2021年07月12日

千变万化一根丝

——探访武汉纺织大学王栋教授团队的科研转化之路

湖北日报全媒记者 张歆 通讯员 郑婷


一块布可以有什么用途?在武汉纺织大学教授王栋的眼里,如果组成这块布的纤维足够细,那么它既可以是耐热防火的消防制服,也可以是抗菌杀菌的防护材料,还可以是感知病人身体状况的传感器、制作精密仪器所需要的过滤部件。

6月中旬,湖北日报全媒记者采访武汉纺织大学基于纤维材料的交叉学科研究团队,十多个科研展板上详细罗列了科研成果和主要应用,涉及纺织、生物医药、微电子等多个行业领域,团队负责人王栋无不自豪:“很多应用领域都有纤维材料的身影,它就是这么千变万化!”

实验室里发现纳米纤维之美

纺织材料柔软,有弹性,当直径达到纳米级时,暴露出来的面积就大,表面有用的物质就可以最大程度地发挥作用。然而,越细小的纤维也越脆弱,纤维本身的性质也越容易被破坏,纳米纤维并不易得。

2005年,王栋正在国外攻读纤维与高分子科学博士,做实验时,偶然看到一种纤维纺制出来后,颜色异乎寻常,进一步研究后,他意识到这可以发展为一种制作纳米纤维的方法——多相熔融共混相分离成纤。

“如果调控水和油的比例和混合力,使得油在水中变成一根细长的线状,冷却之后去掉水,就能获得一‘根’油。”王栋打比方道,根据这种方法,涤纶、尼龙等市面上常见的纺织材料可以制作成纳米纤维,这种技术在纺织行业并不常见,理论上有很好的应用前景。

12年的科研转化路

2010年,王栋回国,在武汉纺织大学任教,一位企业家投资合作建设生产线,尝试用王栋的方法,将纺织材料制作成纳米纤维,再将纳米纤维功能化,在不同行业中作为精密过滤材料使用,王栋在实验室里的发现开始走向产业化。

“只要有一个纤维孔隙大于100纳米,整面墙大小的过滤膜就可能废掉。”王栋回忆,在生产线搭建期间,他和团队成员几乎成天泡在工厂里,盯着生产线的环节找差错,好不容易把产品均质化的问题解决了,买家却依然没有着落。

最开始,团队将目标买家定位在家用净水器行业,王栋去广州拜访企业,却发现与家用净水器中过滤膜的要求契合度并不高,花费苦心生产的纳米纤维过滤膜并不被看好。在从广州回武汉的高铁上,王栋不禁感到沮丧:累计投入近千万元,科技含量这么高的产品,居然没人要?很快,他又振奋精神,开始大量地查找资料,在生物医药行业和电子行业中发现机会。

原来,药品和电子产品的生产需要高性能的精密过滤材料来获得无菌药液、高纯度药物、水和化学品等,以手机的电路板为例,如果冲洗电路板的水中含离子,会导致线路异常。这类产品生产线的过滤膜几乎都依赖进口,价格高昂。王栋和团队研发的纳米纤维精密过滤材料,价格不到进口产品的三分之一,性能完全可以达到甚至优于国外同类产品,正好卡在行业需求的档口上,预测市场容量达50亿元人民币。

2017年,年产500万平方米的高性能纳米纤维精密过滤材料生产线终于落成,从实验室的科学发现到产品真正应用到市场上,时间过去了12年。

科研和市场的“双向奔赴”

拿着技术找市场的科研转化之路异常漫长,但这份经历也给王栋提供了一个可靠的科研思路——以纤维材料微纳米化、功能化、高性能化为科研目标,切近各行各业中的痛点,用纤维相关技术手段去满足需求。

在这样的科研思路下,王栋团队的科研应用产品越来越丰富,转化效率也大大提升,和中国石化、日本大金等企业形成了良好的互动。还有企业不以具体的科研目标为前提,每年固定给王栋团队数百万元的科研资金,企业和科研团队的互信程度可见一斑。

“实验室里的科研不一定要即刻‘有用’。”王栋总结道,高科技含量的科研应用产品和基础科研的突破分不开,没有16年前在实验室里那根颜色异乎寻常的纤维以及此后基于科研兴趣的探索发现,也不会有今天有着巨大市场需求的精密过滤产品。

电子显微镜下,记者看到了过滤膜的内部结构,一根根纳米纤维无序交错,王栋介绍起了自己的新兴趣:“纳米纤维有序排列后,过滤效率会不会提升呢?我们要试试新的排列情况!”

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