“‘最美科技工作者’不敢當(dāng)，但鎂是我一生追求。”得知自己入選2021上海“最美科技工作者”，中國工程院院士、上海交通大學(xué)教授丁文江打趣地說。
從阻燃鎂合金到主承力結(jié)構(gòu)鎂稀土合金，從輕量化結(jié)構(gòu)材料到各種功能性材料，鎂合金在交通運(yùn)輸、電子信息、航空航天、醫(yī)藥健康甚至農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，有了越來越多的應(yīng)用。在丁文江和團(tuán)隊(duì)的長期研究引導(dǎo)下，金屬鎂已經(jīng)擺脫了有形的軀殼，超脫成為充滿個(gè)性和魔力的神奇物質(zhì)。
“寓精于料，料要成材，材要成器，器要好用。”這是丁文江總結(jié)出的16字材料學(xué)科研思想。他認(rèn)為，材料學(xué)研究必須追求“有用”，基礎(chǔ)研究必須服務(wù)工程科研，再用科技成果轉(zhuǎn)化獲得的收益反哺基礎(chǔ)研究。
讓“中國鎂”領(lǐng)跑世界
高性能鎂合金是丁文江幾十年來研究的核心。他說，上世紀(jì)80年代走進(jìn)這一領(lǐng)域，是受到桑塔納轎車的影響。“轎車上面有兩個(gè)部件是鎂做的，那么輕，特性那么豐富，真的好新奇。”
輕量化幾乎是所有工業(yè)領(lǐng)域的追求目標(biāo)，火箭減輕1克的經(jīng)濟(jì)價(jià)值堪比1克黃金。鎂在實(shí)用金屬結(jié)構(gòu)材料中比重最小，僅為鋁的2/3、鋼的1/4。更難得的是，中國還是金屬鎂的大國，無論儲(chǔ)量還是產(chǎn)量，均占全球90%以上。
開發(fā)“中國鎂”勢在必行。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，丁文江發(fā)現(xiàn)，通過加入兩種重稀土，可讓鎂合金的燃點(diǎn)從520℃大幅提升至935℃，抗拉強(qiáng)度超過500兆帕。“開掛”的鎂合金實(shí)現(xiàn)了從非承力結(jié)構(gòu)件到主承力結(jié)構(gòu)件應(yīng)用的顛覆性跨越，可用來制造直升機(jī)機(jī)匣、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等。回想起當(dāng)初的研發(fā)經(jīng)歷，他感慨地說：“由于技術(shù)是國際首創(chuàng)，從爐體、材料到工藝，每一步都得自己慢慢趟過去。”
如今，中國鎂合金材料的身影已經(jīng)遍布航空航天、國防工業(yè)、能源、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域。
不斷開拓“鎂”的邊界
除了輕，鎂還能作為氫的固態(tài)存儲(chǔ)器。指著書架上小玻璃瓶里儲(chǔ)存的銀灰色“小藥片”，丁文江告訴筆者，這里面裝的是“循環(huán)儲(chǔ)氫鎂合金”，每一片都是滿滿的“能量”。原來，一個(gè)鎂原子可以帶兩個(gè)氫原子，丁文江團(tuán)隊(duì)開發(fā)的鎂基儲(chǔ)氫材料，可將氫以固態(tài)形式存儲(chǔ)，到一定的條件再讓它放出來。這一收一放，就是氫燃料電池。以無人機(jī)為例，以往無人機(jī)的飛行時(shí)間一次只有半小時(shí)，如今可延長至4到6小時(shí)，一口氣可以飛行300公里。
鎂氫結(jié)合材料是丁文江團(tuán)隊(duì)正在開拓應(yīng)用的一個(gè)全新領(lǐng)域。“你們女生都很關(guān)心美容吧，把鎂和氫結(jié)合起來，還能做成護(hù)膚品。”他說，只要把鎂氫“小藥片”融進(jìn)噴霧水里，就能得到一瓶透明美容水，因?yàn)闅淇梢赃x擇性中和有害自由基。氫鎂材料還可做成固體飲料，參與人體補(bǔ)鎂，因?yàn)殒V是我們?nèi)梭w必需的元素，很多因激素分泌困難而引發(fā)的疾病都與缺鎂有關(guān)。
據(jù)悉，上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心已于2018年6月啟動(dòng)運(yùn)行，重點(diǎn)研究氫能源、氫醫(yī)學(xué)和氫農(nóng)學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題。今年7月，上海市氫科學(xué)技術(shù)研究會(huì)成立，將為氫科學(xué)技術(shù)發(fā)展搭建平臺(tái)。
有用是材料研究的靈魂
丁文江常常教導(dǎo)學(xué)生，做材料必須要持之以恒，“深其一點(diǎn)，究其本質(zhì)”，而不是往“錢”看。他還說，“材料就是有用的物質(zhì)，有用是材料研究的靈魂”，身在高校從事基礎(chǔ)研究的他，把成果能不能轉(zhuǎn)化看得很重。
一次在和醫(yī)生的交流中，丁文江注意到許多骨折病人或是心臟病患者，肌體康復(fù)后體內(nèi)卻埋下金屬支架，許多人不得不忍受二次痛苦再經(jīng)手術(shù)將支架取出。他靈光一閃：鎂既可降解，又是人體所需有益元素，能不能讓鎂合金替代傳統(tǒng)的醫(yī)用金屬支架呢？于是，他馬上帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)著手研發(fā)新一代可控降解的醫(yī)用鎂合金，歷經(jīng)一年的攻關(guān)，終于開發(fā)出具有國際先進(jìn)水平的骨內(nèi)植物器械和心血管原型，目前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已獲得成功。鎂合金接骨骨釘產(chǎn)品已經(jīng)開展了16例人體臨床試驗(yàn)，全部獲得成功。
“我們要做有效的科研，而不是泡沫的科研，我們的研究需要緊緊扣著實(shí)際的需求和問題。”這是丁文江做科研的初心。在面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向人民生命健康的科研陣地，以鎂為追求的他還在不斷前行。