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神舟十七號載人飛船最快本周就將踏上征途。在空間站建成并順利運行之后,中國載人航天已經確立了新的目標——在2030年前實現載人登月,后續還將探索建造月球科研試驗站。
圍繞這一新的飛天夢想,東華大學纖維材料改性國家重點實驗室也有了新目標,要全力攻克月球環境下的月壤纖維成型難題,為后續就地取材建設月球基地做準備。今天的《揭秘創新之源——走進上海的實驗室》系列報道,帶您看看纖維材料是如何從實驗室走進千行百業。
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成艷華:我們不太可能從地球帶很多物資上去(月球)建房子,那樣成本太高了。在月球上的基地,肯定是用原位的資源來建設。
東華大學纖維材料改性國家重點實驗室成艷華教授正在為新建的“地外纖維實驗室”忙碌著,她告訴記者,玄武巖在月球表面廣泛存在,百分之一含量的玄武巖纖維就可以讓混凝土的性能極大增強。
和成艷華一起工作的還有東華大學材料學院汪慶衛教授,他們想如果能將月球玄武巖轉化為高性能纖維,就能在登月后實現“就地取材”,以月壤為原材料,建設月球基地。
汪慶衛:土壤如果沒有纖維的話它會脫落,沒有堆積強度,不抗風沙。月球上有地震,稍微一震就塌了。纖維的話就起了一個筋骨的作用,類似于鋼筋一樣。

今年9月,由嫦娥五號萬里迢迢帶回的月壤中,有250多毫克來到東華大學“地外纖維實驗室”。
汪慶衛介紹,為了模擬月球環境,研究人員將在無氧氣,微重力、低氣壓的條件下開展實驗。
汪慶衛:我的目標是在1500度把月壤變成高溫的熔體,通過各種設備把它牽引成像頭發絲一樣細的纖維。但是地球上的玄武巖和月球上的還是有區別的,月球年輕,它的整個火山活動跟地球不一樣。月球經過外星球的撞擊,(月壤)很多成分(和地壤)還是有較大的區別。
月壤化“纖”的研究需要不同學科的共同攻關。成艷華說,作為國家重點實驗室的一部分,“地外纖維實驗室”的設立不僅為月壤的研究提供條件,更是構建了一個學術平臺。緊跟我國深空探測的規劃,他們還把目光投向了火星。
成艷華:我們圍繞地外纖維這樣一個主題,近兩年是圍繞月壤,可能未來的話會圍繞火壤。下一步希望能把我們這個實驗在空間上進行實踐,再往下可能是真正在月球上去搭。

給混凝土強壯筋骨,為導彈穿衣、為“天宮”編翅,纖維材料的突破推動著諸多科技領域的重構與產業體系的升級。纖維材料制造出的產品往往重量更輕、能耗更少、機械壽命也更長。
東華大學纖維材料改性國家重點實驗室余木火教授幾十年如一日,就是要把高性能纖維和復合材料帶入更多的產業。
余木火:碳纖維、芳綸這樣的高性能纖維要推進,主要的問題在哪?一句話:太貴!背后實際上是可以用技術來解決的,制造效率提高了,制造技術改進了,規模擴大了,它(的價格)自然就下來。我們這個團隊二十幾年就一直做這么一件事。
現在,余木火團隊已經有七個項目從實驗室走進車間。一個制作風力發電機主梁部件的企業在改進工藝后極大減少了次品率,年生產量從2萬噸漲到了13.5萬噸。他說,復合材料沒有半成品再加工的過程,需要研究人員對產品更加熟悉。
余木火:我經常說一句話,你不懂汽車,研發不出碳纖維汽車零部件。汽車行業人他不熟悉碳纖維,他不敢親自用這個零部件,所以需要學科交叉。具體應用到做杯子還是做手機,要專業的團隊長期做,把它做到最好,世界上最好。

自1992年成立以來,依托東華大學建設的纖維材料改性國家重點實驗室填補了新中國纖維材料產業的許多空白,實驗室主任朱美芳院士介紹,這里發展出了第一條千噸級T700級聚丙烯腈基碳纖維生產線、第一條千噸級聚酰亞胺纖維生產線……目標就是成為纖維材料領域最具影響力的高科技平臺。
朱美芳:我們聚焦解決纖維材料領域的重大科學問題和纖維產業發展中存在的痛點、難點,我們就是要建設全球纖維材料領域最具知名度和影響力的高科技平臺,打造科學研究、學術交流與人才匯聚中心。

加快建設具有全球影響力的科技創新中心,上海重大原創科技成果不斷涌現。圍繞“國家急需、世界一流”,上海高校是創新驅動的重要策源地。今天起,本臺《揭秘創新之源——走進上海的實驗室》融媒體新聞行動推出第二季報道,聚焦上海各所高校具有硬核實力、創新動力、發展潛力的實驗室,展現高校科技創新的蓬勃動力。
文章來源:仙桃市非織造布產業協會