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从一片荷叶到“中国涂层”的“破壁”之路

中国青年报

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魏梦鸽 张学冰 中青报·中青网记者 孙海华

荷叶表面布满微米级乳突,乳突上覆盖着直径仅10纳米的棒状蜡质晶体,粗细不足头发丝的万分之一。正是这种微纳米分级结构,让水滴无法润湿荷叶表面,只能以近乎完美的球形滚落,并带走污染物——这就是“荷叶效应”。

2005年,在西北大学读硕士的胡军被这一奇妙现象深深吸引。20多年后的今天,已是该校化工学院教授的他,带领团队研发出防黏附纳米功能涂层,让“出淤泥而不染”从一片荷叶走进了工厂、油田和航天器。

20年攻关,给涂层“续命”

此前,我国新能源、航天、兵工等高端制造业长期受设备结垢、结冰、物料黏附、腐蚀老化等问题困扰。由于国内防黏附纳米功能涂层领域长期空白,高端产品依赖进口,而进口材料价格贵、耐磨性差,防黏附与耐久性难以兼顾——这成为一道亟待突破的“卡脖子”难题。

注意到这一困境的胡军,从研究生时便一头扎进功能性涂层材料研究领域,试图把超疏水特性赋予材料。此后20余年,他始终在啃这块“硬骨头”:从界面量子化学模拟到材料腐蚀与防护,从实验室基础研究到企业委托课题,一步步把技术推向应用。

天然超疏水结构(如荷叶、蝴蝶翅膀、水黾腿部等)具有天然脆弱性,在很小的机械力作用下,表面纹理就可能被破坏,导致超疏水特性消失——这也是超疏水涂层制备面临的致命瓶颈。

胡军带领团队从微纳米材料可控合成、涂料配方优化两个维度入手:一方面,用碳纳米管将一个个孤立的二氧化硅颗粒串联起来,使外力产生的剪切力在很大程度上消散于整个涂层,避免纳米颗粒脱落;另一方面,以“强黏结剂+连续粗糙度”策略,让微纳米颗粒与成膜物质通过化学键紧密结合。

2021年,团队研发出的超疏水涂层,接触角达到163°,滚动角低至2.9°——前者意味着水滴在材料表面几乎缩成完美的球形,比荷叶表面还“不沾”;后者则代表只需倾斜不到3°,水珠就能自己滚走。同时,这一涂层在各类pH值的液体中均表现出稳定的超疏水性,适用场景更广,也解决了进口材料价格昂贵、耐磨性差的问题。“即便是表面层被磨掉,暴露的新表面仍然具有微纳米结构,就像涂层在损坏后能够自我修复一样,具有持久的超疏水性。”胡军说。

从“高校教师”到“企业家”

除了教授、博士生导师的身份,这位“80后”学者还是陕西省“特种涂层材料可控合成高校青年创新团队”负责人、陕西龙麟纳纤材料科技有限公司(以下简称“龙麟纳纤”)创始人。“与其让成果‘锁在论文里’,不如让它‘长在生产线’。”谈及创业初衷,胡军这样说。

作为创业“小白”,胡军坦言“一开始,顾虑太多”:对公司的运作一无所知,好在有工作人员针对问题逐一梳理、解答,公司的筹备思路才越来越清晰。

2022年,西北大学承担“三项改革”试点任务,精准推进科技成果转化体制机制改革。落到胡军身上,这些制度变成了一件件具体的事:学校推行的定制化服务,以“赋权+约定收益”模式将成果转化权交给团队,并设立基金引导科研人员进行后端研发;从成果披露、专利申请前评估,到作价入股、公司注册,由专职技术转移机构陪着走完全程。

与此同时,更大的平台向这个初创团队敞开:依托秦创原创新驱动平台,一批技术经理人主动找上门,把龙麟纳纤拉入“e起创”计划,在顶层设计、资本金融、运营管理上逐项辅导。最实在的支持是真金白银:2023年11月,在基金管理人牵线下,团队获得陕西省首支概念验证基金——西安环大学概念验证基金50万元投资;2025年,又获得西安市科技局200万元投资。

然而,从实验室转向生产车间,初创团队遭遇了新难题:实验中性能完美的纳米颗粒,一旦放大投料,微观结构便出现缺陷,涂层性能不稳定;在高温、高压、强酸碱、高速流体冲刷等环境下,还出现附着力不足、耐磨寿命短、大面积施工不均等问题。面对样品的种种“水土不服”,胡军带团队一次次深入生产线,找原因、调配方,最终推出一系列兼具超疏水、防腐耐磨、保温隔热等功能的涂层,并在生产一线的急需场景中通过验证。自此,团队掌握了从实验室到规模化生产的全套工艺,并拥有多项核心专利。团队还先后参加国家级、省级创新创业大赛等比赛,在收获多枚奖牌的同时,得到了专家智库的精准指导和产业链资源的对接机会。

让“中国涂层”成为“必选项”

“论文里的创新是0到1,生产线上的验证是1到100。只有走完后面这段路,成果才算真正落地。”胡军说。

如今,胡军团队已形成防结垢、防结冰、防结胶3个系列涂层的产品矩阵,凭借核心技术优势成为进口替代的标杆。在各行业一线,这些涂层带来的改变显著而具体。“为公司新增销售额7618万元、新增利润648万元”“为生产企业减少因腐蚀导致的停工检修11次”“涂层材料的使用,有效避免了水泵汽蚀问题,降低设备维修费用约192万元”……企业出具的一份份《应用证明》,记录着成果落地的真实效果。目前,龙麟纳纤已服务国内50余家龙头企业,累计创造间接经济效益超2000万元。从军工企业到航天集团、能源集团,从雷达天线到光伏组件、化工储罐与管道,涂层正走进越来越多的工业场景。

团队还与相关企业组建“科学家+工程师”联合攻关队伍,目前已累计转化发明专利3项、申请发明专利11项,主导制定行业标准1项。

“新质生产力发展过程中,推动成果转化是科技工作者应有的使命与担当。”胡军表示,未来,龙麟纳纤仍要死磕“卡脖子”性能指标,让每一代产品“用得住、叫得响”,让“中国涂层”成为全球产业链的“必选项”。

来源:中国青年报客户端

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