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潜心科研,为实现材料强国的“中国梦”而奋斗
发表时间 2017-10-24 14:33 来源 本站原创

  ——记山东大学碳纤维中心朱波教授及其科研团队

  导语:碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量新型纤维材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却远高于钢铁,并且具有耐腐蚀、耐高温、抗疲劳等优异特性,是在国防军工和民用方面都有重要应用的尖端材料。碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维,具有广泛的应用前景。当前,日本、美国、德国等少数发达国家牢牢掌控着碳纤维制备核心技术,并保持着对中国碳纤维行业严密的技术封锁,直接导致了中国碳纤维产品质量与进口产品之间的明显差距,极大地限制了国产碳纤维产品在高端领域的应用。国产碳纤维落后的技术和稚嫩的应用制约着中国碳纤维行业健康稳定发展,山东大学碳纤维中心朱波教授及其科研团队潜心碳纤维材料科研事业25年,为突破国际技术封锁,实现材料强国的梦想,作出了突出的贡献。

  脚踏实地,潜心做事

  在山东大学千佛山校区一间不足15平方的办公室内,满是资料和样品,俨然是一间小库房,在房间的角落里,有一张布满书籍和图纸的办公桌,桌子后面有一张简易的办公椅,这就是朱波教授的办公室。

  2000年的春天,朱波教授从日本回到国内,出任山东省碳纤维工程技术研究中心副主任,一呆就是17年。在这17年间,朱波教授默默耕耘在碳纤维领域,潜心做着每一件科研“小事”,从3000元科研经费开发成功出口美国的盲人打字机敲击板,到10000元科研经费开发出包装机械碳纤维复合材料纱梳;从30000元经费开发出柔性碳纤维加热元件,到60000元开发成功碳纤维绳索,每一件科研工作都看似微乎其微,科研费用总额甚至不够一个科研人员一年的工资,但这些“小科研”却造就了朱波教授及其团队脚踏实地的科研精神,造就了这个团队密切联系实际、服务企业、服务社会的传承;也正是这些“小科研”的积累,导致了后期大量科研成果的涌现:朱波教授先后主持完成国家“863”课题3项,主持国家自然科学基金课题1项,主持国家工信部智能制造重大专项1项,主持山东省重点研发计划3项,主持山东省科技攻关项目1项,主持山东省优秀中青年科学家基金1项,主持地方政府平台建设项目2项;作为核心研究人员参与国家“863”、“973”、国际合作、重大军工、国家发改委重大自主创新课题等8项、国家重大自然科学基金课题1项;主持完成企业合作课题三十余项;出版专著3部,首位授权专利80余项,发表科技论文160余篇;首位获中国纺织联合会科技进步一等奖1项,首位获山东省科技进步一等奖1项,首位获教育部科技进步二等奖1项、首位获山东省科技进步二等奖1项、首位获山东省科技进步、技术发明三等奖3项;被选拔为山东省有突出贡献的中青年专家、山东省首届技术转移十佳个人、德州市科技首席专家、潍坊市科技创新人才、吉林市行业领军人才。

  朱波教授带领的技术团队,为国内五十余家企业长期提供着技术服务和技术支持,为我国的碳纤维及其复合材料产业不断积累着点点滴滴。

  教书育人,储备人才

  朱波教授生于1969年,1996年10月毕业于北京科技大学热能系,获工学博士学位,后留山东大学任教,2003年被评聘为山东大学教授。在教学的道路上,他将教书育人作为自己的最高责任,主讲了晶体缺陷、碳纤维及其复合材料、高科技纤维材料、计算机在材料科学中应用、加热设备及自动化等多门本科生、研究生、博士生课程,理论联系实际,自编教材2部,为社会培养了大量栋梁之才。每次谈及自己培养的学生时,他都眉飞色舞,“工厂制造产品,老师培养学生,学生是未来,人才是希望”,看到自己培养的50余名硕士博士在不同的岗位上发挥着作用,他的自豪之感溢于言表。

  朱波教授还担任着山东大学材料学院高分子材料研究所所长职务,培养全国最优秀的高分子本科生是他所倡议的一贯宗旨。他组织所里老师,设立了多个科技创新小组和科技创新课题,全面向本专业本科生开放,让有科研经费和实践经验的老师,担任本科生班主任,带领学生实战实验,早接触专业,早了解课题,早做科学研究。每到毕业季,高分所培养的本科生,85%都进入了国内知名高校读研、出国进修,每年企业来招聘的时候都讲“你们什么时候能多给我们培养点人啊,你们培养的学生个个都是好样的!”

