文/本刊記者 段永利

隨著科技的不斷進步和發(fā)展，人們對新材料的需求越來越高，新型纖維材料也得到了研究人員的廣泛關(guān)注，其研究與應(yīng)用前景十分廣闊，在服裝、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域有著不可估量的價值。2023年7月，中國科學(xué)院院士、東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長朱美芳帶領(lǐng)團隊開發(fā)出超強韌人造蜘蛛絲，在纖維材料研究中取得了重大突破，目前有待實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

自2020年以來，新型冠狀病毒感染疫情在全球反復(fù)多點暴發(fā)，防護服成了“搶手貨”。由多層復(fù)合材料制成的防護服“密不透風”，里三層外三層，光是穿上身就要分7步，導(dǎo)致醫(yī)護人員皮膚出現(xiàn)勒痕、瘀青甚至出血。尤其在高溫情況下，穿著防護服猶如在蒸籠里一般，普通人堅持一小時都非常困難。防護服成本昂貴，一旦脫下就不能再次使用，為了節(jié)約資源，醫(yī)護人員都盡量不喝水、不上廁所，盡管穿著不適但又萬分珍惜。

朱美芳團隊通過瞬時釋壓紡絲成形新技術(shù)，開發(fā)出高阻隔、高耐磨、高透氣性的安全防護材料，部分物化指標甚至超過了杜邦公司的明星產(chǎn)品——“特衛(wèi)強”（Tyvek），從而制備出一系列有限次使用的醫(yī)用防護服。本刊記者為此專訪了這位纖維材料界的“帶頭人”。

科技報國的學(xué)術(shù)基因

“要說起從事纖維改性研究工作的緣由，還得從1989年1月說起，那時我剛?cè)肼殯]幾天，就跟著當時的系主任陳彥模坐著卡車去了張家港滌綸廠。只有深入到企業(yè)才能發(fā)現(xiàn)問題，這也是科研的魅力所在?！敝烀婪紝Ρ究浾哒f。

哪里有問題，哪里就有研究課題；哪里有需求，哪里就是研究方向。這一直是朱美芳及其團隊的科研原則和共同目標，也成為流淌在她血液里的學(xué)術(shù)基因。

“蒙泰”，是朱美芳帶領(lǐng)的課題組的名字，源于20世紀90年代初課題組研制開發(fā)的“蒙泰絲”——細旦聚丙烯纖維。這種纖維柔軟可染色，還可以賦予不同功能，實現(xiàn)了單一成果的可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展?！懊蓪W(xué)善問，泰定求真”成為團隊師生研習的共同追求。

在東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，朱美芳繼承了老一輩東華“材料人”的學(xué)術(shù)基因和科研精神，堅持認為學(xué)生始終是她潛心開發(fā)的首要“材料”，并且做到因材施教。朱美芳堅持給本科生上第一堂課和最后一堂課，幫助學(xué)生扣好學(xué)業(yè)和職業(yè)生涯的“第一粒扣子”。朱美芳給本科生上的第一堂課主要介紹材料學(xué)科的概況和國內(nèi)外材料領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，目的是為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。她給大四畢業(yè)生上最后一堂課，主要是給學(xué)生講材料制備方法學(xué)、國際材料前沿和材料行業(yè)情況，幫助學(xué)生實現(xiàn)從本科生到研究生或企業(yè)人的過渡。

在科研道路上，材料科學(xué)與工程學(xué)院和課題組的青年教師們也感激朱美芳的教導(dǎo)，尤其是啟發(fā)他們對科學(xué)問題的思考，對他們科研態(tài)度產(chǎn)生了潛移默化的影響。

朱美芳團隊歷經(jīng)10余年攻關(guān)，創(chuàng)新性地提出了有機無機原位雜化構(gòu)筑高感性多功能纖維的新思路，發(fā)明了聚酯聚合過程跨尺度微納結(jié)構(gòu)功能相的原位構(gòu)筑及其均勻分散新方法，建立了雙螺桿限域空間和多外場誘導(dǎo)下聚合物與功能無機顆粒復(fù)合體系相結(jié)構(gòu)的調(diào)控機制，研發(fā)了功能纖維微細化、異截面、復(fù)合加工“多相紡絲成形”新技術(shù)，構(gòu)筑了多功能纖維的全鏈條設(shè)計與一體化實施新策略。該項目擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，授權(quán)發(fā)明專利40余項，出版專著1部、發(fā)表論文50余篇。在多家合作單位成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，開發(fā)了5大系列30多類產(chǎn)品，在國內(nèi)外知名品牌中獲得成功應(yīng)用，并延伸應(yīng)用至高端運輸和國防軍工等領(lǐng)域，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，獲得2020年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

