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当衣食住行“遇见”软物质

文章来源:科技日报 吴长锋    发布时间:2018-04-26  【字号:      】

  日前,中国科大国家同步辐射实验室李良彬教授领导的“软物质智能制造”团队在国际权威期刊《化学评论》上发表长篇综述评论文章,系统地综述和评论了流动场诱导高分子成核结晶的研究现状,并被选为杂志封面。

  也许,对于普通人来说,一篇高深学术论文的发表与自己并无多大关系。当你知道自己无时无刻生活在一个四处充满软物质的世界里,包括我们自己的身体也大都由软物质构成的,或许你会感到惊讶。

  不仅用于衣食住行,也是高端制造关键材料

  “软物质”为何物?软物质的概念,是1991年诺贝尔奖获得者、法国物理学家德热纳提出来的,学术上是指处于固体和理想流体之间的物质,又称软凝聚态物质。一般由大分子或基团组成,包括液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命体系物质等。

  “高分子材料就是软物质的一种。”李良彬教授向科技日报记者介绍说,它不仅广泛应用于衣食住行,也成为环境能源、健康医疗、国防和航空航天等领域的关键材料。“比如一架波音787飞机,如果按重量核算的话,其中超过50%都是高分子材料。”目前全球每年高分子材料的使用量达到3亿多吨,产值2000多亿美元。国内消耗量占全球1/4,产值占国民经济约4%,已接近我国国民经济支柱产业。

  “但是,国内高性能高分子材料市场占有率极低,而且缺乏高端制造关键技术。”李良彬教授说,我国聚烯烃产能已经达到世界第一,而功能农膜、车用油箱、锂电池隔膜、医疗耗材等这些高端聚烯烃却严重依赖进口;我国天然橡胶生产能力也排在世界第一,但航空轮胎却全部需要进口。随着我国经济高速发展和高端产品需求增加,高分子材料高性能化日益迫切。

  观察分子形成有了大科学装置

  这么重要的高性能高分子材料,如何才能获得呢?

  “我们团队经历多年的研究和积累,发展出了一系列原位研究真实加工外场下微观结构快速演化的新方法。”李良彬教授说,要想弄清楚微观结构的快速演化过程和机理,就必须能做到对微观结构和过程的细致观察。

  “这个尺度非常小,达到微米级,时间也很快,是毫秒级别的。”李良彬教授介绍说,一般而言,要想观察到微观细小的分子、粒子等,要么光源足够亮,要么电磁场足够强。

  “高速带电粒子在磁场中进行曲线运动时会释放出电磁辐射,由于这种辐射是在同步加速器上第一次观察到的,因此被称为同步加速器辐射,也就是我们通常所说的同步辐射。”李良彬教授说,同步辐射技术具有时间、空间分辨率高等优点,和常规光源技术相比,同步辐射光源亮度要高出十几个数量级,在原位跟踪高分子加工过程中结构快速演化方面具有不可替代的优势。

  李良彬团队的研究正是利用了位于中国科学技术大学的“同步辐射加速器”这一国家大科学装置,实现了空间分辨率1.5微米、时间分辨率0.5毫秒,这些针对高分子材料原位研究的时间和空间分辨率为目前全世界报道的最佳水平。不远的将来,按产品使用性能去加工制造高分子产品,在我国可以实现。

  打破国外在材料和技术上的垄断

  过去十多年间,李良彬团队运用同步辐射散射和谱学等先进研究方法,获得的研究成果被多个国际知名期刊发表,引起了学术界的广泛关注。

  “运用我们的研究技术,高分子材料、制品设计研发周期和成本将大大缩短,有助于推动高分子科学跨越发展,提升我国高分子加工及相关产业的高端制造水平和国际竞争力。”李良彬教授告诉记者,他的团队已成功开发出高效、安全高端动力锂电池隔膜整套工艺技术,并在积极推进产业化实施,有望服务于我国新能源汽车行业。同时,团队正在研发可生物降解农膜,不仅能够使农民增产增收,同时在减少土地污染、保护环境及提高人们生活质量等方面具有重要的社会意义。

  先进光学膜是我国新型显示急需突破的关键材料,是国家重大的战略需求。目前,李良彬团队正在系统地攻克光学膜制造中的关键技术,打破国外材料和技术垄断,让我国的新型显示做大做强。




(责任编辑:侯茜)

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