上海科技报:深耕不缀 “中国纤维”崛起是她不变的“初心” ——记东华大学材料科学与工程学院院长、中科院院士朱美芳

发布时间:2023-02-08发布部门:宣传部

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作为人类最伟大的发现之一,纤维大大推动了人类文明的建设。今天,纤维已是人类不可或缺的最重要的材料之一。从航天器、导弹、飞机、高铁、汽车等高精尖装备,到衣服、帽子、袜子、手套等日常生活物品,无一离得开纤维。伴随着新兴科技的发展,纤维材料已经超越穿衣和美感等传统概念,朝着超性能化、智能化、绿色化方向迅猛发展。

深耕纤维领域30余年,东华大学材料科学与工程学院院长朱美芳院士提出了有机无机杂化构筑多功能纤维的新思路,为纤维科学开启了一扇广阔的大门;她之后又建立了聚合物纤维全流程功能化技术体系,解决了合成纤维兼具功能性和舒适性的难题,创建了介观诱导连续制备智能纤维的新方法。由此,推动了我国纤维质量“由低到高”的科研突破,纤维产业也开始了“由大到强”的发展道路。她的团队的产出成果在全国30多家企业实现产业化,取得了显著的社会效益和经济效益。

懵懂中缘定“纤维材料特色高校”

1965年,朱美芳出生于江苏如皋一个普通农村家庭,当时的生活条件十分清苦。在曾是乡村教师的父亲和通情达理的母亲的支持下,她成了当地少数几个能够读书的农村女孩之一。

中学时代的朱美芳成绩优异,当时她的分数可以考上一流的综合名校。南通是纺织业的发源地,当时堪称全国“顶流”的郝建秀、吴文英等全国劳模都是纺织女工出身,中学老师们都建议朱美芳填报纤维纺织类的院校。当时的朱美芳对于未来没有什么宏伟的理想,她只想着读完大学,未来有份好工作,可以回南通照顾家庭。

东华大学材料科学与工程学院是上海培养材料高端人才的摇篮。1954年,钱宝钧和方柏容2位教授在上海创建了新中国第一个化学纤维专业,也是东华大学材料科学与工程学院的前身。

当时,朱美芳对这所学校一无所知。在这里,她完成了本科和硕士学习。读研期间,朱美芳跟随导师孙桐教授,在实验室研究高分子材料。孙桐教授在高分子流变学、纤维结构与性能等理论研究方面造诣很深,曾在原苏联莫斯科纺织学院留学,在美国做过访问学者,研究的都是国际上比较先进的课题,这让朱美芳得到了很好的锻炼,也开阔了她的视野。毕业后,成绩优异的朱美芳获得了留校任教的机会。

1989年1月,在朱美芳入职后的第五天,她跟着当时的系主任陈彦模老师,坐大卡车去了张家港涤纶厂,到企业找问题。这也是她从事纤维改性研究工作的起点。

把企业的难题当成自己的课题。从此,“做接地气的科研”成为了朱美芳和团队成员的共同目标,也是流淌在她血液里的“学术基因”。哪里有问题,哪里就有研究课题;哪里有需求,哪里就有科研方向。这样的科研,她一做就是30年。当年的朱美芳,白天在纤维生产车间做试验并给员工“讲课”,晚上在职工宿舍过道上打地铺。

挑战世界级的纤维科学难题

朱美芳说,科研就是每天在挫折中前进,做科研最大的魅力就在于发现问题、解决问题。凭着这股冲劲,她和她的团队不断攻克世界难题。

如何把纳米材料添加到高分子材料中,充分发挥其功能,这道题难住了全球很多研究者。添加量高,对材料的流动性影响增大,成型加工困难;量低,对纤维成型影响小,但功能性难体现。如何做到添加量小,但功能性保持和舒适感增强是关键。

