俞書宏院士:纖維素將成為未來發(fā)展的基礎(chǔ)材料
第八屆全球深商大會暨光明科學(xué)城大會,中國科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)講席教授、南科大創(chuàng)新材料研究院院長俞書宏作主題演講,他表示,人類社會發(fā)展的核心動力就是材料創(chuàng)新,材料是現(xiàn)在社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。希望通過南科大的優(yōu)勢,通過研發(fā)平臺的建立,在最短的時間,采用最高效、最優(yōu)化的方式來研發(fā)新的材料。
制造業(yè)是立國之本,強(qiáng)國之基。狹義上講,制造是指將原材料加工為成品的過程,因此,工業(yè)制造與材料息息相關(guān)。材料最重要,人類社會發(fā)展的核心動力就是材料的創(chuàng)新,從石器到鐵器再到現(xiàn)在使用的新材料,每個時代都有新材料出現(xiàn),材料的不斷發(fā)展見證了時代的變遷。所以材料的創(chuàng)新對一個城市和一個國家的發(fā)展非常重要。
材料與制造業(yè)發(fā)展息息相關(guān)。材料影響各個行業(yè)的發(fā)展,包括化工、紡織、汽車、機(jī)械裝備、計算機(jī)、環(huán)保、航空航天、新能源等等。應(yīng)該說,材料是現(xiàn)代社會發(fā)展的一個重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。
全球環(huán)境問題和城市發(fā)展、人類健康密切相關(guān)。塑料產(chǎn)業(yè)非常龐大,為我們的生活帶來了極大的便利,但是塑料的廣泛使用給地球帶來的危害也逐步凸顯出來。除了大塊的塑料,陽光、機(jī)械力的作用會將其分解成微米、納米級的塑料,這些微塑料嚴(yán)重污染了陸地及海洋,這些微塑料都是納米、微米級的,會通過大氣、河流循環(huán),導(dǎo)致包括土壤、空氣、水體等生態(tài)系統(tǒng)都遭受到微塑料的污染。
科學(xué)界對塑料的使用和微塑料的污染,無論是《科學(xué)》雜志還是《自然》雜志都一直很關(guān)注。所以我們今后一定要減少塑料的使用,因為這些微小的塑料給人類帶來了危機(jī)。我們也在研究未來應(yīng)該用什么材料來替代塑料。
從原始文明到農(nóng)業(yè)文明再到工業(yè)文明,塑料是工業(yè)文明的產(chǎn)物,它的影響與每個家庭相關(guān)。在生態(tài)文明發(fā)展階段,我們要思考如何解決碳中和的問題。
自古以來,二氧化碳和水就給我們帶來了糧食、棉花等產(chǎn)品,這是人類賴以生存的最基本的材料。中國是一個農(nóng)業(yè)大國,很多地區(qū)的主要產(chǎn)業(yè)都是農(nóng)業(yè)。大家都知道,塑料制品的原材料是煤和石油,而地球上的煤和石油總有一天會用完。因此,我們今后用取之不盡的生物質(zhì)來創(chuàng)造新的材料是一個很好的選擇,這些新的材料在性能方面比現(xiàn)在的復(fù)合材料更加好。
我們每天都要吃蔬菜,蔬菜里面的纖維素非常多,這些纖維素是非常好的膳食纖維,是人類必需的物質(zhì)。我們實驗室一直圍繞纖維素納米纖維的提取做了大量的工作。日本的科學(xué)家很早之前發(fā)明了提取纖維素納米纖維的方法,但是遺憾的是不能量產(chǎn)。而我們現(xiàn)在可以實現(xiàn),一個小時生產(chǎn)幾噸的高品質(zhì)的納米纖維素。傳統(tǒng)的纖維素可以做紙張,用我們的技術(shù),可以把A4紙變成很多張由納米和微米尺度的纖維構(gòu)筑的紙張。我們現(xiàn)在的技術(shù)可以把一根纖維素纖維變成成千上萬的納米級纖維。
我們現(xiàn)在做出的這個紙很柔軟,而且是透明的,用完之后放到土壤里,三周之后會自動被土壤中細(xì)菌消化掉,是非常環(huán)保的。這種紙張能夠耐受零上200度到零下200度,這個材料幾乎是零膨脹,可以在高端的領(lǐng)域應(yīng)用,能夠提升電子器件的性能。
我們還可以把一些稻草秸稈加入生物質(zhì)變成板材,它的抑菌性能非常好,不怕火燒,可以做成各種家具,避免發(fā)生火災(zāi)。同時,納米纖維做出來的材料與聚乙烯等材料相比,很多指標(biāo)優(yōu)越于現(xiàn)在工業(yè)使用的塑料。因為這個材料是纖維素做出來的板材,輕質(zhì)高強(qiáng),還具有零膨脹的特性,很多性能超越了新一代的鋁合金。
纖維素基材料也可以通過微生物合成。未來我們把這種細(xì)菌進(jìn)行馴化,讓它吃營養(yǎng)物,生產(chǎn)大量的納米纖維素,可以做成食品,也可以通過生物合成的方法設(shè)計出高性能的結(jié)構(gòu)材料。這種材料的優(yōu)勢是,受到外力沖擊的時候,不像陶瓷制品、工程塑料很容易破損。此外,這種材料密度只有鋼鐵的1/6,鋁合金的一半,在溫度變化的時候,材料零膨脹,對環(huán)境耐受性非常好。在未來的高技術(shù)領(lǐng)域有望帶來產(chǎn)業(yè)上的變革。這種材料做出來之后具有非常好的抗沖擊性能,同時能夠具有隔熱、防火、隱身功能,過配方和結(jié)構(gòu)的設(shè)計,變成完美理想的材料。這種材料在未來的工程領(lǐng)域,包括生物醫(yī)學(xué)工程等方面,都具有重要的應(yīng)用前景。
南科大在光明區(qū)充分發(fā)揮其優(yōu)勢,助力光明科學(xué)城的創(chuàng)新發(fā)展,滿足深圳對一些高新技術(shù)和人才的需求,特別是高度重視自由電子激光和材料基因組等深圳基礎(chǔ)科學(xué)設(shè)施建設(shè),希望為研發(fā)人員提供良好的平臺條件,在最短的時間,采用最高效、最優(yōu)化的方式來研發(fā)新的材料。
我們建立了南方科技大學(xué)創(chuàng)新材料研究院,目標(biāo)也是緊緊圍繞光明區(qū)的產(chǎn)業(yè)和深圳對新材料方面的需求來進(jìn)行創(chuàng)新,推動這些新材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,并希望和企業(yè)家、投資者在科技創(chuàng)新方面進(jìn)行深度的合作。