一种新材料,是如何走出实验室,实现产业化,走进社会各个领域的?记者探访中国顶尖的材料科学实验室,在专家的带领下看个究竟。
中科院旗下研究所化学研究所、长春应用化学研究所、宁波材料技术与工程研究所等都是高分子材料研究领域的佼佼者。
长春应化所:实现交流
从中科院长春应化所的科研机构设置构造也可以看出,它的学科方向主要集中在高分子化学与物理、无机化学、分析化学、有机化学和物理化学。
长春应化所一共设有12个科研机构,包括:高分子物理与化学国家重点实验室、电分析化学国家重点实验室、稀土资源利用国家重点实验室、中国科学院生态环境高分子材料重点实验室、高分子复合材料工程实验室(中国科学院高分子复合材料工程化研发平台)、国家电化学和光谱研究分析中心和化学生物学、绿色化学与过程、先进化学电源、现代分析技术工程实验室共9个国家实验室,还有高性能合成橡胶工程技术中心、稀土与钍清洁分离工程技术中心等创新基地和科技平台共3个研究中心。
在这些实验室中,“按照学科方向来看的话,主攻无机化学方向的是稀土资源利用国家重点实验室;主攻分析化学的是点分析化学国家重点实验室和国家电化学与光谱研究分析中心;有机化学的是绿色化学与过程重点实验室;主攻物理化学的有科技部长春质谱中心、吉林省现代中药研究开发中心、吉林省先进低碳化学电源重点实验室;而主攻高分子化学与物理的有高分子物理与化学国家重点实验室、先进生态环境高分子材料重点实验室和高分子复合材料工程化研发平台。”据长春应化所办公室主任夏云龙介绍。
且据记者了解,从实验室的级别来看,长春应化所的高分子物理与化学国家实验室、电分析化学国家重点实验室以及稀土资源利用国家重点实验室均属于国家实验室,而生态环境高分子材料重点实验室、高分子复合材料工程化研发平台、先进低碳化学电源重点实验室与绿色化学与过程重点实验室则均属于院省级别的实验室。
另外,为了进一步推广产业化,长春应化所还积极加强与地方政府合作,在2009年和长春市共建了长东北先进材料与技术产业园;与浙江省杭州市共建了浙江(杭州)材料与化工技术研究院;2010年与常州市共建常州储能材料与器件研究院。
谈及“十二五”新材料产业建设,夏云龙主任进一步介绍,“长春应化所总体规划构造八条产业链,包括交通领域关键材料、石油化工新材料、生物质资源新材料、二氧化碳资源关键材料、碳纤维产业相关材料、能源相关材料与技术、航空航天新材料以及生物功能材料与技术。”
中科院宁波材料技术与工程研究所
中科院宁波材料技术与工程研究所位于宁波市高教园区北区,是中科院在浙江省建立的首家国立研究机构。在中科院100多家直属单位中,宁波材料所历史并不算特别悠久,但建所后发展迅速。
该所先后组建了磁性材料与先进机电装备、高分子复合材料、功能材料与纳米器件、表面工程与再制造、燃料电池与能源技术、特种纤维6个事业部,注重基础研究推动技术开发、促进产业化。
“材料科学的范畴非常大,在中科院的100多家下属机构中,只要是与物理、化学研究相关的机构几乎都有涉及新材料的研究。”中科院宁波材料技术与工程研究所韦玮主任对记者表示,“具体到高分子材料这一块,除了我们所,上海硅酸盐研究所、长春应用化学研究所等好几个所的高分子材料研究都做得非常好。”
科研成果方面,宁波材料所目前在pnas、advanced、materials、jacs、macromolecules等刊物中共发表论文535篇,其中sci和ei收录论文315篇;获授权发明专利27项,申请发明专利319项。
同时,宁波材料所非常注重研究成果的产业化。目前,该所已经与宁波镇海国创公司、宁波金鸡公司、宁波欧琳集团、德州精密电子有限公司等28个企业联合建立了工程技术中心。目前,通过几年的努力,已在固体氧化物燃料电池、稀土永磁材料、超临界绿色发泡聚丙烯、低成本热塑性聚酰亚胺、高性能润滑dlc薄膜材料、新型电流变液材料、碲化铋基热电致冷材料、磷酸铁锂电池材料等一系列研究已经逐步完成从实验室小试向中试、产业化阶段的转化,正在积极进行市场推广。
