蔣雪峰 蔡巧玉

固液界面是多組分、多相復合體系最常見的界面之一。固液體系是重大工業(yè)過程中遇到最多的兩相復合體系，例如，煤化工水煤漿加壓氣化的第一步需要制得穩(wěn)定的高濃度水煤漿，而高濃度水煤漿就是呈固態(tài)的煤顆粒與水形成的固液體系；又例如，聚烯烴高性能化過程通常在聚烯烴熔融溫度以上將非金屬無機填料或纖維（呈固態(tài)）填充到聚烯烴熔體（呈液態(tài)）中形成填充聚烯烴的固液體系；再例如，農藥制劑是將固體原藥均勻分散在水或非水介質中形成懸浮液，這種懸浮液也屬于固液體系。固液體系，如前述的高濃度水煤漿、填充聚烯烴和農藥制劑在制備、儲運和使用過程中，都無一例外要求固體在液體中穩(wěn)定分散。但由于固體和液體，如煤和水、非金屬無機填料或纖維和聚烯烴熔體、化學農藥原藥和水或非水介質各對的組成、結構和物性存在顯著差距，形成熱力學不穩(wěn)定體系，在重大工業(yè)過程中，常會因界面不相容，導致兩相分層甚至于固體沉淀，堵塞管線，危及安全的問題發(fā)生。

沈健在辦公室

建立普適、實用的固液體系分散穩(wěn)定理論，研發(fā)高效、穩(wěn)定的固液體系分散穩(wěn)定技術，具有重要的理論意義和廣闊的應用前景。長期從事多組分、多相復合體系界面研究的南京大學、南京師范大學教授沈健帶領由化學、物理學、材料科學與工程、化學工程與技術、儀器科學與技術、計算機科學與技術等學科背景師生組成的團隊進行了長期不懈的努力，為解決這一難題交上了一份漂亮的答卷。

理論發(fā)展與技術創(chuàng)新

我國是一個煤炭大國、聚烯烴產銷大國和農業(yè)大國，采用潔凈煤技術（水煤漿技術是潔凈煤技術之一），實現聚烯烴高性能化和開發(fā)高載、緩釋的環(huán)境友好型農藥制劑對科學研究、經濟建設和生態(tài)文明至關重要。在國家及省部級計劃的支持下，沈健團隊在前人工作的基礎上，歷經23年系統(tǒng)、深入研究，最終完成了“基于界面調控機理的固/液體系分散穩(wěn)定技術及應用”，取得理論發(fā)展和技術創(chuàng)新的突破。

他們揭示了固液體系分散的穩(wěn)定機制，確定了影響體系分散穩(wěn)定的四要素，固體密度、液體密度、固體粒徑和固液界面張力，首次將固體和液體的物性與影響固液體系分散穩(wěn)定的要素聯系起來，創(chuàng)建了體系分散穩(wěn)定的力學模型；率先提出在重大工業(yè)過程中，通過調控界面張力γ和固體粒徑2R，實現體系分散穩(wěn)定的策略。為基于界面調控和粒徑優(yōu)化的體系分散穩(wěn)定技術研發(fā)和應用提供的理論指導。成果獲江蘇省科技進步獎一等獎。國際著名期刊Chemical Reviews（《化學綜述》）封面介紹了該成果。

基于上述理論，他們發(fā)明了用于界面調控的三元共聚物（N D F）。經系統(tǒng)研究建立了NDF分子量、主鏈結構、排列方式、序列長度l、m、n和親水基團R1、R2種類及數量對各種固體顆粒在水或非極性液體中分散能力的構效關系，為高效、精準調控固液體系界面張力的NDF分子設計及技術應用提供了依據；針對不同體系，通過創(chuàng)新合成技術，優(yōu)化生產工藝，發(fā)明了帶有不同主鏈結構、序列長度、排列方式和親水基團種類、數量，具有自主知識產權的三大類15個品種系列三元共聚物NDF，成果獲中國石油化工聯合會技術發(fā)明獎一等獎、中國石油化工聯合會優(yōu)秀專利獎。建成年產6萬噸NDF的生產線，為工業(yè)應用奠定了基礎。NDF被列為國家重點新產品。還研發(fā)了重大工業(yè)生產過程中動態(tài)優(yōu)化固體粒徑分布技術（NDJ）。與NDF配合，解決了大固液密度差體系分散穩(wěn)定長期未能攻克的難題；突破了均一粒徑固體顆粒的堆積密度極限，提高了體系的固液比，增加了體系中固體顆粒的加入量，改善了體系性能；首次實現了在設備磨耗情況下不中斷生產、及時補充、在線優(yōu)化固體顆粒粒徑分布，提高了生產效率。

