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用仿生材料叩开新世界

  安徽日报记者陈婉婉

  5月30日,在北京举行的第二届全国创新争先奖表彰奖励大会上,中国科学技术大学俞书宏院士被授予全国创新争先奖章。这是仅次于国家最高科技奖的科技人才大奖。沉甸甸的奖章,展现了俞书宏在无机仿生材料领域的卓越成就。

  “瞄准原始创新,解锁‘卡脖子’问题”

  大自然就像是一个奇妙的“合成工厂”,不断制造出具有各种奇异功能的生物材料或生物体。研究这些生物材料的结构和性能,能为人们在微尺度上的仿生材料设计开辟新的途径。从事无机材料研究20余年以来,俞书宏不断地观察自然,获取仿生合成的灵感;又不断解密自然,追溯新型材料组装原理。近年来,他率领团队建立了人工仿生合成珍珠母、人工木材、人工盔甲等多级结构材料的合成方法,阐释了其生长机理,发现了无机仿生材料跨尺度合成的新途径,在无机化学领域摘得累累硕果。

  “这种新型天然纳米纤维素高性能仿生结构材料,具有优异的综合性能。它的密度仅为钢的六分之一,而比强度、比韧性均超过传统合金材料、陶瓷和工程塑料,所以它有望替代现有的工程塑料,在航空、航天、军事、国防、民生等领域具有广泛的应用前景。”不久前,俞书宏公布了团队的最新科研成果。

  在他的实验室里,记者见到了制造这种新型材料的基础材料——一种白色果冻状半凝固体。“它主要是利用天然纤维素制成,别看它相貌平平,却可以衍生制造出一系列致密又透气的材料产品。比如,可以制作医用口罩的过滤层,有望用来替代紧缺的熔喷布;可以制造轻巧耐用美观又防火的家具;可以制成飞行器部件、环保涂料、包装袋等等。”俞书宏介绍说。因为在自然界中有大量可利用纤维素存在于灌木、秸秆等生物质中,因此原料成本更低,甚至可以变废为宝,一举两得。

  “之所以说它是仿生材料,因为是受自然界的启发。”俞书宏说,该材料的轻质高强韧主要来自材料微米级层状结构和纳米三维网络结构设计,纤维素纳米纤维内部高度结晶可以提供极高的强度,纤维之间通过大量氢键等可逆相互作用网络进行结合,在外力作用下这种高密度的可逆相互作用网络可以迅速解离和重构,吸收大量能量,使材料在具有高强度的同时实现高韧性,克服了传统结构材料难以兼具高强度与高韧性的问题。

  材料对于人类的发展影响巨大,一种革命性的新材料可以颠覆一种产业。当前,我国在很多高技术领域被国外“卡脖子”,其实很重要的一个方面就是关键材料被“卡脖子”。“我们要紧紧瞄准从‘0’到‘1’的原始创新,为自己定下一个更高的目标,多解决材料方面的‘卡脖子’问题,为国家的发展多作贡献。”俞书宏说,中国科学家完全有能力、有信心做更好的创新。

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