2020年10月9日《教育時(shí)報(bào)》頭版

“小材大用”，創(chuàng)新筑牢科技進(jìn)步基石—— 走進(jìn)家門口的“雙一流”系列報(bào)道②

本報(bào)記者 杜帥鵬 蘇剛

10月6日，中國(guó)載人航天工程傳出好消息：中國(guó)空間站2022年將完成在軌建造計(jì)劃。在之后的航天飛行任務(wù)中，航天員要長(zhǎng)期在軌駐留。而讓許多人沒有想到的是，與此相關(guān)的一項(xiàng)重要科研任務(wù)——空間長(zhǎng)期駐留航天員頭盔面窗，也就是2008年神舟七號(hào)航天員翟志剛出艙所佩戴頭盔面窗的“升級(jí)版”的研制，已在我省開展，承擔(dān)這項(xiàng)重任的就是鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，他們也是鄭州大學(xué)“雙一流”建設(shè)學(xué)科——資源材料學(xué)科的建設(shè)者。

不僅是神舟飛船航天面窗，還有和諧號(hào)高鐵列車的燈罩，甚至手機(jī)里的集成電路板材料、生活中的LED燈背板，大到國(guó)之重器，小到與民生息息相關(guān)的“小物件”，都凝聚著鄭州大學(xué)資源材料學(xué)科的研究成果?！靶〔牧稀卑l(fā)揮“大作用”，近日，記者走進(jìn)鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，親身感受“雙一流”建設(shè)以來(lái)資源材料學(xué)科所取得的豐碩成果。

聚焦尖端科技，推進(jìn)自主創(chuàng)新，服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需要

“我國(guó)自主研發(fā)的第一款航天面窗出自鄭州大學(xué)！”鄭州大學(xué)學(xué)科與重點(diǎn)建設(shè)處處長(zhǎng)劉春太回憶起2008年的情形時(shí)，仍然難掩興奮與激動(dòng)。為了探索宇宙奧秘，航天員必須穿著選用特殊材料、特殊工藝、特殊技術(shù)加工的航天服進(jìn)行太空飛行和出艙活動(dòng)。航天面窗組件是宇航員在外太空活動(dòng)時(shí)觀察外界的窗口，可以說是宇航員的“眼睛”，它不僅要給宇航員提供一個(gè)清晰、良好的視野，也是航天員生命保障最關(guān)鍵的部件之一。

“首先，它要能承受太空極端的溫度環(huán)境。由于沒有空氣傳熱和散熱，受陽(yáng)光直接照射的一面可產(chǎn)生100℃以上的高溫，而背陰的一面溫度則可低至-100℃以下，航天面窗要承受極端的熱脹冷縮而不出現(xiàn)任何問題?！眲⒋禾f，“其次，航天面窗必須是零缺陷的，由于太空中是零大氣壓，任何缺陷都會(huì)使航天員暴露在太空中，并將面臨失壓、缺氧、低溫和輻射損傷四大危險(xiǎn)。再次，航天面窗要能阻隔太空輻射。沒有了大氣層的保護(hù)，宇航員會(huì)受到更強(qiáng)烈的輻射傷害。除此之外，航天員還可能遭遇具有足夠高動(dòng)能的空間碎片的沖擊。”

在沒有任何經(jīng)驗(yàn)借鑒的情況下，鄭州大學(xué)國(guó)家橡塑模具研究工程中心團(tuán)隊(duì)經(jīng)過夜以繼日的艱苦奮戰(zhàn)，歷經(jīng)數(shù)百次實(shí)驗(yàn)，攻克了一道又一道技術(shù)難關(guān)，終于研制成功。“河南籍航天員劉洋、陳冬就是戴著我們研制的航天面窗遨游了太空！”劉春太說?？臻g站的建立為我們新一代航天面窗的研制提出了更大的挑戰(zhàn)，研制航天員空間長(zhǎng)期駐留的航天面窗目前正在進(jìn)行中。