該項目共授權中國發(fā)明專利13項、美國發(fā)明專利1項、中國計算機軟件著作權2項；發(fā)表論文47篇，累計他引2396次；出版專著1部，累計他引646次；獲省部級科學技術獎一等獎3項；培養(yǎng)界面化學方向研究生58名。項目技術推廣應用和成果轉化，已培育和參與2家企業(yè)上市，累計獲各類科研經費、貸款貼息和專利許可收入2635.8萬元，累計新增銷售額183.5億元，新增利潤23.3億元，其中近3年累計新增銷售額78.5億元，新增利潤12.4億元。推動了相關行業(yè)領域的技術進步，產生了顯著的經濟和社會效益。

項目成果應用于煤化工領域難成漿煤種高濃度水煤漿制備和工業(yè)廢水循環(huán)利用制水煤漿中，制定了中國第一部燃燒用和氣化用水煤漿添加劑產品標準；通過調控N D F分子中丙烯酸或馬來酸序長和芳環(huán)的種類和數量，解決了高內水煤種難成漿難題，提高了制漿煤種適應性；通過調控NDF分子量、序列長度l、m、n、排列方式和不同種類、數量的親水基團R1、R2，提高煤漿濃度至少2個百分點；降低煤漿粘度至少200mPa·s-1、水煤漿存放45天無沉淀；解決了水煤漿連續(xù)制備、添加劑合理使用和工藝條件可控的問題，實現了連續(xù)生產中動態(tài)優(yōu)化固體粒徑及其分布，在煤種突變或設備磨耗的情況下，不中斷生產，及時優(yōu)化。汕頭市南方水煤漿有限公司應用該技術用本單位工業(yè)廢水制水煤漿，年節(jié)水10萬噸，實現了減排，節(jié)約了資源，保護了環(huán)境。全球最大聚氨酯生產廠家——萬華化學集團股份有限公司，應用項目成果技術累計新增銷售額19.5億元、利潤9.2億元，近3年累計新增銷售額13.9億元、利潤6.1億元。

團隊大合影

成果展示

項目成果應用于聚合物基復合材料領域填充聚烯烴高性能化，首次將固體粒徑及其分布優(yōu)化理論和技術引入到聚烯烴填充改性領域，與傳統(tǒng)工藝相比，不僅降低填充聚烯烴的加工溫度15℃～30℃、提高熔體流動速率17%～33%，還顯著提高填充聚烯烴的力學性能10到95個百分點。南京聚隆科技股份有限公司運用項目成果技術，累計新增銷售額34.9億元、利潤2.1億元，近3年累計新增銷售額17.1億元、利潤0.7億元。利用項目專利技術培育上市公司1家。

項目成果應用于農藥領域制劑創(chuàng)新，采用納米氧化石墨烯或納米改性蒙脫土作為載體，結構可調的含磷酸基、多羧基三元共聚物作為分散劑，制得高效、環(huán)境友好的氟啶胺、吡蟲啉、氯氟氰菊酯、甲維鹽、阿維菌素等農藥制劑。制劑的載藥量提高50%，水溶性提高400倍，抗蟲活有效期大于14天，具有p H響應的控緩釋性能，可穩(wěn)定分散1年以上；大田試驗顯示，可明顯減少等效農藥用量和提高等施藥量農藥效果。全球主要農藥生產廠家江蘇揚農化工股份有限公司及其全資子公司江蘇優(yōu)嘉植物保護有限公司應用項目成果技術累計新增銷售額18.2億，新增利潤3.7億元，近3年累計新增銷售額12.7億元，新增利潤2.6億元。利用項目專利技術參與上市公司1家。

學科建設和服務社會

1982年年初，在南京大學本科畢業(yè)后，沈健留校讀研并任教，一直從事多組分、多相復合體系界面化學和生物醫(yī)用高分子材料研究，他是固液體系穩(wěn)定分散模型和維持自然狀態(tài)功能化學說的創(chuàng)立者，在線檢測、動態(tài)調控固體粒徑及其分布技術（NDJ技術），用于界面調控的三元共聚物結構優(yōu)化技術（NDF技術）和表面構建兩性離子的生物相容技術（ZSM技術）的發(fā)明人。截至2019年年底，主持22項國家和部省級科研項目；出版專著3本，在