近年來，朱美芳帶領(lǐng)團隊始終聚焦國家重大戰(zhàn)略和地方經(jīng)濟社會發(fā)展需求，通過纖維與納米、生物、仿生等學(xué)科的交叉融合，在化學(xué)纖維理論和技術(shù)方面不斷突破，重點研發(fā)與航空航天、國防軍工、生命科學(xué)、信息和環(huán)保技術(shù)、新能源等相關(guān)的多功能、高性能及納米纖維材料，在生物醫(yī)用材料、石墨烯纖維、智能水凝膠等領(lǐng)域均有建樹，促進了我國纖維材料的高功能化、納米化及智能化發(fā)展。

搞“接地氣”的科研

針對醫(yī)護用防護服不透氣且只能一次性使用的問題，朱美芳暗下決心，“要做就做國內(nèi)沒有的，國家重點實驗室就是要在國家最需要的時候，急國家所急，解國家之難”。為有效應(yīng)對疫情，東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院校友、科技企業(yè)總經(jīng)理羅章生，與朱美芳團隊一拍即合，主動擔當戰(zhàn)“疫”行動派，依托纖維材料改性國家重點實驗室這支材料“國家隊”的硬核支撐，他們第一時間立項，20天完成“新型冠狀病毒感染疫情醫(yī)衛(wèi)防護材料應(yīng)急專項”布局，在防護用無紡布方面加急攻關(guān)，校企雙方還聯(lián)合申報并獲國家自然科學(xué)基金委應(yīng)急專項支持。

2020年春季，項目團隊已向武漢方艙醫(yī)院、湖北漢川人民醫(yī)院、中國疾控中心傳染病研究所、復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院等抗疫一線單位，以及美國紐約州先進能源技術(shù)中心、德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)等合作單位捐贈研發(fā)的Rowelk有限次防護服5000余件（套）。

短短兩個多月，這種“舍我其誰”的科研態(tài)度，成為朱美芳和團隊人員非常時期的“新常態(tài)”。有限次使用連體防護服等25個醫(yī)衛(wèi)防護材料項目，或?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)化，或取得實質(zhì)性突破，或形成前瞻性發(fā)展布局。

搞“接地氣”的科研，朱美芳一做就是30多年。

30多年來，朱美芳帶著團隊將“雜化材料”概念植入纖維界，通過創(chuàng)新合成方法和納米復(fù)合技術(shù)，對有機、無機材料進行多尺度、多維度和多組分復(fù)合。讓不同材料在納米的微觀世界中合而為一，變身為性能可控、功能更強的新材料。例如，水洗50次后，功能纖維及紡織品仍能保持優(yōu)異的抗菌效果；可排汗、導(dǎo)濕的運動休閑面料，還能升級“加載”抗菌、阻燃、相變等功能……

朱美芳團隊依托的東華大學(xué)纖維材料改性國家重點實驗室，堅持產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合，在國防軍工急需的三大高性能纖維材料，以及關(guān)乎民生的功能共聚酯、納米復(fù)合功能纖維、大容量聚酯熔體直紡等通用纖維領(lǐng)域取得了系列標志性成果；并在民用航空及汽車輕量化復(fù)合材料和光、電、熱等能量轉(zhuǎn)換功能材料領(lǐng)域已形成新的增長點。朱美芳團隊的研究成果和專利轉(zhuǎn)化效益惠及年產(chǎn)值達萬億元的纖維材料行業(yè)，技術(shù)成果獲得國家技術(shù)發(fā)明獎和國家科技進步獎16項、省部級科技獎項170余項，為我國躍升世界纖維生產(chǎn)第一大國并向世界強國邁進作出了重大貢獻。

以碳纖維為例，纖維材料改性國家重點實驗室與中復(fù)神鷹碳纖維股份有限公司合作，攻克了聚丙烯腈基碳纖維大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化難題。2017年，聯(lián)合中復(fù)神鷹碳纖維股份有限公司建立國內(nèi)首條千噸T700級和百噸T800級碳纖維生產(chǎn)線，獲得國家科技進步獎一等獎，打破了國外技術(shù)封鎖。在纖維材料改性國家重點實驗室主任朱美芳院士總體規(guī)劃下，2018年恒天纖維集團有限公司投入1000萬元建立恒天海龍—東華大學(xué)高性能碳纖維研發(fā)中心，在東華大學(xué)建立干噴濕紡試驗線，攻克了T1000級以上超高強度碳纖維制備關(guān)鍵技術(shù)。

