吴智深:用科技创新让玄武岩“点石成金”

发布者:李震发布时间:2017-05-08浏览次数:14

“目前玄武岩纤维技术研发及产业化,在全球都还处在初级阶段,一旦我们抓住战略发展制高点,就可抢得先机,以高性能玄武岩纤维为突破口,使我国在高技术纤维领域不再受制于人。”――吴智深

他可以把普通的玄武岩石头“蜕变”成几万米不断头的金褐色“长丝”,再把这如丝般的纤维制成各种高性能复合材料产品,应用到土建、交通、国防、环保等领域;他带领团队和相关企业正在攻克玄武岩纤维生产及应用技术壁垒,致力于实现玄武岩“点石成金”的神话,以推动我国高技术纤维的创新发展。他就是农工党党员、玄武岩纤维生产及应用技术国家地方联合工程研究中心主任吴智深教授。在今年1月18日举行的2012年度国家科学技术奖励大会上,由吴智深领衔的“纤维增强复合材料的高性能及结构性能提升关键技术与应用”获国家科技进步二等奖。

回国不选“老本行”。吴智深1986年从南京工学院(现东南大学)硕士毕业后,留学日本、美国。海外发展二十多年,成绩骄人,掌握纤维复合材料、先进传感、智能材料与结构等多项国际领先水平的核心技术。然而国外优厚的工作环境和国际知名的学术地位及各种殊荣没有让吴智深忘记报效祖国,早在20世纪90年代,他就积极与中科院、清华大学、东南大学及相关企业开展合作,把多项国外先进技术如碳纤维增强结构新技术引入国内。他借助于获得中科院杰出青年科学基金(海外类)、国家杰出青年科学基金(海外类)和受聘为教育部“长江学者”讲座教授的机会,为实现回国发展作铺垫。

2009年,吴智深入选“千人计划”,推动了他“全身回归”祖国的步伐。然而面对回国后重点研发哪一类新材料,他犹豫了。当时,高技术纤维是我国新材料发展的“软肋”,吴智深认为要力争改变这一局面,有两条路可以选择:一条路是继续做“老本行”,即国家战略需求和重点支持发展的碳纤维,争取早日打破美、日等的领先地位;另一条路是寻找一项更适合我国高技术纤维发展的项目。吴智深开始聚焦玄武岩纤维,它的强度、刚度及耐腐蚀性能都超过玻璃纤维,达到或部分超过芳纶纤维,抗高温性能甚至可望超过碳纤维,生产能耗仅为碳纤维的1/16,价格相对低廉,更加绿色低碳。“这是符合我国经济可持续发展的好项目啊!”。他对国内外玄武岩纤维的产业发展现状进行了调研和分析,发现全球玄武岩纤维的年产量只有6000多吨,其中我国生产占1/3左右;玄武岩纤维产量只能满足世界市场不到1%的需求。但是全球范围内,玄武岩纤维稳定规模化和高端化生产中存在着严重的技术壁垒,严重制约了玄武岩纤维产业的发展。吴智深认为玄武岩纤维是突破口,如另辟蹊径抢占全球市场,将有力助推我国高技术纤维产业的发展。

政产学研用深度融合。吴智深多年的科研经历告诉自己工学方面的成果要围绕应用并转变成为生产力是最终目标。他勾画了一幅“政产学研用”深度融合的框架图:政府扶持是动力,市场需求是导向,平台建设是基础,科研创新是核心。吴智深通过与南京几个区县接触,发现自己的研究方向与建邺区未来的产业定位相符合,双方“一见钟情”,在东南大学和南京市、建邺区两级政府推动下,确定了在南京新城科技园建设“绿材谷”(绿色材料研发和产业园)及国家级玄武岩纤维工程中心的合作思路。为此,建邺区人民政府量身建造了1.5万平方的技术研发和产学研合作的工程中心大楼,东南大学结合学科发展,投入1500万元购置了先进的仪器设备,初步形成吴智深“创新事业”的良好 “载体”。

平台建设花费他大量时间和精力,功夫不负有心人,2009年12月和2011年11月,由吴智深任主任的江苏省玄武岩纤维工程中心(省发改委)和国家级玄武岩纤维工程研究中心(国家发改委)先后挂牌;江苏省科技厅也把省重大创新载体项目玄武岩纤维产学研联合创新服务平台建设的任务交给了吴智深团队;为了进一步促进产学研合作,中国化纤工业协会把玄武岩纤维分会及中国高新技术纤维(南京)研发基地设在玄武岩纤维工程中心内。同时,由东南大学、建邺区人民政府及浙江石金玄武岩纤维有限公司等相关核心企业共同组成的江苏绿材谷新材料科技发展有限公司也于2010年12月成立,吴智深代表东南大学出任董事长……。所有这些,都为玄武岩纤维研发、成果转化及产业链的形成铺筑了奋进的道路。为了进一步争取研究资金和促进产学研合作,他作为领军人与国内科研院所及相关企业联合,成功策划申报了提升玄武岩纤维性能及生产技术的科技部“十二五”国家支撑项目和应用纤维复合材料实现重大工程结构高性能长寿命的国家重大基础973项目。

累到高压冲到200。吴智深对玄武岩纤维技术的研发可谓不辞辛苦、呕心沥血。采访时他介绍道:“把玄武岩变成丝的过程比较简单,将石头破碎后放到熔窑中,1500℃左右高温融化后,通过一种特制的漏板高速拉制成纤维。”然而这看似简单的生产过程却处处隐藏玄机,合理的选料和原料成分控制、成熟的拉丝工艺和表面处理等工艺是决定能否拉制出稳定可用的玄武岩纤维的关键技术。吴智深凭借自己在国外从事高技术纤维及复合材料20多年的积累,带领国内学术团队及相关企业步入了刻苦攻克玄武岩纤维稳定化、高端化和应用技术各种难关的征程。