  产学研结合,促进成果转化

  “我们的目标是持之以恒的把每一个项目做好,每一个产品做好,做到大家不再提问题的时候,我们才算基本完成任务”这是朱波教授经常说的一句话,在进行技术转化的过程中,每个细节都不容忽视,每个问题都要严肃对待!

  在科学研究中,如果你解决了一个技术难题或理论推导,这就是突破,有时甚至是重大突破,但在产学研结合和产业实施过程中,从研发、到试验、到生产、到市场、到反馈、到提升、到完善、到配套、到系列化……琐碎问题成百上千,如果有一个没有解决彻底,就可能导致整个项目推进停滞不前,甚至半途而废。朱波教授对此感受颇深,在开发碳纤维复合材料导线项目时,一做就是10年,在做油田碳纤维复合材料柔性抽油杆项目时,一干就是17年!其间涉及到了产品的结构设计、材料优选、工艺开发、设备完善、工程施工、工装配套、无损检测、系统维护、远程监控、新品开发……每个环节都包含着持续付出和执着坚守。

  为了考察生产环境对树脂和产品性能的影响规律,朱波带领其技术团队,在工厂一呆就是一个多月,系统考察雨天、晴天、晚上、白天、配料条件、使用时间、胶液温度、胶液粘度、生产速度、生产温度、纤维品种、纤维比例等一系列因素对最终产品性能的影响,制定出详细的生产规范,确保了最终产品质量的稳定可靠。也就是这一个个影响因素的锁定,奠定了产学研的坚实基础,同时培养了年轻队伍,使他们在科研和应用道路上中不断成长。

  胸怀大志,放飞梦想

  朱波教授有一个碳纤维梦:“在未来的5-10年里面,立足我们已有的技术条件,我想筹建一个研发中心,一个检测中心,一个信息中心,让社会需求快速进入我们的信息平台,在进行数据分析和筛选后,利用我们的研发中心,将有潜力的需求开发后再次向社会发布,满足社会对科研成果和碳纤维产品的需求;同时利用我们配备的检测中心,在服务我们自己团队科研的同时,服务合作单位,服务社会企业,打造一个碳纤维产业平台”,“我希望我的研究生,博士生都要做‘无中生有’的课题,他们是未来和希望,他们的思维没有定式,创新要从他们开始”。“我希望在未来的5-10年内,发挥好碳纤维优异的性能,开发高端原料和制品,实现军民融合,为我国的国防建设做出贡献。”

  “国家的扶持对于碳纤维行业的发展至关重要。”朱波在接受媒体采访时说。我国的实际国情,很多技术往往国家重视、政策鼓励,企业才敢用。“企业的观念在国家政策的支持下,才会有所转变。”朱波不无感慨地说。

  朱波回顾自己多年向企业推广碳纤维技术的经历,倍感艰辛。“2000年前,我们做碳纤维研究受到很多人的质疑;2000年之后,国家相关政策的出台让很多企业开始尝试着与我们合作。但是要改变他们对科研投入的观念,实在太难了。”他举例说,一家企业想要和他合作进行一个项目的研发,可是仅仅出资3000元,还附带了苛刻的要求。“他们开始不认可你,想让他们多掏钱根本是不可能的。”朱波对此咬紧牙关,认定要做成这个项目,最后在整个团队的努力下做出了成绩,对方企业这才逐渐接受了他们,认可了他们的付出和工作。

  朱波说,一个产业的发展就是如此,没有人进行前期的尝试,怎么能有大的进步呢?在朱波看来,碳纤维产业的巨大应用领域让他着迷。“如果国家电网能应用碳纤维,按照一万公里输电导线需求七百吨碳纤维来计算的话,单单这一个产品,对碳纤维的需求就非常可观。”

