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北京化工大学材料学院院长张立群:以社会重大需求为导向 坚持全链条协作和原始创新

发布日期:2018-11-02

本文转自新材料在线

 

国之栋梁,铸就大国之材!《大国之材》栏目聚焦材料界学术泰斗、行业领军人物,通过大型系列纪录片、系列丛书、视频访谈、媒体报道等多种形式,见证中国材料人奋勇拼搏、砥砺前行的成长轨迹,记录中国从材料大国向材料强国迈进的发展史。

 

《大国之材》分为《人物篇》、《企业篇》、《行业篇》等,包括《院长来了》、《对话》等子栏目,分别从不同视角记录充满智慧的材料人的故事。

 

橡胶行业作为国民经济的重要基础产业之一,其应用场景有日常生活不可或缺的日用、 医用等方面,并且向交通、建筑、机械、电子等重要工业和机器人以及人工智能等新兴产业提供各种橡胶制品或橡胶元件,产业十分广阔。

 

根据中国橡胶工业协会数据显示,2017年我国橡胶消耗量为1010万吨,其中天然橡胶540万吨,合成橡胶450万吨。已经连续多年居世界第一位。

 

橡胶行业在发展的同时,也面临环境、资源、创新等问题。

 

有这样一支团队,是全世界高校中最大的研究橡胶材料研究队伍,围绕橡胶材料的强化、功能化、全寿命周期绿色化,坚持橡胶材料与资源、环境、能源、生命健康及国防间的深度交叉,坚持基础研究及创新技术的开发。这是北京化工大学材料科学与工程学院(简称,“北化材料学院”)院长张立群带领的一支科研团队,他们取得了累累硕果,成果转化和技术支持惠及到百余家企业。

 

这支团队的研究方向是什么?在橡胶材料领域取得什么样的成果?橡胶材料未来的畅想是怎么样的?新材料在线?有幸与北化材料学院院长张立群对话,以下是内容整理。

 

新材料在线?:院长您好,请您介绍一下您的团队情况及研究方向有哪些?

 

张立群:我们团队是一支比较大的团队,目前有260名硕士与博士研究生,同时还有30余名教师及十几名外聘的职工。目前是在全世界高校里边最大的研究橡胶材料的队伍之一。橡胶元件是国民经济跟国防军工的重大需求,团队主要围绕着橡胶材料的强化、功能化和绿色化,同时兼顾材料与资源、环境、能源、生命健康以及国防的交叉来展开研究。团队一直坚持从基础到应用,重视本学科的基础科学问题,同时把基础问题的研究作为创新技术的支撑。

 

研究方向方面。从材料的分类来看在原材料上主要研究对象包括生物基橡胶材料、蒲公英橡胶材料、热塑性弹性体材料及下一代的高性能的轮胎橡胶材料;从材料改性研究角度来讲,除了纳米增强改性,还有很多其他带有功能性的改性,包括阻燃、耐油、耐磨、阻尼、消声、高导电、热界面材料;另一个方向是橡胶材料绿色化技术,主要是整个橡胶制品的回收跟再利用,我们主要是通过断交联键技术将橡胶制品比如轮胎变为可再生的资源材料,整个技术往绿色环保方向发展,实现连续化、自动化。

 

此外,还包括橡胶材料理论的问题,都是我们研究的内容。

 

新材料在线?:团队取得了哪些科研成果?

 

张立群:团队的科技成果惠及到了国内近百余家的企业,与百余家企业展开了科技合作,现在非常紧密合作的大概有30余家。包括轮胎、输送带、密封、减震等几大领域,也包括合成橡胶、天然橡胶等原材料领域,与上述领域的龙头公司展开合作。

 

在技术成果方面有很多,比如我们研发出一套自主知识产权的动态硫化技术。一般传统的橡胶在回收再利用时,需要将交联键打断,才可以重新再加工。能不能通过某种技术将橡胶转化成热塑性塑料一样可以反复加工和使用,这一直是很大的方向。后来研发出动态硫化技术,它可以使一系列的橡胶转变成热塑性的硫化橡胶,可以反复加工、回收再利用。该技术可以应用在比如说高速铁路、建筑行业、电子电器、汽车交通等领域。目前,使用该技术的企业已成为世界第三大热塑性硫化胶的生产企业,并且于A股上市。该技术也获得了国家奖项。

 

目前,企业每年在北化设立的合作奖学金、专项奖学金接近200多万。团队一共授权了发明专利大约有200余项,申请了约400多项。整个团队获得的国家奖有三项,同时还获得一些国际的奖项。

 

新材料在线?:在绿色橡胶材料这一方向做的工作有哪些?