Chem. Rev.、Nat. Commun.、Adv.Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Biomaterials等國際核心期刊發(fā)表論文500余篇，累計他引超6000次；授權中國發(fā)明專利63項、中國計算機軟件著作權5項；制定中國第一部燃燒用和氣化用水煤漿添加劑標準；獲國家級教學成果獎二等獎1項，省部級教學成果獎一等獎3項，省部級科學技術獎一等獎4項、二等獎3項。

2002年，已是南京大學黨委副書記兼江蘇省界面化學工程技術研究中心主任的沈健接到一紙調令，來到了南京師范大學任黨委書記。當時，正是學校化學和材料學科發(fā)展方向的艱難時期。針對一所師范類高校到底要不要開展科學研究，能不能組織工程技術研究，很多人持不同的態(tài)度。雖然外界議論紛紛，但沈健心中早已有底。來到南京師范大學后，他邀請國內化學和材料學科的著名專家來校講學，拓寬校領導和廣大教師的思路，召集校內化學和材料方向的專任老師共同探討了化學系和材料專業(yè)未來的發(fā)展方向。在他的帶領下，大家逐步統(tǒng)一了認識：“南京師范大學的目標是建設有特色的世界一流大學，必須有包括數學、物理、化學、生物學在內的一流的學科奠定一流大學的基礎；南京師范大學的使命之一是培養(yǎng)各類教育的師資，只有搭建高水平研究平臺，讓學生參與研究，在實踐中培育科學精神、增強社會責任、奠定理論基礎、提高實踐能力；南京師范大學地處南京，是江蘇的一所高水平大學，應該發(fā)揮學科、人才等優(yōu)勢，發(fā)展材料專業(yè)，建好工程平臺，努力為江蘇的經濟和社會發(fā)展多做貢獻?！?/p>

在第13屆海峽兩岸復合材料論壇上作報告

思想統(tǒng)一、目標明確，凝心聚力，不懈努力，不僅使材料學科獲得新生，也為化學學科的發(fā)展注入活力。2003年開始，江蘇省生物功能材料重點實驗室、江蘇省生物醫(yī)藥功能材料工程技術研究中心、江蘇省生物醫(yī)藥功能材料協同創(chuàng)新中心、生物醫(yī)藥功能材料國家地方聯合工程研究中心陸續(xù)成立，江蘇省生物醫(yī)藥材料測試服務中心通過國家技術監(jiān)督局G M認證，沈健兼任上述研究機構主任，身體力行，并帶領師生務實推進。

上述中心（重點實驗室）以化學、材料科學與工程、生物學、臨床醫(yī)學和藥學等學科為主要支撐，聯合國內外著名大學、科研機構、醫(yī)院和省內部分企業(yè)，協同開展植/介入生物醫(yī)用材料及器械、新型藥用材料及化學新藥、材料和生物體相互作用、化學、生物新能源技術及應用等方向的科學研究、人才培養(yǎng)和學科平臺建設。

在重視理論研究的同時，平臺還大力開展應用性、工程性課題的研究，并積極推進產業(yè)化。在生物醫(yī)藥功能材料的分子設計、制備工藝、生物評價、中試放大、器械制造和臨床試驗等方面都做了積極探索。至今已承擔國家高技術研究發(fā)展計劃項目、科技部重大基礎研究前期研究專項項目、國家自然科學基金國際交流項目、重點和面上等科研項目超過200項，發(fā)表SCI/EI收錄論文700余篇，申報國家發(fā)明專利100多項，并參編出版專著及教材10本。

在大家的努力下，在不到十年的時間內，南京師范大學化學與材料科學學院在學科建設、科學研究、人才培養(yǎng)、服務社會等方面都取得了重大進展?；瘜W和材料學雙雙進入ESI前1%行列。

“我們下一階段的目標是：按照國家‘雙一流’建設和江蘇省高水平大學建設的要求，在學校的統(tǒng)一部署下，培育建設世界一流學科和國際知名學科，為學校建設有國際影響的高水平大學奠定堅實的學科基礎。繼續(xù)堅持頂天立地，大力推進協同創(chuàng)新，為經濟建設和科學發(fā)展多做貢獻?！闭雇磥恚蚪⌒判臐M滿。