  作为重要的军用物资,碳纤维已经大量应用于火箭、导弹发动机外壳、喷管、坦克、装甲车零部件、穿甲弹弹托、火箭弹尾翼、车辆发动机耐热零部件、型号武器的轻量化部分、卫星壳体等;在民用行业,国外的碳纤维也早就渗透到体育器材、娱乐休闲、旅游设施、汽车构件、建筑、冶金、新型材料等多个领域。

  反观国内,虽然宇宙飞船、高性能战斗机等已经大量使用了碳纤维复合材料,但是民用领域的开拓却迟迟没有广泛的进展。“都盯着一个钓鱼杆,那能有多大的市场?企业得转变观念,拓展工业领域碳纤维产品的应用,才能使碳纤维复合材料表现出强大的优越性和替代性。”

  谈及国内碳纤维产业目前发展的障碍时,朱波分析,首先是国内市场没有主动意识到应用碳纤维,推广有难度;另一个因素是技术制约成为行业做大做强的瓶颈。对于碳纤维,国人眼界的不开放与国外实行的高端技术封锁成为两道高墙,其最明显的反作用就是阻碍了国内相关技术的推进。国家科研资金毕竟有限,广阔市场才是行业长久生存的土壤。“技术研发需要资金支持,而我们团队的研发成果初期却很难找到敢应用的企业,不能转化就无法获取更多研发资金开展新技术攻关。”朱波说,“行业的进步,是在实践摸索中前进的。”

  国内缺乏应用战场让他热切期盼着相关行业中能够出现“第一个吃螃蟹的人”。朱波介绍说,为了快速推进研发成果转化,目前他所在的研发中心,密切与市场挂钩,建立了一支能为企业解决应用难题的技术团队。“只要应用我们的技术,我们就管到底。”他的承诺是要给那些报有怀疑态度的企业解除后顾之忧。然而这样一个专业的团队组建着实不易。“这个团队需要各个学科的人才。高分子、化纤、热能工程、计算机、机械设计等诸多专业知识的融合才能有集成化的创新,这对于碳纤维产业的发展非常重要。”朱波坦言,这样的复合型人才还是太少,建设团队对于碳纤维产业的发展就显得尤为重要。

  一个产业的起步与成长,有着众多智慧的贡献,有着大量体力的支出,有着无数难题的攻克,有时还伴随诸多不被理解、冷嘲热讽、甚至是排挤与责难。碳纤维产业的发展也是如此。在没有被社会、被市场接受的前提下,如何坚守住这块田地考验着一个人的韧性与执着,更是对一个科研工作者的科学理想提出了挑战。从1992年2000年,短短8年的时间内,朱波所在的碳纤维研究小组换了三拨人。“山东大学的碳纤维是我岳父蔡华甦教授1992年从英国归来后创立的,我是2000年在岳父的期盼中从日本回来的。”朱波说,“当时对于碳纤维就想着尝试一下。”然而对于碳纤维的这一投身尝试,他就再也没有离开过这一领域。当问及为何他能默默耕耘于此领域时,朱波淡淡一笑,“我喜欢碳纤维”。对于当下浮躁的研发环境,能沉下心来仅仅依靠兴趣吗?作为老师、研究工作者、共产党员都给他一种为国家做贡献的责任,投身碳纤维产业20余年正是他勇于担当的真实写照。

  对于行业发展,朱波有自己的愿望。他希望在未来几年时间内,在国家政策支持下,建立供给侧碳纤维复合材料超市,开发出多种多样的碳纤维产品让企业来挑,来生产,来用。“这需要在经费许可与市场认可的前提下才能完成,这也需要有志企业家的前期无私奉献才能实现。”朱波说。朱波曾先后到日本、中国台湾等碳纤维企业参观考察,他认为国内碳纤维技术与他考察企业的技术相比,是具备一定竞争实力的。“国内企业总是认为国外的才是先进的,盲目崇外,对自身的不自信反倒阻碍了自身发展。”

  碳纤维是战略新兴材料,是发展国防军工与国民经济的重要物资,其性能潜力还在不断被挖潜,技术成熟度还在不断提高,科研投入还需要不断加大,科研队伍建设还要不断加强!材料强,行业才能强,国家才能强。持续攻克高端碳纤维制备难题,做好复合材料产品,不断推广应用,是朱波教授的梦想,也是其团队的中国梦!