科技可以改变世界,当然也包括新材料。
余新泉和材料打了近三十年的交道,倾注了全部智慧和精力,致力于让材料变得“聪明”起来。同时,他以自己的实干精神,促使实验室里一个个研究成果变为产品,为社会发展带来了新动力。
-人物名片
余新泉
男,1964年12月生于柯城,博士,教授,博士生导师;东南大学材料科学与工程学院副院长,江苏省先进金属材料重点实验室副主任,江苏省“青蓝工程”省级优秀青年骨干教师。科研方面:近五年研发的科研成果分别获江苏省科技进步二等奖1项、三等奖1项,中国机械工业科技进步二等奖1项;已申报国家发明专利35件,获授权发明专利16件,在国内外学术刊物上发表论文60余篇。教学方面:获江苏省教学成果进步二等奖1项,主编出版教材《材料力学性能》。
余新泉和学生一起利用扫描电子显微镜观察材料的微观形貌
资料图片
弥合样品和产品之间的缝隙
1985年,余新泉考取成都科技大学(现四川大学)金属材料系,之后在东南大学先后获得硕士和博士学位,硕士毕业后一直在东南大学任教,2000年开始任材料科学与工程系副主任,主管全系的科研工作。
“我分管了13年的学院科研,发现高校研究成果的市场转化率普遍非常低。”余新泉说,很多老师在实验室里的研究有了成果后,论文一发就完事了,这样的研究往往就是一种浪费。
实验室做的事情是运用科学原理,通过反反复复的试验,研究出高新的样品。但这个样品在实际生产过程中质量稳定性如何、生产成本如何、市场前景如何,不得而知。而企业在拿到样品的时候,就想马上依样投入生产,第二天就能把产品拿去卖,实际上不可能这么简单。
在实验室里做出来的样品到企业的产品之间还存在着很大的缝隙,余新泉就尽量弥合这个缝隙。
现在,余新泉带领一个30人的研究团队,一直在探索产学研结合的道路,也就是通过和企业合作,把高校里高精尖的研究成果做成产品,推向市场,成为真正的商品,服务社会。
“去年7月1日到年底,除了上课,我一直在企业中试基地里,跟工人一样。”余新泉说,在车间里出现的问题,听人汇报往往会走样,在现场根据经验一看,就知道问题出在哪里,并能马上进行解决。
研制的超导线材即将用于电机
余新泉做的是超导材料,合作方是一家上市公司,下个月就将应用于电机。
超导材料的制备技术是余新泉研究的一个重要方向。
1911年,荷兰物理学家昂内斯意外地发现,将汞冷却到4K(-269℃)时,汞的电阻突然消失;后来人们又发现许多金属和合金都具有与汞相类似的低温下失去电阻的特性。由于这一发现,昂内斯获得了1913年的诺贝尔奖。
“自首次发现超导材料后,围绕超导理论解释和新的超导材料发现,共有5次、13人获得诺贝尔奖。”余新泉说,如果超导材料能全面应用,将对世界产生革命性的改变。
超导材料的零电阻特性可以用来输电和制造高磁场强度的大型磁体。由于技术原因,低温超导材料目前只有在重要的科学研究仪器、军工产品和医疗器械中使用,不适合普通工业用品。
“现在关于超导,起码还有两个诺贝尔奖等着。一是发现常温下的超导体,二是解释清楚超导体为什么会没有电阻。”
这两个问题没有得到解决之前,并没有阻拦人们对一些新型超导材料应用的尝试。
余新泉研制的超导材料是MgB2(二硼化镁),他制备出一千米长一根的超导线,这个长度足够绕成电机用的一组线圈。而且MgB2从有电阻到没电阻的临界转变温度是39K(-234℃),实际应用中用液氢就可冷却,氢可由水电解,和目前应用的低温超导相比,可解决氦资源稀缺和运行成本昂贵的问题。
应用MgB2超导线材做成电机,将是世界上第一台应用该材料的超导电机。“由于用超导线取代铜线,做成的大功率电机的体积就变小、重量变轻。”余新泉说,这对电机体积和重量要求高的地方,有着很大的用途,像航母、潜艇、航天飞机等地方都需要。
在仿生纳米材料上取得突破
余新泉另一个重要的研究方向是“仿生微纳结构金属表面”。
“你看荷叶上的露珠,圆圆的,而且露珠滚过的荷叶非常干净,这用专业术语来说就是超疏水和自洁净。”余新泉说,把荷叶进行解剖,就会发现它是微纳复合结构。
类似的现象在生物界还有很多,像水稻叶子、水黾腿、知了翅膀等等。
根据自然界生物结构,人为进行制造,就是仿生。比如在金属表面用化学方法进行处理,同样可以达到像荷叶一样的超疏水、自洁净的效果。
这样的结构有什么好处呢?