据悉,高分子复合材料是中科院宁波材料技术与工程研究所研究的重中之重,也是该所未来五年中科研工作的首要研究领域。
“宁波所对复合材料方面的研究,主要是在下设的先进制造技术研究所。”中科院宁波材料技术与工程研究所复合材料制造与装备团队负责人范欣愉对本报记者表示,“先进制造技术研究所原来依附于高分子与复合材料事业部,2009年独立建所,重点研究方向是汽车等民用工业中使用的轻量化复合材料。”
在研究团队方面,先进制造技术研究所目前共有科研队伍120余人,其中旗舰研究员3人,研究员9人,副研究员5人,高级工程师3人,博士或工程师等硕士以上科研人员55人,研究生30人,重点开展的研究方向是复合材料制造工艺及装备、精密运动与先进机器人和光电陶瓷材料及器件等。
仅在2012年,先进制造技术研究所便申请了“纤维复合材料开孔制件的补强片、连续纤维增强pbt复合材料用树脂传递模塑成型注胶机、减少纤维增强热塑性复合材料表面缺陷的方法”等51项专利。
范欣愉博士进一步介绍,“复合材料制造工艺及装备团队目前主要从事车用碳纤维复合材料rtm制造技术研发、工业机械手及机器人技术、装备智能化升级、可重构制造装备技术、自动化生产线等民用轻量化复合材料的研究。目前复合材料方向承担的重点项目包括中科院电动车复合材料行动计划,制造装备走向智能化、数字化和网络化,宁波市自然科学基金,与企业共建的华缘复合材料工程中心等。”
化学研究所:三个国家重点实验室
中科院化学研究所是教学研究相结合的模式,很多化学专业拔尖的研究生和博士生都在这里接受着“两段式”的培养模式。
中科院化学研究所使命之一是成为“建设和完善面向国家重大战略需求的先进高分子材料基地”,现在主要学科方向为高分子科学、物理化学、有机化学、分析化学,在分子与纳米科学前沿、有机高分子材料、化学生物学、能源与绿色化学领域都有研究。
化学研究所的三个国家重点实验室包括与大连物化所合建的分子反应动力学实验室、与北京大学合建的分子动态与稳态结构实验室以及与长春应用化学所合建的高分子物理与化学实验室。
在材料研究方面,分子反应动力学研究能促进化学学科在催化基础研究、材料的合成与应用,高分子物理与化学实验室则关注分子水平到宏观材料,研究不同状态下高分子的结构与性能关系以及材料加工、开发、应用中的基本问题。
有机固体重点实验室则针对的是分子材料的基础研究、分子材料中重要的物理化学现象和过程研究、分子材料中微尺度效应的研究等。
“有机固体实验室的高分子材料主要是进行有机合成,在疾病的检测和癌症的诊断方面的能起到作用。”中国科学院化学研究所有机固体实验室一位研究人员告诉记者。癌细胞与材料表面的相互作用是生物界面化学研究的前沿热点之一,而化学所有机固体实验室近期也在癌细胞捕获与释放研究上取得了系列新进展。
此外,该有机固体实验室在有机薄膜晶体管的制备、石墨烯可控制备和性能方面的研究也在今年取得了不错的进展。
工程塑料重点实验室也是化学所研究材料的重地。这个实验室除了研究以高分子复合材料和侠义的工程塑料和高分子材料科学之外,还关注纳米复合材料、生物医用高分子材料、环境友好高分子材料和聚烯烃合金新材料的合成与制备。该实验室在这些领域的基础研究和产业化实施方面一直居于国内领先地位。
此外,分子纳米机构与纳米技术实验室,胶体、界面与化学热力学实验室,分子识别与功能实验室,活体分析化学实验室,高技术材料实验室和绿色印刷实验室都占领了国家相关材料研究的高地。
“纳米材料的研究都还是比较基础的阶段,用到实际生活中的还是相对比较少。仿生材料投入市场的成本比较高,现在投产规模比较大的是太阳能电池和锂离子电池。”上述化学所的研究人员表示。