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智造河南“青”力相助丨探索前沿精微世界 用“小纳米”助推材料“大产业”

信息来源:大河网     责任编辑:赵芳芳    初审:杨刚要    终审:王军胜    发布时间:2023-09-28

编者按:近日,河南省人民政府印发《河南省建设制造强省三年行动计划(2023—2025年)》,提出要深入贯彻人才强省战略,加强数据、设计、基金、高技能人才同步引育,到2025年,基本形成重点产业链高端人才和创新团队全覆盖。为此,大河网联合共青团河南省委推出《智造河南“青”力相助》系列策划,聚焦那些向“智”造梦想全力奔跑的青年科技人才、高技能人才,讲述他们执着攻关高精尖技术、连接社会所需的模范故事。

 提起智能手机散热能力和充电速度时,一定能听到“石墨烯”三个字。由于具有比贵金属银更强的散热和导电功能,石墨烯正成为半导体、电子信息及5G通信等高端制造业领域炙手可热的“角逐点”。

但,了解石墨烯是一种二维碳纳米材料并熟悉纳米技术应用的人可能就没有那么多了。

黄河科技学院纳米功能材料研究所副所长张守仁

近日,第六届中国·河南招才引智创新发展大会先进材料与智能制造论坛在郑州举行。在河南这片创新创业的热土上,怎样才能更好发挥材料科学的作用呢?为此,记者采访了黄河科技学院纳米功能材料研究所副所长张守仁。

用“小纳米”助推材料“大产业”

步入研究所所在的大楼,宽敞整洁的大厅深处别有洞天——各式各样的科研仪器陈列在两旁,身穿白大褂的科研人员穿梭往来,比一般实验楼更能承重更宽敞的电梯引起了记者的注意。

在计算机和设备前进行日常工作

“研究所进行的主要科研项目中,大多与纳米器件及纳米材料有关。”张守仁介绍道,纳米是非常小的长度单位,只有十亿分之一米,相当于人类头发丝直径的万分之一。但,做研究所接触的设备往往都是大型设备。

一个长度单位为何能成为一门学问?张守仁解释道,“当材料尺寸小到纳米量级时,其物理化学性能会发生重大改变,也就是纳米尺寸效应。比如纳米颗粒的熔点可远低于块状金属,可为粉末冶金工业提供新工艺。

“目前,在纳米科技的基础研究和应用基础研究领域,中国是全球最活跃也是最有影响力的国家之一。”自2009年参加工作开始,张守仁一直从事纳米材料的控制合成与组装、新制备方法的设计和性能研究,为设计新型光学纳米材料、生物医学材料等应用探索提供科学依据和技术支撑。14年来,张守仁见证着纳米技术正在改变我们的生活,“纳米材料与技术在衣食住行中的作用已愈发明显,在生物医学、能源动力、电子器件和航空航天等领域发挥着越来越重要的作用”。

“我们团队聚集了一批来自化学、物理、材料等领域的国内外优秀中青年学者,目前正在研发的纳米磁性材料,对其表面进行修饰可以使其具有特定的功能,通过外加磁场实现吸附分离,可以应用在生物医药和水处理等领域。”在微观尺度下,张守仁看到了一个新的物质世界。

向着“碳中和”目标抢滩纳米材料前沿

专门开设纳米材料与技术专业的高校并不多,黄河科技学院是其中之一。在纳米功能材料研究所的实验楼大厅,展板上写着:“自主创新是我们攀登世界科技高峰的必由之路”。这句话其实正是张守仁教学和科研生涯的写照。

《河南省建设制造强省三年行动计划》提出,在前沿新材料等未来产业,强化关键技术储备与攻坚。张守仁对此深有感触,“作为省级重点实验室,探索功能性纳米及复合材料在生物医药、新能源领域的应用,并为河南省新材料相关产业提供检测技术服务是我们团队过去、现在和未来都在坚持的。”

最近,张守仁正带领着团队围绕“碳中和”课题,开展新型二维材料和新型光催化剂的研究。“主要是用于二氧化碳的捕获和转化,着力于将多余的二氧化碳转化为可利用的低碳燃料或化工原料。”

“比起发现可利用的功能材料,增强它的稳定性和重复性更加具有挑战性。”凭着对科研的执着,张守仁团队经常连续十几个小时泡在实验室,有时吃饭也不忘讨论学术,他常说,把解决实际问题的技术拿出来才是真才实干。

用科普为青少年种下纳米科技梦

常年忙着研究所工作的张守仁,依然坚持为本科生讲课。“主要是给他们讲一讲纳米材料的发展前沿和应用前景,希望通过项目化教学,培养学生创新能力和实践能力。”张守仁认为,看着学生成长成才是他奋斗的目标之一。

其实,鼓励学生与纳米材料研究事业为伴的张守仁还有另一个身份——河南省首席科普专家。

对中小学生进行科普

“小学四年级有一篇课文叫作《纳米技术就在我们身边》,把微观世界里的奥秘和乐趣告诉了我们的孩子。”2017年开始,张守仁开始系统化地定期开展科普工作,带着青少年们探索前沿科技的精微世界,“希望通过让青少年与科学前沿亲密接触的这种形式传承和弘扬科学精神,激发青少年科学兴趣,培育未来科技后备人才。”

“纳米材料研究与其它学科相互渗透交叉,可以形成许多新的学科或学科群,这个领域的发展将对经济建设、国防实力、科技发展产生一定程度的影响。”谈及未来,张守仁信心满满,“让纳米材料创造更多社会价值,我会继续努力下去。”