至受损表面,使其恢复原始的表面特性和功能,就像人的皮肤受伤后可愈合——这便解决了探测器受火星岩石撞击导致表面受损的问题。这也是国际上第一次在太空中使用除尘涂层。

最尖端的聚合物涂层技术,要经得起各类极端考验。武利民的科研成果不仅“上天”,也能“入海”。

海洋涂层应用于世界首艘10万吨工船

军舰和远洋货轮在内的各种舰船,作为维护国家海上贸易、海洋权益和国防安全的主要海洋装备,常常由于海水侵蚀和海洋生物污损而造成船体腐蚀、增重和航行阻力增加,大型舰船每隔两三年就需要返回维修厂进行维护,费用高达上亿元,且维修时间通常需要半年到一年。

然而,长期以来,国内聚合物涂层主要集中在中低端行业,高端领域都被欧美涂料企业所垄断,涉及到大型水面舰涂层更是被国外禁运。即使是国外海洋涂层也仍然存在树脂分子链水解抛光速度不稳定、涂层间作用力弱、无自修复自清洁功能,性能难以满足要求等问题。

立足国家重大需求,武利民团队在上海市科委和经信委,以及国家自然科学基金委创新研究群体、国家重点研发计划的支持下,独辟蹊径,提出了硅氧烷杂化树脂成膜物分子设计和涂层表面微-纳结构创制的新思路,发明了一系列高性能海洋防污聚合物涂层、高性能防腐涂层,大大延长舰船维护周期和使用寿命,性能达到并部分领先国外同类产品技术指标,提升了我国在聚合物功能涂层领域的国际地位和影响力。

蹬三轮、挤公交,致力实现关键领域自主创新

从昔日默默无闻的青年科研人员,到如今被国际同行评价为“世界上公认的从事聚合物智能涂层研究开发的领导者之一”,武利民在材料领域摸爬滚打近三十年。

上世纪90年代“出国热”,武利民赴美深造。在美国宾州州立大学从事博士后工作期间,他主要从事“高大上”的人工合成心脏研究。

1998年,在复旦自由开放的学术氛围吸引下,武利民与许多优秀人才一样来到复旦,根据自己的兴趣,选择聚合物涂层作为主攻研究方向。

“材料是个‘顶天立地’的学科。既能做高深的研究,又能应用于日常生活。所以我做研究,不仅仅是发文章,还要能应用。”

武利民当时就默默立志,要回国改变落后的涂料行业。

起步阶段,团队规模小,科研条件苦。武利民经常蹬着三轮车从科学楼到化学楼,把每周实验后的一大堆废弃物品运到废品仓库处理。“学生不会骑三轮,只好我自己来。”

当时为了做实验,等不及学校采购化学试剂,武利民就自己去试剂公司购买。天刚蒙蒙亮,他就挤上慢悠悠的55路公交车,“吱呀吱呀”驶向外滩,赶在八点前排上队、开单子、买到需要的化学试剂,再赶回学校完成一天的实验。

许多年里,即便冬天,武利民也准时六点半来到科学楼,然后一直在实验室工作到晚上八九点。“天冷嘛,大楼门卫师傅有时早上起晚了,我每次只能敲门喊醒他给我开门,也是很不好意思。”他笑着回忆。

武利民与学生合影

十年沉淀,厚积薄发。这一阶段,他的研究主要面向建筑、汽车等民用领域,为这两大产业的蓬勃发展提供了重要支撑。

2010年,武利民首次获得国家技术发明二等奖。

摘得国家级奖项后,他并未停滞不前,而是向新的学术高峰进发。在国家重大需求的驱动下,他与自己立下又一个“十年之约”——聚焦于高性能工业涂层的研究,致力于实现关键领域的自主创新。

无疑,这项工作的要求更高,难度更大。武利民坚持“两条腿走路”,走出一条独具特色的科研之路。

一方面,做好应用基础研究。团队共在国际著名期刊上发表学术论文600多篇,获授权中国发明专利超过80项、美国专利3项、国际PCT专利6项,出版国际上第一本功能聚合物涂层英文专著。

另一方面,打通产学研合作。团队自2009年起就与国内外著名企业合作,相关技术成功进行了产业化,产品应用于多种型号舰船、远洋货轮、“天问一号”火星车等国家重大工程,为重大装备的高效使用提供了不可或缺的材料保障,产生了良好的社会和经济效益。

“在复旦做研究,目标定位要更加高远”

从邯郸校区的科学楼、先进材料楼,再到江湾校区的先进材料楼,实验室多次搬迁,用的都是学校分配的“二手房”甚至“三手房”,但武利民团队从无怨言,逐渐发展壮大。

“不管做基础研究还是应用研究,最后还是要能‘冒泡’。”回望学术成长之路,武利民感慨道,做研究要有原创意识,要让研究能够在国际上取得引领地位,并获得同行的认可和重视,从而解决关键技术瓶颈。

他从来不喜欢追随科研热点,也直言自己的研究领域“到现在也不算热点”。在他看来,要保持定力、不被“牵着鼻子走”,就必须专注基础技术的精进,真正帮助国家解决关键领域的科学技术难题。

“在复旦做研究,目标定位要更加高远。我们必须致力于解决更难、更深层、更高水平、更有原创性的问题。”

武利民常对自己的博士生说,要掂量掂量自己的成果是否匹配得上“复旦”两个字,而不是简简单单拿个文凭而已。

未来,武利民团队还将在功能聚合物涂层领域继续突破,让更多成果走出实验室,真正实现利国利民。

其中一个方向,是为航天器开发更为轻薄、性能稳定的高性能涂层,如能够完全反射/吸收可见光的 “超白/超黑”涂层、导热涂层、传感涂层等,可以实现航天器节能、降低干扰、实时监测航天器变形、减轻航天器重量等等。

在应用层面,此前的各项成果,在民用领域也具有广阔前景。

例如,应用于“天宫一号”太阳能板的自清洁涂层技术,如果应用于汽车,可以让人们减少洗车频率;如果应用于飞机,可以防止机体外壳冬季结冰,减少除冰车使用频率;如果应用于手机,能防止指纹和油渍的堆积,保持屏幕清洁……

“人最后总要留下点什么。”对武利民而言,值得做的事情还有很多很多。

责编: 爱集微
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