立志攻破“卡脖子”技術(shù)

“纖維材料是國家安全、武器裝備亟須的關(guān)鍵戰(zhàn)略物資，也是新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟須的重要支撐材料。我國合成纖維發(fā)展60年，從無到有，從少到多，現(xiàn)在產(chǎn)量已經(jīng)占全球的70%以上，但部分高性能纖維還受制于人，2019年我國超過50%的碳纖維依賴進口。如何實現(xiàn)纖維產(chǎn)業(yè)由大到強，還需進一步加強基礎(chǔ)研究和原創(chuàng)研究，加強高精尖纖維的開發(fā)，拓展纖維的應(yīng)用領(lǐng)域?！敝烀婪颊f。

先進基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料和前沿新材料是新材料產(chǎn)業(yè)的三大發(fā)展方向，國內(nèi)材料類研發(fā)機構(gòu)和校企聯(lián)合研究院紛紛成立，基礎(chǔ)研究投入不斷增大。如在智能纖維方面，我國與國際先進水平并駕齊驅(qū)，但還需進一步通過政府支持、學(xué)科交叉、產(chǎn)學(xué)研合作，特別是加強基礎(chǔ)性、原創(chuàng)性研究，才能在新一輪國際競爭領(lǐng)域處于有利地位。

朱美芳在和她的研究生們進行技術(shù)探討

朱美芳介紹說，我國的化學(xué)纖維產(chǎn)量連續(xù)20多年居世界第一，其中2020年的產(chǎn)量已超過全球化學(xué)纖維總產(chǎn)量的70%。但在部分高技術(shù)纖維、新一代纖維及器件研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面還有巨大發(fā)展空間。例如高性能纖維中的碳纖維，國內(nèi)T300、T700、T800級碳纖維目前已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，但主要以民用領(lǐng)域為主，航空領(lǐng)域應(yīng)用處于初級階段。中國仍處在第1代（T300、T700）先進復(fù)合材料擴大應(yīng)用階段，T800級碳纖維的工程化應(yīng)用尚處研制階段，而國外航空航天等領(lǐng)域已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用以T800級碳纖維為主要增強體的第2代先進復(fù)合材料。在碳纖維產(chǎn)業(yè)化方面，我國處于跟跑到并跑階段。國內(nèi) T1000、M55J級碳纖維工程化問題尚未完全解決，T1100、M60J級以上高強高模碳纖維制備關(guān)鍵技術(shù)有待突破。

極端環(huán)境（大于地月距離38.4萬公里的深空、水深超過300米的深海、地球靜止軌道高度3.58萬公里及以下的近地、醫(yī)用防護領(lǐng)域的深體、人工智能網(wǎng)絡(luò)空間的深藍等）材料是衡量材料是否先進的主要標志。例如，飛船用材料要求為耐高溫、隔熱、超高強度多功能纖維材料；潛艇用材料要求為耐高壓、耐污、耐腐蝕等纖維材料；深體用材料要求為智能傳感、邏輯反饋、防護等纖維材料。

朱美芳對本刊記者說，雖然在過去的20年里，纖維狀能量轉(zhuǎn)換和存儲器件的研究取得了很大的進展，但在未來的研究中仍存在一些挑戰(zhàn)：纖維狀能源相關(guān)設(shè)備的功率容量仍落后于塊狀設(shè)備，延長其長度和直徑是提高其能量轉(zhuǎn)換和存儲容量的主要策略；纖維狀能源相關(guān)器件的性能評價沒有統(tǒng)一的標準，如機械柔性和纖維質(zhì)量、體積、面積的計算方法等；將實驗設(shè)備推向工業(yè)產(chǎn)品對纖維狀器件來說至關(guān)重要；安全性是將纖維狀能量存儲和轉(zhuǎn)換設(shè)備應(yīng)用于智能紡織品的最關(guān)鍵問題；對于復(fù)雜的應(yīng)用場景，必須將更多功能單元集成到單個功能性纖維中。

“我國正在向纖維強國、科技強國邁進，還有很多‘卡脖子’的核心技術(shù)有待攻堅突破，科研工作者尤其要有憂患意識，瞄準奮斗方向，絲毫不能放松。”朱美芳說?？萍肌摆s考”，任重道遠。