 

张立群:比如在轮胎回收方面,现在的轮胎都是采用化学交联的。国家每年有420万吨的再生橡胶来自轮胎回收,但是传统的回收再利用技术在相对开放式的环境进行。温度高、产生烟气,造成污染。

 

我们目前研发出逐步淘汰传统的脱硫技术,该技术不是把硫磺拿走,是将硫磺交联键打断。它是一套封闭的、连续的、自动化程度高的多阶螺杆连续动态脱硫技术。该技术已经在全国六家企业推广运用,中国最大的轮胎公司也已经运用该技术架设了一条线,而且技术出口到斯洛伐克,“一带一路”也设了点。目前,技术还在不断地更新中,如果能铺开应用,能为国家420万吨再生橡胶的绿色化、连续化、智能化生产提供解决方案。

 

新材料在线?:橡胶行业未来有什么样的畅想?

 

张立群:无论是材料还是制品、加工技术、制造技术,都会不断的向前发展。比如现在我们在做可降解橡胶材料。橡胶在温和条件下,自然存放可达到50年没有任何问题,实际上高分子材料是很难降解的。比如轮胎领域,我们的思路是做可控降解的轮胎的胎面,比如载重轮胎的胎面,服役期一般都是一年以内。其磨掉的粉都掉在道路、河流、田野,可能有潜在的对土壤的一种污染性,不过这个还需要更严谨的评估。如果研发出可降解的轮胎胎面,轮胎在使用过程中,其颗粒流向田间、河渠,慢慢降解掉,更为环保。这方面的的需求其实是非常大,只不过也是很有挑战性。

 

橡胶会不断的创新发展,甚至被寄望有颠覆性的发展。比如橡胶材料,目前从它的分子设计上,我们可能更多的引入基因组的手段。让它的设计更为先进,合成更为精准,整个化工的合成过程更为节能、环保、绿色、自动化安全性高。这一过程中有巨大的挑战,但是存在非常有意思的问题在里头。以轮胎为例,我们希望将来的轮胎都是智能的,它能随时在行驶过程中报告所有的信息,包括胎温、胎压、行驶状态、胎内故障,或者希望轮胎可适应全地形路况。

 

另外,生命健康产业将来发展会非常快。生命健康产业有弹性体橡胶材料的应用场景。比如我们正在跟北京一家医院合作研发人工颈椎间盘,该项目包含智能设计,如何根据每个人的个性量身打造并且与人体颈椎间盘完全仿生的这样的一种弹性元件,替代原先的融合手术。将来要做的事情还很多,随着人类脚步的发展,人类还要到太空、深海里去,橡胶材料和制品肯定还会不断地发展进步。

 

新材料在线?:中国迈向材料强国的途中,作为材料人如何做?

 

张立群:材料是人类发展的一个基础。从学界的角度而言,材料人要注意两个问题。一是要做得深入,一定要抓住本领域或者细分领域的最主要的基础科学问题,依靠先进的手段把基础科学问题逐步研究更深更透,这永远不能抛弃的。这是支撑材料人理解问题、进行技术创新的必要条件,是基础科学问题。

 

二是要有一个非常活跃的思维,要进行前沿探索,不断创造新的东西。但是在创造新东西的时候,一个重要的方面之一是一定要深刻的理解或主动性去感知,人类生活、科技、未来发展中的重大需求,以重大需求为导向,有意识、有目的去发展一些先进的材料。理解从设计到合成、制备、应用全链条,可以更节省我们的时间,更好的能提高效率。

 

另外,中国材料的产业界,也一定要把控人类的重大需求、把控社会的需求,从中寻找问题开发原创性的产品。放弃追踪、仿制,跟随别人,才能做出原创东西。

 

