從實驗室奔向產(chǎn)業(yè)前沿，一場研討會洞見“千材萬象”

水凝膠基柔性電池實現(xiàn)180度安全彎折、腰果殼提取物鑄就剛韌兼濟的綠色樹脂……深秋時節(jié)，關(guān)乎新材料產(chǎn)業(yè)未來的創(chuàng)新力量在南京匯聚——11月1日至2日，第二十屆全國青年材料科學技術(shù)研討會召開，1300余名來自高校、院所與企業(yè)的科技工作者參會，分享在新材料領(lǐng)域的科研進展、創(chuàng)新實踐。

“十五五”規(guī)劃建議明確提出，加快新能源、新材料、航空航天、低空經(jīng)濟等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。曾經(jīng)長期被海外壟斷的關(guān)鍵材料領(lǐng)域，如今正成為我國科技創(chuàng)新集中突破的前沿陣地。

新材料重塑產(chǎn)業(yè)未來

新材料領(lǐng)域的突破，正在悄然改變多個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡。

“折疊屏手機已不稀奇，但想要設(shè)備實現(xiàn)全柔性化，關(guān)鍵瓶頸在于核心部件——電池。未來的可穿戴設(shè)備、植入式醫(yī)療監(jiān)測器等都需要與人體緊密貼合，而傳統(tǒng)剛性電池難以滿足這一需求。”自2017年起，東南大學材料科學與工程學院教授章煒團隊開始研發(fā)水凝膠基柔性儲能材料，即將電池的全部構(gòu)件集成于高分子凝膠體系中，從而實現(xiàn)設(shè)備的全柔性化。

“這在全球范圍內(nèi)屬于結(jié)構(gòu)層面的首創(chuàng)。與傳統(tǒng)鋰電池相比，我們的產(chǎn)品在電化學性能上與之持平，卻實現(xiàn)了‘絕對安全’——即使被剪斷也不會燃燒或爆炸，并具備180度完全折疊的能力?！闭聼樈榻B，目前，該成果已完成實驗室小試階段，在手表、手環(huán)等小型設(shè)備中表現(xiàn)穩(wěn)定，為真正意義上的“全柔性電子設(shè)備”提供了關(guān)鍵的能源解決方案。

大會現(xiàn)場，一款用于人體關(guān)節(jié)植入的鉭合金材料同樣引人注目。西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司大客戶經(jīng)理吉兆手持一個鉭合金關(guān)節(jié)墊塊介紹，與目前普遍應用的鈦合金相比，鉭合金雖然成本較高，但生物相容性更優(yōu)、抑菌效果更好，其彈性模量與人體骨骼高度接近，能更有效保證組織生長。

“這種多孔結(jié)構(gòu)不僅是為了減重，更重要的是為細胞生長提供空間?！奔字钢鴺悠飞系奈⒖捉忉尩溃斑@些粗糙的表面能讓骨頭更好地與假體結(jié)合。”

結(jié)合3D打印技術(shù)，這款鉭合金材料可實現(xiàn)個性化定制。“通過患者骨缺損位置的3D模型構(gòu)建，我們可以精準‘復刻’出骨缺損部位的替代零件，就像為每位患者量體裁衣?！奔妆硎?，目前該創(chuàng)新材料已在全國多家醫(yī)療機構(gòu)投入臨床使用，為患者提供了新選擇。

從廢棄腰果殼中提取腰果酚制備的新型腰果酚基樹脂，則展現(xiàn)了“變廢為寶”的科技魅力。“腰果殼原本是令人頭疼的農(nóng)業(yè)廢棄物，如今我們通過分子設(shè)計，將其轉(zhuǎn)化為高價值的環(huán)氧樹脂替代品。”南京工業(yè)大學、材料化學工程全國重點實驗室教授褚良永告訴記者，與源自不可再生資源的石油基苯酚相比，腰果酚不僅原料綠色可再生，其獨特的分子結(jié)構(gòu)更賦予了成品“剛?cè)岵钡淖吭教匦浴诰邆涓邚姸鹊耐瑫r，韌性可實現(xiàn)翻倍。

據(jù)悉，這種新型樹脂在風電葉片、電子封裝等高端領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，并于2023年實現(xiàn)在電子封裝領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應用。

新裝備突破研發(fā)瓶頸

新材料研發(fā)的每一次飛躍，都離不開尖端裝備的支撐。

在設(shè)備展區(qū)，蘇州哈騰科技有限公司帶來的一臺快速熱壓燒結(jié)爐吸引了不少參會者。該企業(yè)展位負責人田麟麒介紹，該設(shè)備主要用于粉末冶金行業(yè)。傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)要先將原料熱壓成型后再放入高溫燒結(jié)爐中，由于升溫速率慢，往往需要一兩天才能完成一個高溫樣品;進口放電等離子燒結(jié)爐價格高昂，且受限于脈沖電源，燒結(jié)樣品的尺寸普遍在直徑50毫米左右?！岸覀兪褂酶哳l開關(guān)電源自主研發(fā)的快速熱壓燒結(jié)爐，最快10到20分鐘就可以完成一個典型的燒結(jié)過程，且可實現(xiàn)最大直徑300毫米的樣品快速熱壓燒結(jié)?！?/p>

據(jù)悉，該設(shè)備打破了國外技術(shù)壟斷，實現(xiàn)了全面國產(chǎn)化，成本降至進口設(shè)備的1/3至1/5.目前已在全國高校、研究所及企業(yè)應用100余套，為新材料研發(fā)提供了強有力的支撐。團隊正致力于沖擊更高電流指標，力爭實現(xiàn)新的技術(shù)突破。