控制玄武岩矿石成分的稳定性是玄武岩纤维制造的国际性难题。为此他们采选了全国20多个地区的玄武岩矿石,通过细致地矿石组分分析与反复的纤维性能测试,基本掌握了国内玄武岩的分布和精选方法。然而,如何控制天然矿石的组分波动,是玄武岩稳定化生产中解不开的“结”,由于长期困惑,人们逐渐产生了不乐观的想法,觉得生产稳定和高端化纤维的前途渺茫。吴智深经过长时间的苦思冥想,终于悟出矿石的多元混料和均配理念,建立了生产稳定和高端化纤维的原料混均结合的性态设计方法,创造性地解决了玄武岩纤维生产的一大关键之“结”。

面对种种技术难题,吴智深总是废寝忘食、夜以继日地学习、研究,每天工作都在15个小时以上。长时间的超负荷工作就是再充沛健康的身体也支撑不住。2011年7月9日,忙碌了一上午后,吴智深感到头晕目眩、头重脚轻,但下午还是走上讲台,坚持完成了3小时的学术报告。在做报告的过程中,他始终一手扶着讲台,一手做着操作并不怠慢任何一个提问。报告完成后赶紧去了医院,血压检查结果让大家吓了一跳,高压超过200。医生要求他住院治疗,吴智深却不愿意,“挂挂水就没事了,我明天休息,后天去上班。”从这以后,他开始不情愿的吃上高血压药。

创新成就“点石成金”。科研创新并不是一帆风顺的,团队成员在遇到挫折和承受压力的时候,吴智深总是教导他们“淡定和坚定”。“淡定”是心如止水,切忌急于求成,避免产生不必要的心理压力;“坚定”是咬定青山不放松,坚信成功总是伪装在勤奋丛林中。他经常与大家谈论“1.5理论”体会,告诉大家任何事情做到低于1.5是不够的,低于1.5就随时有可能被四舍五入到1(一般水平);而要做到1.5以上,才能确保超越一般水平,可能达到2的境地(超高水平)。面对多项技术难题亟需攻克,吴智深对团队成员说包括他自己在内都还没有做到1.5。于是,实验和调整反复进行,其中不乏辩论,也不乏坚持和改道,但就是在这一次次的失败累积中,目标值越来越近,超越1.5已成定局。

吴智深秉承的创新理念是这样的:科技创新不是简单的改进,而是全面深化甚至“脱胎换骨”般的改造。如果没有对整个生产工艺的精通,创新就是一句空话。所以他和团队成员一起做到对自己研究领域精通,真正明白“此山”的高度,然后“这山望着那山高”,扩展到相关联的领域,探寻未知。这就是吴智深的创新驱动力和方法,也是这样的创新成就了“点石成金”。至今为止,稳定通用型玄武岩纤维的强度指标已突破2500MPa以上,达到国际先进水平,实现了中试生产;同时,高强度玄武岩纤维的强度达到3000MPa,逐步接近碳纤维T300水准,耐850℃以上高温的高性能玄武岩纤维完成了小试生产,所有这些填补了国内外空白;应用于土建交通、汽车和能源领域的布/板/筋/索/型材/网格等复合材料制品,逐步进入产业化生产阶段,部分产品进入市场;1500 MPa的玄武岩纤维高压电缆复合芯的成功研制将为电缆的升级改造提供强有力地支撑……。小试、中试成功了!但吴智深并没有急着规模化生产,他说还在进一步做研究,希望玄武岩纤维的性能更加优异和稳定。科研学者从事产业创新所独有的严谨、坚持和气度在这里显现无遗。

未来,以玄武岩纤维产业的创新助推我国高科技纤维的发展是吴智深的理想。他表示,玄武岩纤维生产稳定化和规模化技术的突破及产学研联合创新平台的建立将强有力地推动玄武岩纤维产业快速健康发展。他希望3~5年内,玄武岩纤维年产量达到5万吨,相当于目前碳纤维年产量水平,实现其在土建交通、能源环境、汽车航空的广泛应用和产业化。

吴智深除作为玄武岩纤维生产及应用技术的领军人推动玄武岩纤维研发和产业化外,还致力于城市工程科学技术交叉学科的开拓。为优化人才资源配置,促进学校土建交通,材料和环境学科交叉、集成和融合,东南大学于2010年3月建立了校第一个学术特区——城市工程科学技术研究院,吴智深出任院长,他引入国外前沿学术思想和管理体制,广招人才,引进4名“千人计划”专家,组建了一支由30多位教授、副教授等组成的科研创新团队。所带领的学术团队分别于2010年和2011年入选教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队和江苏省创新团队。

人物介绍:吴智深,江苏省政协常委、农工党党员、“千人计划”国家特聘专家,1961年6月生,上世纪80年代毕业于南京工学院(现东南大学),后赴日本、美国留学,2002年晋升为日本茨城大学教授,成为该国立大学史上最年轻教授,致力于纤维复合材料、先进传感技术、结构工程等领域研究。现任东南大学校长特别助理、城市工程科学技术研究院院长,玄武岩纤维生产及应用技术国家地方联合工程研究中心主任,“2011计划”新型建筑工业化协同创新中心主任,国家973计划项目首席科学家等。担任可持续材料和结构系统国际学术期刊主编及其他10本国际期刊编委和国内外学术团体重要职务近20余项。牵头获国内外重要学术奖项5项。(农工党中央供稿)


本文刊载于中国网http://www.china.com.cn/cppcc/2014-10/14/content_33757984.htm


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