不僅自主創(chuàng)新，材料科學(xué)與工程學(xué)院還勇于填補(bǔ)空白，不讓外國(guó)人“卡脖子”。近年來(lái)我國(guó)平板顯示面板產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)能已居世界第一，其中所需最重要的就是ITO。 ITO是氧化銦錫的簡(jiǎn)稱，是平板顯示面板背后的一層“涂裝”。ITO涂裝先被制作成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的固體靶材，由磁控濺射高速撞擊，將其氣化濺鍍到材料上。

然而，就是這樣一塊材料，我們一度被國(guó)外“卡脖子”?！扒皫啄陣?guó)內(nèi)TFT-LCD、OLED 等所需的高端ITO靶材幾乎全部依賴進(jìn)口！”談到ITO靶材的發(fā)展?fàn)顩r，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院執(zhí)行院長(zhǎng)陳靜波語(yǔ)氣中帶著些許痛心。據(jù)介紹，我國(guó)ITO靶材每年消耗量超過1000噸，而高端部分全部依賴進(jìn)口，從供應(yīng)量到價(jià)格，處處仰人鼻息，這與我國(guó)銦資源大國(guó)地位和快速發(fā)展的平板顯示產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀極不相稱，“國(guó)外原料一漲價(jià)，國(guó)內(nèi)企業(yè)就虧損”。

不能被別人“卡脖子”！圍繞ITO靶材制備，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)何季麟院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)先后發(fā)明了硝酸/硫酸混溶協(xié)控納米氧化銦粉末粒度（形）等一系列關(guān)鍵技術(shù)，全面突破性解決了高性能ITO靶材全流程性關(guān)鍵技術(shù)難題，形成了完整自主技術(shù)體系。“現(xiàn)在不僅僅是靶材制作，而且從原料冶煉到產(chǎn)品制備，鄭大掌握了所有的關(guān)鍵技術(shù)，我們所實(shí)現(xiàn)的突破是鏈條性的！”陳靜波說。

在鄭州大學(xué)的技術(shù)支持下，我省目前建成了完善的ITO靶材研發(fā)平臺(tái)和生產(chǎn)線，生產(chǎn)的ITO靶材在國(guó)內(nèi)首次成功應(yīng)用于京東方高世代TFT線，完全可替代進(jìn)口，解決了關(guān)鍵技術(shù)及制造“卡脖子”的問題；為國(guó)家節(jié)省了大量外匯的同時(shí)，間接效益年銷售額達(dá)47.4億元人民幣！

在資源材料學(xué)科相關(guān)成果展臺(tái)前，材料科學(xué)與工程學(xué)院教授劉民英拿起一節(jié)稍顯磨損的尼龍制品，向記者自豪地介紹：“這是一節(jié)應(yīng)用于列車車廂連接處的定位襯套，整整使用了5年，只磨損了十幾個(gè)絲的厚度。要知道，它的工作環(huán)境是在動(dòng)輒百余節(jié)的內(nèi)燃機(jī)車車廂連接點(diǎn)，其壓力可想而知?！比缃?，這節(jié)小小的定位襯套已經(jīng)走出省內(nèi)，廣泛地被應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)車、高鐵、磁懸浮列車上，而它的核心技術(shù)，就是基于鄭州大學(xué)材料團(tuán)隊(duì)所開發(fā)的“尼龍1212”。此外，耐熱尼龍、半芳香尼龍、高流動(dòng)性尼龍、激光燒結(jié)3D打印尼龍粉末、有機(jī)硅尼龍、尼龍熱熔膠等數(shù)十個(gè)展品靜靜地躺在各自的展位上，每個(gè)展品背后，都有鄭州大學(xué)材料人日復(fù)一日的努力。