朱美芳团队经过无数次实验,发明了溶胶原位聚合和原位氧化还原两项技术,制备出“低含量、高分散、高效能”的抗菌功能聚酯。还研发了抗菌阻燃功能杂化材料一体化制备技术,并应用于万吨级短纤、长丝生产线上,制成率从90%提高到97%,成本降了3成。项目整体技术在浙江恒逸、上海德福伦等国内化纤龙头企业全面应用并实现产业化,30多类功能产品被广泛用于服饰家纺、交通运输、安全防护和国防军工等领域。

“我们做的东西要么上书架,要么上货架。”这是朱美芳的口头禅。技术团队带领企业应用项目技术成果开发了系列抗菌、阻燃等差别化纤维产品,打造了“不可或缺、不可超越、不可模仿”的德福伦纤维品牌。

30年来,朱美芳团队已经将“杂化材料”概念植入纤维世界,通过创新合成方法和纳米复合技术,对有机、无机材料进行多尺度、多维度和多组分复合,让不同材料在纳米的微观世界中合而为一,变身为性能可控、功能更强的新材料。这些新材料包括水洗50次后仍能保持优异的抗菌效果功能纤维及纺织品;可排汗、导湿,还能升级“加载”抗菌、阻燃功能的运动休闲面料等。她还建立了多功能、高感性聚酯和聚酰胺纤维全链条技术开发体系,创立了三大技术发明点,形成了六大发明技术,目前已经获授权中国发明专利160余件。2020年,朱美芳领衔的“有机无机原位杂化构筑高感性多功能纤维的关键技术”项目荣获2020年度国家技术发明奖二等奖。

培养出一流的顶尖人才

一位好老师会影响甚至改变学生的一生,育人没有完成时,学生始终是她潜心开发的首要“材料”。多年来,朱美芳继承了钱宝钧、方柏容、孙桐等老一辈东华材料人创立的学科文化和学科精神,因材施教,用自己的学识与师德倾心育人。

在朱美芳看来,高水平人才培养的关键要素是“真诚地关爱自己的学生”。她至今依然记得,当年进校时,老师们对自己无私的关爱和帮助。而对老师最好的回报就是让自己变成他们当年的样子,满怀仁爱之心。

从教以来,朱美芳和同事们就是这样要求自己的。她和学生们会聊家常,鼓励他们提问,消除他们的困惑,解决他们的困难。家庭贫寒的学生去外地单位的路费,她也帮着掏。一位学生这样回忆入学时的情景:“除了辅导员,没想到最先认识的竟然是院长!在第一次班会上,朱老师和蔼可亲,挨个询问我们的入校生活,用她的成长故事鼓励大家提早进课题组学习,对未来尽早规划。”

大家都说,朱老师办公室的门永远向学生敞开着。2015届毕业生邱天依然对朱老师充满感激之情:大三准备考研的他,鼓起勇气慕名走进了朱老师的办公室。在说明来意后,朱老师欣然和他聊起了考研攻略——要“厚着脸皮”找资料,主动请教。性格内向的邱天被如此亲切的大教授雷到了,他说,朱老师最着急的就是学生不去找她,有问题、有想法自己闷在心里。

多年来,朱美芳坚持给本科生上“第一堂课”和“最后一堂课”,帮助学生扣好学业和职业生涯的“第一粒扣子”。给本科生的第一堂课主要介绍材料学科的概况和国内外材料领域的发展趋势,激发学生的学习兴趣。大四毕业前,她会给学生讲材料制备方法学、国际材料前沿和材料行业情况,帮助他们实现从本科生到研究生或企业人的过渡。

除了学生的学业成绩,朱美芳也关心学生的人格健全和全面发展。她在日常生活中,用模范的言行举止为学生树立榜样,用高尚的人格魅力引领学生的心灵,努力成为塑造学生品格、品行、品位的“大先生”。

朱美芳说,培养高水平人才的秘方是“重实践”和“重交叉”。为了提高学生的实践能力,她曾带着学生们走访了160多家企业,到生产现场与企业的技术人员进行讨论,让学生们亲身感受市场需求和急需攻关的难题。为了提升学生的学科交叉研究能力,她倡导组建了东华大学新材料产业学院,并成功获批国家首批现代产业学院。学院汇聚了来自材料、计算机和环境专业的老师,以及上海商飞、上海石化等5家企业的企业导师,培养产业亟需的高素质创新人才。学生们可以有更多机会去企业实习,未来也能更好服务行业和产业发展。