此外企业在实践原创的过程中,一定要注意产学研全链条的合作,把最优秀的队伍抓到手,通过科研体制,把重大需求问题解决了,盈利也就实现了。

 

北京化工大学材料科学与工程学院简介:

 

北京化工大学材料科学与工程学院是北京化工大学1958年建校时创办的院系,是我国最早建立的以高分子(聚合物)材料为特色,兼顾复合材料、无机非金属材料和金属材料协同发展的院系之一,学院经过六十年的建设与发展,已成为我国材料科学与工程领域人才培养、科学研究、社会服务、国际交流与合作、文化传承创新的重要基地之一,为国家培养了大批尖端科学技术所需的高级材料化工类人才。

 

教学楼

 

发展至今,材料科学与工程学院已成为我国材料科学与工程领域人才培养、科学研究、社会服务、文化传承创新和国际交流与合作的重要基地之一,是全国首批硕士、第二批博士学位授予学科和首批博士后流动站建设单位,已形成“人才培养-基础研究-技术创新-工程应用-社会服务”五位一体的材料学科特色创新体系;材料学为国家重点学科,高分子化学与高分子物理为国家重点(培育)学科;材料科学与工程学科在全国第四轮学科评估中位列A类(排名前10%),进入“绿色化学化工及材料”一流学科群重点建设行列;材料学科ESI排名全球前1.28‰20189月)。

 

图书馆

 

目前,材料科学与工程学院拥有一支由院士、长江学者、杰青、国家教学名师和四青人才为核心的中青年学科带头人队伍,学缘结构、年龄结构、学历结构和职称结构合理,富于创新,追求卓越,师资力量雄厚。截至20189月初,教职工总数达206人,其中高级职称166人。

 

2011年以来,承担和完成了国家级和省部级科研项目1700余项,承担和完成了企事业横向项目736项;获得国家技术发明奖二等奖1 项,国家科技进步奖二等奖3 项,省部级奖35项;承接军工项目112项,获国家科技进步二等奖1项(军工),国防技术发明奖1项,军队科技进步奖2项;SCI收录文章2770篇;申请专利1250项,授权专利758项;科技经费总额达10.3亿元。与中石化、中石油、道达尔、巴斯夫等近百家国内外知名企业合作成立了校企研发中心和产业战略创新联盟,五十余项专利成果实施了转化应用。

 

镜面北化,摄像:黄博

 

六十年来,为国家和社会输送了近3万名毕业生。院目前在校本科生共2500 余人,硕士生 1500 余人,博士生 200 余人。

 

学院长期开展广泛的国际交流与合作,建有国家“111”创新引智基地,与英国布莱德福德大学(University of BradfordPhil Coates 教授团队成立了软物质技术国际联合实验室。。

 

特色\重点学科:

 

材料科学与工程一级学科,属于北化“211工程”重点建设学科之一。目前包括:材料学国家重点学科、材料加工工程博士点学科、材料化学与物理博士点学科等3个二级学科。

 

该一级学科以先进聚合物材料的合成、改性、加工科学与技术为主要研究内容,同时在金属表面腐蚀与防护、新型无机功能材料制备等领域展开特色研究,相继取得了一大批有显示度的科研成果,一些研究方向在国际上得到了承认,一些创新技术进行了成果转化,为国民经济和国防军工做出了重要贡献。自2004年后,该学科年均发表SCI期刊近300篇,申请专利70余项,省部级以上科技奖励4项。毕业硕士研究生260余名,博士研究生30余名。该一级学科在我国材料科学与工程领域有较高的知名度,在高分子材料科学与工程领域的研究在我国高校中名列前茅。

 

上述图片已获北京化工大学材料学院授权发布

 

名人校友:

 

李玉良,中国科学院院士、中国科学院化学研究所研究员

 

李学勇,现任第十三届全国人民代表大会教育科学文化卫生委员会主任委员

 

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院长来了】专栏采访咨询

 

联系人: 李丽

 

 

原文链接:

https://m.xincailiao.com/share/news.aspx?id=320210&ud=163435&ptype=1&layer=50&from=singlemessage&isappinstalled=0.

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