攻克這種材料 中國高技術纖維不再受制于人

“一定要在國際競爭標準制定中,發出中國的聲音?!边@場網絡國際研討會,是吳智深近期工作的一個縮影。去年下半年,響應南京市“兩落地、一融合”戰略,作為新型研發機構的南京智慧基礎設施技術研究院在軟件谷云密城落地,吳智深擔任院長,牽頭整個研究院的技術研發。研究院集聚了來自歐美日的頂級專家團隊。

作為南京市重點的新型創新載體之一,這種新型研發機構的創新體制機制要求技術人員不僅“投本領”,也要“投資金”,以增加與研究院的黏性,調動技術專家的積極性,提升創新成果轉化的效率以及服務市場的精準度,這種模式讓一直看重產學研用結合的吳智深感到大有可為。

從“建設期”轉變到“維護期”是吳智深對于當下城市基礎設施發展方向的判斷。南京長江大橋修繕項目安裝了對結構關鍵部位進行全面掃描、精準探測的區域分布光纖傳感系統,特別是在主體鋼筋、橋墩與橋體的連接處等關鍵部位,這樣就可以對大橋相關部位進行24小時全天候監測?!跋喈斢诮o大橋裝‘心電圖機和胃鏡’,通過光纖從微觀到宏觀信息的傳感,得出各種監測數據,再進行大數據分析。大橋病變和災變的早期‘癥狀’將被及時發現,安全性及使用壽命高度提升?!眳侵巧钫f,這背后應用的就是土木工程結構區域分布光纖傳感與健康監測關鍵技術,該技術項目曾獲國家科學技術獎技術發明二等獎。

“一大批的橋梁隧道、高鐵地鐵設施、樓宇高塔等大型城市基礎設施以及其他電力、海洋及航空基礎設施需要監測以及管養,如何利用信息化及智能化手段開展精準監測和預警,是當下重大工程維護的迫切需求,也是國際上技術競爭的課題,以及未來發展方向?!眳侵巧畲蛄藗€比喻,工程結構體內部有各類疑難雜癥,如心臟病、胃病,甚至癌癥。困難的是,這些重大工程結構物不能像人一樣集中到醫院去接受精密檢查,再者,各類疑難雜癥的早期病狀所反映的信息極其不明顯。為此,吳智深的團隊正著力把合適的精準傳感器件合理地裝備在結構體的關鍵部位,精確“感應”出關鍵部位的分布信息,并結合人工智能等新技術對結構進行全面解析或剖析及診斷,實現治病于末端。據悉,團隊開發成功的光纖或碳纖維區域分布傳感技術一專多能,可全面代替加速度、位移計、裂縫儀、腐蝕儀進行常規監測。

將工程結構智能化監測預警技術研發看作自己的幾個“副業”之一,而在采訪中,吳智深更加念念不忘的是自己的“主業”——高性能玄武巖纖維?!澳壳靶鋷r纖維技術研發及產業化在全球都還處在初級階段,一旦我們抓住戰略發展制高點,就可搶得先機,以高性能玄武巖纖維為突破口,使我國在高技術纖維領域不再受制于人?!彼f。

玄武巖纖維的綜合性能處于在工業上具有廣泛應用意義的碳纖維和玻璃纖維之中,具有承上啟下的地位。以碳纖維為代表的復合材料(CFRP)雖然在土建交通、汽車船舶、航天航空關鍵結構的加固和增強中得到較好應用,但在價格及材料韌性等方面的問題將是廣泛應用的瓶頸,而玻璃纖維雖然價格低,但蠕變疲勞、耐腐蝕性能較差,限制了其在重要結構中的應用。吳智深說,在此背景下,玄武巖纖維相對具有最高性價比優勢,并且我們在掌握核心制備技術等方面已在國際上處于并跑水平,還是一種無污染的“綠色工業原材料”,因而玄武巖纖維復合材料(BFRP)在交通基礎設施及汽車船舶等產業中將具有更廣闊的應用前景。

“為滿足土建交通重大基礎設施結構對性能和材料的需求,BFRP還需通過纖維和復合材料兩個層次進行不斷提升?!?吳智深說,纖維層次方面,目前已突破了穩定性、量產化、特色化和高端化等問題。復合材料層次方面,通過復合設計、基體增韌、微損傷控制等技術,形成了綜合基本力學性能高的BFRP制品,制定了相關的國家行業應用標準,可滿足各類重大基礎設施對性能和經濟性的綜合需求。

參與國際競爭,關鍵在于人才,高校又是培養人才的搖籃,吳智深認為,一流大學要培養具有全球視野、造福人類的領軍人才,要產生催化人類發展和生活變化的成果,產生能夠推進社會進步的思想。

采訪中,他多次強調:“一流大學必須注重各學科教師的創新能力和整體水平的提高,在雙一流評估方面要重視和鼓勵研究人員從事多學科研究,要重視學科之間的交流和創新?!?/span>

吳智深認為,選拔學生的機制非常重要,而這恰恰是當前比較缺乏的?!耙涣鞔髮W可能既需要選拔高考成績優異的學霸,也要大比例地選拔那些具有較好成績、但創新思考能力強的專才?!眳侵巧钐岬?,當下我們的培養體系及課程體系需要更新和創新?!氨热?,當下熱門的人工智能、智能制造、大腦科學等,這些領域創新發展不是哪個單一學科可以支撐的,今天的科技創新、產業創新越來越強調交叉融合,但現有的人才培養卻滯后于這一趨勢?!眳侵巧钫f,現在高校在專業設置上有兩種傾向,一是專業狹窄、領域單一,專業在課程體系上長期不變。還有一種傾向是,什么熱門培養什么,過于注重眼前、實用,培養出的人才缺乏長期持續創新的基礎能力。

吳智深建議,國家應當完善高校專業設置頂層設計,圍繞科技創新前沿領域,推動不同專業滲透融合,縱向上拓展“深度”,橫向上拉大“寬度”,對各類傳統專業學科進行智慧化改造,比如,將傳統的土木工程專業與信息智能、生態環境及經濟管理等學科進行整合,立足智慧城市、智能建造與運維管理等相關領域,培養具備創新思維的復合型人才。

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