今天,学院毕业的不少学生已成长为国内外知名教育科研机构如英国帝国理工、德国亥姆霍兹能源所、复旦大学、上海交通大学、北京大学等高校材料学科的学术带头人。而让朱美芳记忆深刻的还有一件事,那就是化纤90级本科毕业生中,同一寝室中的3名学生毕业后各自创办了材料领域的公司,且先后成功上市。朱美芳曾受邀参加了这3家上市公司的上市庆祝活动,3家公司现在都发展得不错。

科研强国之梦还在延续

熟悉朱美芳的人都知道,那条色彩多变的长丝巾是她最喜爱的配饰。朱美芳带领的课题组还有个带文艺范儿的名字叫“蒙泰”,得名于上世纪90年代初课题组制备的“蒙泰丝”——细旦聚丙烯纤维。这种纤维柔软可染色,添加其他功能成分后,实现了单一成果的可持续创新发展。而“蒙学善问,泰定求真”成为蒙泰课题组师生研习的共同追求。

纤维材料关乎国计民生、国家战略。我国合成纤维发展60年,从无到有、从小到大,现在产量已占全球70%以上,但部分高性能纤维还受制于人。在纤维世界,高性能纤维有着独特的地位。比如,一根看上去如头发丝的碳纤维被称为“黑色黄金”,它是经1000℃以上高温烧制、含碳量在90%以上的纤维材料,比重只有钢的四分之一,拉伸强度是高性能钢的4倍,导电性能是铝的十分之一,导热率是银的2倍以上,在惰性气氛下可耐受3000摄氏度以上的高温。

在朱美芳看来,实现纤维产业由大到强,还需进一步加强基础研究和原创研究,加强高精尖纤维的开发,拓展纤维的应用领域。

每年,朱美芳都鼓励、支持东华大学材料科学与工程学院的一批硕士和博士出国留学。她不仅帮助他们一起联系世界名校的导师们,还会帮助指导和讨论研究方向。每年,也都会有送出去的研究生学成回国,他们中有很多会回到母校任教,带回国际前沿的学术理念和先进技术。

今天,在东华大学材料科学与工程学院里,150多人的科研团队依然在日以继夜在努力拼搏,希望攻克高性能多功能和智能纤维材料领域前沿的技术难题。

近年来,朱美芳团队聚焦国家重大战略和地方经济社会发展需求,通过纤维与纳米、生物、仿生等学科的交叉融合,在化学纤维理论和技术方面不断突破,重点研发与航天航空、国防军工、生命科学、信息和环保技术、新能源等相关的多功能、高性能和纳米纤维材料,在医用材料、石墨烯纤维、智能水凝胶等领域均有建树,促进了我国化纤材料的高功能化、纳米化及智能化发展。在生命科学领域,他们就和心脏病学专家葛均波院士的科研团队合作,致力为“中国造”心脏支架提供优质的纤维材料;和上海公共卫生临床中心专家团队合作研发高安全主动抗菌抗病毒的防疫材料及制品。2020年,朱美芳团队通过瞬时释压纺丝成形设备,开发出高阻隔、高耐磨、高透湿安全防护材料,部分物化指标甚至超过了国际著名公司明星产品,仅用了20多天就制备出一系列有限次使用的医用防护服。最近,他们正和神经生物学家和生物物理学家蒲慕明院士的科研团队合作,希望在侵入式和非侵入式脑机接口用纤维材料领域取得突破……

朱美芳说,近期她的团队还将与金山区合作,打造全球三大高强度纤维产业集聚地,力争让上海这座充满活力的创新城市成为世界级“纤维之都”。

(来源:上海科技报 时间:2023年02月07日 版面:A3 作者:吴苡婷)

视频:   摄影: 撰写:  信息员:王宇  编辑:

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