比如电线,在冰雪天气,户外的高压线往往会积雪挂冰,时间长了就会压断电线,导致大面积停电。如果电线表面是超疏水的,就会像荷叶一样不会沾水,自然就不会积雪挂冰。
比如几十层高的楼房,时间长了外面积满灰尘,必须“蜘蛛人”爬上去艰难清洗,如果有微纳结构的外墙涂料,雨一下,自洁净,一下就干干净净。如果涂在潜艇外面,不仅可以防腐蚀,还会减少阻力。
其他的,像纳米服装、自洁净陶瓷、不沾水的汽车后视镜,都用得到。
对于余新泉来说,他研究的仿生纳米材料在两方面取得了突破。
一是油水分离。石油从地下采上来的时候都含水,传统的除水方法是蒸馏。余新泉研制成功的泡沫铜网,在表面使用纳米材料,“油可以过去,水就过不去,这样轻易地就把水和油分开了,效率很高。”余新泉说,这一技术马上会在一个油田中应用。
二是空调铝箔。空调都有换热器,但是一个普遍的问题是冬天制热的时候会结霜、夏天制冷的时候会结露。因为现在使用的是亲水铝箔,水一沾上马上摊开,目的是希望水尽快流掉,不然水滴之间会“搭桥”,大大影响换热效果,但亲水铝箔10微米的表面涂层,像盖被子一样,会产生热阻,而且覆盖的水膜也会阻碍换热能力。使用超疏水的铝箔,表面一直是干的,热阻大大减少,也大大提高了空调换热效率,自然也就节能了。余新泉说,现在空调节能措施各个厂家都做尽了,“我跟一家空调企业一提,他们就很感兴趣。”
高校就应该成为创新的源头
除了超导材料和仿生微纳材料,余新泉还在超高导热材料和用于航空航天的钛合金材料方面有着深入研究。
余新泉对这些新材料的研究,正好契合我们国家对传统材料产能过剩的破解方向。
上月,《国务院关于化解产能严重过剩的指导意见》发布,提出将有效地推进和化解钢铁、水泥、电解铝、平板玻璃、船舶等行业产能严重过剩矛盾;其中钢铁业作为产能过剩的大户,将在未来5年压缩8000万吨的总产能。
“要以科技进步解决矛盾。”余新泉说,传统材料虽然规模大,但效益低,有些产业甚至近年出现全行业亏损现象。
究其原因,是现在对研发方面依然存在浮躁现象,同时对高科技的投入还非常有限。企业热衷于模仿、山寨,做短平快的事情,在核心技术研发方面不愿投入过多的时间和资金,没有自己的创新,只能进行一些低层次的组装和加工。“我参加一些评审,看到材料中‘代替进口’的字样就很反感,‘代替进口’很多就是山寨别人。没有自己原始创新的东西,只是模仿。”余新泉说。
“高校本来应该引领高科技发展,成为创新源头。但现在很多老师热衷于发论文,写材料。”余新泉说,在国外,很多研究人员都是静下心,埋头研究,很少写论文。一旦写了论文,就是真正出了成果。
“接下来,我想在应用研究方面,一点点积累,真正做点有益于社会的东西。”余新泉说。