堅(jiān)持需求導(dǎo)向，推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展

“河南是資源材料產(chǎn)業(yè)大省（GDP 占比29％）。有色金屬儲(chǔ)量全國(guó)第一，煤炭全國(guó)第四，耐火材料、超硬材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和市場(chǎng)占有率均位居全國(guó)首位。但資源材料產(chǎn)業(yè)面臨的能耗高、污染重，產(chǎn)品低端、競(jìng)爭(zhēng)力缺乏，資源短缺等問題，是河南乃至中西部地區(qū)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。”陳靜波說。

圍繞產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展急需，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在河南省資源與材料工業(yè)技術(shù)研究院構(gòu)架下增設(shè)鋁冶煉、鋁工業(yè)固廢循環(huán)利用、鎂冶煉、高端新型銅合金板帶材加工、新型低維隔熱耐火材料等10個(gè)建設(shè)方向，完成了科研團(tuán)隊(duì)組建、科研資金籌措（先后投入約1億元人民幣）和科研裝備等資源配置的“特區(qū)”式實(shí)施推進(jìn)工作。

“目前已有電解能量流智能優(yōu)化控制與余熱回收利用、鋁工業(yè)固廢循環(huán)利用、短流程鎂冶金、新型無(wú)定形納米隔熱耐火材料等7項(xiàng)研究成果走出校門，與產(chǎn)業(yè)建立了扎實(shí)合作關(guān)系，形成了包括工業(yè)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)化和技術(shù)支持性企業(yè)合作等多種形式的協(xié)作紐帶，對(duì)產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支撐能力不斷提升?！标愳o波說。耐火材料團(tuán)隊(duì)還與偃師市三合絕熱科技有限公司開展合作，開發(fā)低維隔熱耐火材料材料，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，給三合公司帶來(lái)較好的經(jīng)濟(jì)效益，并給用戶帶來(lái)較好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

“金剛石作為超硬材料在石油鉆探、精密加工等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，被稱為現(xiàn)代工業(yè)的‘牙齒’。1963年，我國(guó)第一顆人造金剛石在河南誕生，目前河南是國(guó)家唯一的超硬材料產(chǎn)業(yè)化基地，產(chǎn)量占全國(guó)80％以上。”鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)王海龍說。但是，河南相關(guān)產(chǎn)業(yè)主要集中在價(jià)值鏈低端，高端產(chǎn)品匱乏，亟待突破。而高純度金剛石材料被英國(guó)等國(guó)際巨頭壟斷，對(duì)我國(guó)限運(yùn)甚至禁運(yùn)?！拔覀冡槍?duì)此問題展開研究，開發(fā)出高純度金剛石及兩英寸光學(xué)級(jí)金剛石晶體的合成工藝，實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)濃度ppb（濃度單位，百萬(wàn)分之一）量級(jí)金剛石單晶，打破了國(guó)際壟斷，為我國(guó)下一代超強(qiáng)X射線光源及超強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用實(shí)驗(yàn)提供了合格金剛石樣品。”王海龍?jiān)捳Z(yǔ)中難掩喜悅。

做強(qiáng)教師隊(duì)伍，做精學(xué)生培養(yǎng)，培育一流科創(chuàng)人才

繁花滿園離不開人才，一切成果終要回歸教學(xué)、應(yīng)用于育人。學(xué)院對(duì)學(xué)科團(tuán)隊(duì)的教師隊(duì)伍建設(shè)可謂不遺余力。

“學(xué)校聘任中國(guó)工程院院士何季麟擔(dān)任我們材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)。資源材料學(xué)科重點(diǎn)建設(shè)的四個(gè)研究方向均由學(xué)術(shù)大咖擔(dān)綱學(xué)術(shù)帶頭人：中國(guó)工程院院士劉炯天主持礦物加工及材料化研究，何季麟院士主持材料設(shè)計(jì)與綠色冶金研究，中國(guó)科學(xué)院院士申長(zhǎng)雨主持材料先進(jìn)成型與模具技術(shù)研究，國(guó)家杰出青年基金獲得者單崇新教授主持耐火及超硬材料研究。”陳靜波說。

