“人類社會發展的核心動力(之一)就是材料創新,在每一個時代都有新材料出現。”7月5日,在深圳舉辦的第八屆全球深商大會暨光明科學城大會上,中國科學院院士、南方科技大學講席教授俞書宏在 “工業制造 材料先行”的演講中如是稱。
俞書宏表示,古時候從石器時代一直發展到鐵器時代,而在現代各個高科技領域也都會運用到新材料的創新。比如,現在的高分子、合金、半導體、碳材料、新型復材等等新材料,被廣泛地應用于計算機、環保、航天航空、新能源等領域。
因此,俞書宏認為,新材料是現代科學技術發展的物質基礎。新材料產業技術壁壘高、研發難度大,而且依賴產業鏈上下游企業的緊密合作。
他以塑料材料為例,介紹了其研究團隊在該領域的研究進展。塑料行業帶來的污染問題非常普遍,世界上的海洋現在可以說沒有一個角落是干凈的。現在的海水都是被微塑料污染的,其大小尺寸是微米級和納米級的,用肉眼根本看不見。表面上看海水很藍,但其實已經被污染了。此外,微塑料還進入了全球的循環系統,包括河流、大氣、土壤等。
2022年6月份,國際冰凍圈頂級期刊The Cryosphere(Cryosphere:冰凍圈)發布的最新研究顯示,在南極降雪中首次發現了微塑料。并且在南極的空氣中,微塑料的污染也越來越普遍。
俞書宏表示,人類從農業文明發展到工業文明,而塑料是工業文明的產物。塑料的原材料是煤和石油,但煤和石油總有一天會用完。
“所以說我們要思考,后石油時代我們應該用什么樣的材料?而農業只要有光合作用它就一直在長,包括窗外的灌木,你把它砍掉之后它還在長,所以說是取之不盡用之不竭的。”俞書宏說。
所以,俞書宏認為,基于可再生生物質原料創制后塑料時代新材料,是解決塑料污染的關鍵途徑。俞書宏的實驗室在近十年的時間里,一直在研究如何運用化學方法和設計,通過生物質來創造新材料。
比如,他們實驗室首創了生物質納米纖維快速分離的方法。纖維素在蔬菜中的含量非常多,難點在于如何實現快速大量的提取。據其介紹,其實驗室已經可以實現一個小時生產幾噸的高品質納米纖維素。另外,紙張的原料主要也是植物纖維,如果用俞書宏團隊的技術,可以把一張A4紙變成很多張納米尺度的A4紙。
“我們現在的技術就是把一根纖維變成上萬上億根的納米纖維。而且這個紙張用完之后放在土壤里面,三周之后會自動的被土壤里的細菌給消化掉。”俞書宏稱。
同時,和聚丙烯塑料相比,他們研發的材料能夠耐受很高的溫度區域。零上200到零下200
攝氏度,他們的材料幾乎不膨脹。現在很難找到這樣的材料,隨著溫度變化不發生膨脹。因此,俞書宏認為他們的材料有希望往高端領域發展,比如提升電子器件對溫度和環境的耐受性。
另外,生物質基做成的環保包裝材料,其力學性能和阻隔性能遠遠優于傳統商用食品包裝薄膜,成本也低于現有的可降解包裝膜,是石油基塑料食品包裝材料的完美替代品。而且,納米纖維基制成的仿生結構材料,其力學與熱學性能也遠優于工程塑料。
俞書宏稱,未來這種高性能的材料可以廣泛應用于生物醫療、航空航天、軍工國防等領域。