當衣食住行“遇見”軟物質

日前， 中國科大國家同步輻射實驗室李良彬教授領導的“軟物質智慧製造”團隊在國際權威期刊《化學評論》上發表長篇綜述評論文章， 系統地綜述和評論了流動場誘導高分子成核結晶的研究現狀， 並被選為雜誌封面。

也許， 對於普通人來說， 一篇高深學術論文的發表與自己並無多大關係。 當你知道自己無時無刻生活在一個四處充滿軟物質的世界裡， 包括我們自己的身體也大都由軟物質構成的， 或許你會感到驚訝。

不僅用於衣食住行， 也是高端製造關鍵材料

“軟物質”為何物？軟物質的概念，

是1991年諾貝爾獎獲得者、法國物理學家德熱納提出來的， 學術上是指處於固體和理想流體之間的物質， 又稱軟凝聚態物質。 一般由大分子或基團組成， 包括液晶、聚合物、膠體、膜、泡沫、顆粒物質、生命體系物質等。

“高分子材料就是軟物質的一種。 ”李良彬教授向科技日報記者介紹說， 它不僅廣泛應用於衣食住行， 也成為環境能源、健康醫療、國防和航空航太等領域的關鍵材料。 “比如一架波音787飛機， 如果按重量核算的話， 其中超過50%都是高分子材料。 ”目前全球每年高分子材料的使用量達到3億多噸， 產值2000多億美元。 國內消耗量占全球1/4， 產值占國民經濟約4%， 已接近我國國民經濟支柱產業。

“但是， 國內高性能高分子材料市場佔有率極低，

而且缺乏高端製造關鍵技術。 ”李良彬教授說， 我國聚烯烴產能已經達到世界第一， 而功能農膜、車用油箱、鋰電池隔膜、醫療耗材等這些高端聚烯烴卻嚴重依賴進口；我國天然橡膠生產能力也排在世界第一， 但航空輪胎卻全部需要進口。 隨著我國經濟高速發展和高端產品需求增加， 高分子材料高性能化日益迫切。

觀察分子形成有了大科學裝置

這麼重要的高性能高分子材料， 如何才能獲得呢？

“我們團隊經歷多年的研究和積累， 發展出了一系列原位研究真實加工外場下微觀結構快速演化的新方法。 ”李良彬教授說， 要想弄清楚微觀結構的快速演化過程和機理， 就必須能做到對微觀結構和過程的細緻觀察。

“這個尺度非常小，

達到微米級， 時間也很快， 是毫秒級別的。 ”李良彬教授介紹說， 一般而言， 要想觀察到微觀細小的分子、粒子等， 要麼光源足夠亮， 要麼電磁場足夠強。

“高速帶電粒子在磁場中進行曲線運動時會釋放出電磁輻射， 由於這種輻射是在同步加速器上第一次觀察到的， 因此被稱為同步加速器輻射， 也就是我們通常所說的同步輻射。 ”李良彬教授說， 同步輻射技術具有時間、空間解析度高等優點， 和常規光源技術相比， 同步輻射光源亮度要高出十幾個數量級， 在原位跟蹤高分子加工過程中結構快速演化方面具有不可替代的優勢。

李良彬團隊的研究正是利用了位於中國科學技術大學的“同步輻射加速器”這一國家大科學裝置，

實現了空間解析度1.5微米、時間解析度0.5毫秒， 這些針對高分子材料原位研究的時間和空間解析度為目前全世界報導的最佳水準。 不遠的將來， 按產品使用性能去加工製造高分子產品， 在我國可以實現。

打破國外在材料和技術上的壟斷

過去十多年間， 李良彬團隊運用同步輻射散射和譜學等先進研究方法， 獲得的研究成果被多個國際知名期刊發表， 引起了學術界的廣泛關注。

“運用我們的研究技術， 高分子材料、製品設計研發週期和成本將大大縮短， 有助於推動高分子科學跨越發展， 提升我國高分子加工及相關產業的高端製造水準和國際競爭力。 ”李良彬教授告訴記者， 他的團隊已成功開發出高效、安全高端動力鋰電池隔膜整套工藝技術，

並在積極推進產業化實施， 有望服務於我國新能源汽車行業。 同時， 團隊正在研發可生物降解農膜， 不僅能夠使農民增產增收， 同時在減少土地污染、保護環境及提高人們生活品質等方面具有重要的社會意義。

先進光學膜是我國新型顯示急需突破的關鍵材料， 是國家重大的戰略需求。 目前， 李良彬團隊正在系統地攻克光學膜製造中的關鍵技術， 打破國外材料和技術壟斷， 讓我國的新型顯示做大做強。