“雙一流”建設(shè)期內(nèi)，材料科學(xué)與工程學(xué)院培養(yǎng)和引進(jìn)長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授等高層次人才共10人、學(xué)科特聘教授23人，引進(jìn)青年拔尖人才20人，拔尖博士71人，師資博士后25人，40歲以下教師比例超過一半，教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)優(yōu)化大大優(yōu)化。

學(xué)院還特別重視青年教師的培養(yǎng)，青年教師張佳楠就是其中的代表。2010年從吉林大學(xué)畢業(yè)入職鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院以來(lái)，張佳楠一直致力于“新型碳基功能型材料的設(shè)計(jì)與能量轉(zhuǎn)化”的研究?！?014年，學(xué)校為了培育一批國(guó)家級(jí)青年人才，拿出專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助校內(nèi)優(yōu)秀青年教師，我幸運(yùn)地成為其中的一員。”張佳楠對(duì)此感觸頗深，雖然只有30萬(wàn)元經(jīng)費(fèi)，但對(duì)自己、對(duì)青年教師的科研教學(xué)事業(yè)，卻是莫大的鼓勵(lì)和肯定。之后，張佳楠在教學(xué)和科研方面不斷產(chǎn)出成果，她本人更是入選2019年教育部“長(zhǎng)江學(xué)者青年獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”，獲得4項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金，并榮獲河南省科技成果一等獎(jiǎng)。

正是在優(yōu)秀人才資源的持續(xù)支撐下，資源材料學(xué)科的科研創(chuàng)新能力和社會(huì)服務(wù)能力顯著提升。一流學(xué)科建設(shè)以來(lái)，該院獲批國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目19項(xiàng)，承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金面上及青年項(xiàng)目共140余項(xiàng)，在國(guó)際知名刊物發(fā)表研究論文1200余篇，榮獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)項(xiàng)17項(xiàng)，新增綠色選冶與加工國(guó)家地方聯(lián)合工程中心等國(guó)家級(jí)平臺(tái)5個(gè)。

為推進(jìn)本研協(xié)同、科教融合，培養(yǎng)高素質(zhì)人才，材料科學(xué)與工程學(xué)院推行了“三級(jí)創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系”建設(shè)：通過文獻(xiàn)綜述訓(xùn)練，提升了本科生對(duì)專業(yè)的認(rèn)知，增強(qiáng)了其專業(yè)認(rèn)同和學(xué)習(xí)主動(dòng)性；通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，鍛煉了本科生的科研能力，選育了一批有創(chuàng)新意識(shí)和能力的學(xué)生；通過參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽，培養(yǎng)了本科生的團(tuán)隊(duì)精神和學(xué)術(shù)誠(chéng)信，豐富了創(chuàng)新教育成果。

此外，材料學(xué)院還不斷完善校—企、?！?、?！f(xié)同育人機(jī)制，發(fā)展特色研究生項(xiàng)目。以校企產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目為牽引，切實(shí)提升學(xué)生解決重大工程問題和重大技術(shù)難題的實(shí)踐能力，使得學(xué)生未出校，對(duì)專業(yè)實(shí)踐中的問題就已輕車熟路。

“常有人將材料科學(xué)比作科技進(jìn)步的基石，尤其是在全球科研競(jìng)爭(zhēng)異常激烈的今天，其重要意義更為凸顯?！标愳o波說，“在下一步的一流學(xué)科建設(shè)中，我們將建立新時(shí)代學(xué)科、科研、人才培養(yǎng)三位一體的本碩博貫通式人才培養(yǎng)模式，強(qiáng)力推進(jìn)引進(jìn)與培養(yǎng)高層次人才，還要加大對(duì)國(guó)家重大急需‘卡脖子’關(guān)鍵材料和國(guó)際前沿新材料方面的投入，努力實(shí)現(xiàn)高水平研究成果不斷線……”

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