在3D打印行業(yè)上游環(huán)節(jié)，射頻等離子體球化制粉技術(shù)攻克了傳統(tǒng)霧化制粉在難熔金屬球形粉末制備方面的難關(guān)?！霸趯崿F(xiàn)粉末高球形度的同時，這項技術(shù)能對粉末內(nèi)部的晶粒結(jié)構(gòu)、成分均勻性及缺陷分布進行‘同步革新’?！毙菈m科技(廣東)有限公司展位負責人高震鈺介紹，整個過程可減少粉末內(nèi)部孔隙、氧化夾雜等缺陷，同時提升粉末顆粒的成分均勻性，為后續(xù)3D打印奠定優(yōu)質(zhì)原料基礎(chǔ)。

“這種高純、低氧、球形度高的粉末對3D打印至關(guān)重要。”高震鈺解釋，粉末的球形度與流動性直接影響了鋪粉均勻性和打印過程穩(wěn)定性，從而決定了打印件的致密度與性能。據(jù)悉，該公司已實現(xiàn)高端難熔金屬粉末年產(chǎn)能超30噸，緩解國內(nèi)增材制造行業(yè)對進口高端粉末的依賴，為航空航天、醫(yī)療植入等高端領(lǐng)域的合金構(gòu)件國產(chǎn)化提供原料保障。

新體系筑就創(chuàng)新基石

新材料是支撐現(xiàn)代工業(yè)體系的基石，其發(fā)展水平直接關(guān)乎國家戰(zhàn)略安全與產(chǎn)業(yè)競爭力。當前，一場旨在打通從“實驗室”到“生產(chǎn)線”關(guān)鍵環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性工程，正在國家頂層設(shè)計與地方產(chǎn)業(yè)實踐的聯(lián)動中全面推進。

“黨的二十屆四中全會明確，‘十五五’重點發(fā)展先進制造業(yè)、新能源、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)?！敝袊牧涎芯繉W會青年工作委員會主任、清華大學教授宋成指出，在此戰(zhàn)略引領(lǐng)下，推動材料科學的原始創(chuàng)新，以基礎(chǔ)研究支撐產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，成為材料人必須答好的“時代之問”。

4月，在蘇州舉辦的2025材料科學發(fā)展大會上，由江蘇省材料學會聚合重點企業(yè)共同發(fā)起組建的“新材料集群制造業(yè)人才發(fā)展聯(lián)盟”揭牌。該聯(lián)盟致力于構(gòu)建“產(chǎn)學研用”一體化平臺，為江蘇新材料產(chǎn)業(yè)精準輸送從高素質(zhì)技能人才到領(lǐng)軍型創(chuàng)新團隊的全譜系力量。江蘇省科協(xié)黨組書記過利平表示，江蘇始終將科技創(chuàng)新擺在高質(zhì)量發(fā)展的核心位置，致力于搭建高水平學術(shù)交流平臺。“十四五”期間，江蘇已有3個材料產(chǎn)業(yè)集群入選國家先進制造業(yè)集群。

頂尖的戰(zhàn)略布局，最終要靠一流的人才來實現(xiàn)。面對新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，高校人才培養(yǎng)模式也在同步革新。

“我們始終秉持‘頂天立地’的育人理念?！斕臁?，是服務國家戰(zhàn)略，攻關(guān)‘卡脖子’難題;‘立地’，是將企業(yè)真實需求融入教學實踐?！蹦暇┕I(yè)大學黨委書記荊晅介紹，作為該校傳統(tǒng)優(yōu)勢學科，材料學科先后入選國家一級重點學科培育建設(shè)點、江蘇省優(yōu)勢學科等多項重點建設(shè)計劃;今年5月該學科ESI排名進入全球前0.37‰，排在第56位。

“學院通過‘科教融合’與‘產(chǎn)教匯融’，已建成國家級平臺和百余個校企實踐基地，并聘請企業(yè)專家共建‘雙師型’隊伍，系統(tǒng)推動學科交叉與專業(yè)升級，布局電子信息材料、低空材料等新方向?！蹦瞎ご蟛牧蠈W院院長崔升補充道。

展望未來，蘇州國家實驗室戰(zhàn)略顧問、北京航空材料研究院研究員張國慶指出，必須緊扣“極宏觀拓展、極微觀深入、極端條件邁進、極綜合交叉發(fā)力”的戰(zhàn)略要求，踐行“一代材料、一代裝備”的發(fā)展理念，系統(tǒng)構(gòu)建從研發(fā)到應用的全鏈條技術(shù)體系。

“我們的目標，是推動材料技術(shù)持續(xù)向高性能、低成本、長壽命方向演進，要面向深空、深海、深地等極限環(huán)境，前瞻布局前沿顛覆性技術(shù)，搶占未來制高點?！睆垏鴳c強調(diào)，“這一過程不僅是技術(shù)攻關(guān)，更是鍛造未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心動能?！?/p>

正如中國科學院院士、南京大學教授顧寧在大會寄語中所言，材料科學的重大突破往往孕育于不同學科的交叉地帶。當國家戰(zhàn)略的引領(lǐng)、地方產(chǎn)業(yè)的實踐、高校育人的革新與青年一代的創(chuàng)新勇氣相互激蕩，中國新材料產(chǎn)業(yè)便擁有了從微觀創(chuàng)新邁向產(chǎn)業(yè)基石最堅實的依靠。