为大国重器铸“盾”——记2023国家技术发明奖二等奖硅氧烷杂化聚合物功能涂层设计制备新技术及其应用

　　在近日召开的国家科学技术奖励大会上，复旦大学材料科学系教授武利民领衔的“硅氧烷杂化聚合物功能涂层设计制备新技术及其应用”获得2023年度国家技术发明奖二等奖。这也是武利民时隔14年，第二次摘得该奖项。

　　在第一次获奖基础上，武利民敏锐意识到高端装备的高性能、功能性聚合物涂层将是未来的“卡脖子”关键技术，于是将目光从民用转向工业，带领团队持续躬耕十余载。

　　面向国家重大工程重大装备需求，武利民团队避开国外的知识产权保护和技术壁垒，从基础研究做起，围绕树脂杂化、功能微球构筑等研发一系列具有自主知识产权的聚合物涂层，实现了从跟跑到领跑的跨越，为大国重器铸就“涂层之盾”。

　　上九天守护“天问一号”

　　聚合物涂层是许多行业和高新技术领域不可或缺的关键材料，其性能直接关系到产品的安全性、使用效能和寿命，对国民经济建设和国防安全至关重要。

　　我国2020年成功发射的首个火星探测器“天问一号”，在火星开展探测任务，其电源供应全靠3000块太阳能面板转化太阳能。一旦面板表面积尘，就会影响太阳能转化效率，导致电力供应不足。

　　针对遥不可及、复杂多变的火星环境，武利民团队为“天问一号”量身打造一款具有自清洁功能的聚合物除尘涂层，能够长期保持太阳能面板清洁、不沾灰尘，确保太阳能高效转化。

　　该涂层不仅可以自我清洁，还能自我修复。涂层的内部结构、微结构和拓扑结构“再生”至受损表面，使其恢复原始的表面特性和功能，就像人的皮肤受伤后可愈合一般。这便解决了探测器受火星岩石撞击导致表面受损的问题。

　　下五洋保卫大型舰船

　　尖端的聚合物涂层技术，要经得起各类极端考验。武利民的科研成果不仅能“上天”，也能“入海”。

　　军舰和远洋货轮在内的各种舰船，常常由于海水侵蚀和海洋生物污损而造成船体腐蚀、增重和航行阻力增加。大型舰船每隔两三年就需要返回维修厂进行维护，费用高达上亿元，且维修时间通常需要半年到一年。

　　然而，长期以来，国内聚合物涂层主要集中在中低端行业，高端领域都被欧美涂料企业所垄断，涉及大型水面舰涂层更是被国外禁运。即使是国外海洋涂层也仍然存在树脂分子链水解抛光速度不稳定、涂层间作用力弱、无自修复自清洁功能、性能难以满足要求等问题。

　　立足国家重大需求，武利民团队独辟蹊径，提出了硅氧烷杂化树脂成膜物分子设计和涂层表面微—纳结构创制的新思路，发明了一系列高性能海洋防污聚合物涂层、高性能防腐涂层，延长了舰船维护周期和使用寿命，性能达到并部分领先国外同类产品技术指标，提升了我国在聚合物功能涂层领域的国际地位和影响力。

　　转化成果服务美好生活

　　从昔日默默无闻的青年科研人员，到如今被国际同行评价为“世界上公认的从事聚合物智能涂层研究开发的领导者之一”，武利民在材料领域摸爬滚打近三十年。

　　起步阶段，科研条件差。武利民经常蹬着三轮车，把每周实验后的废弃物品运到废品仓库处理;等不及学校采购化学试剂，就挤上公交车自己去试剂公司购买。十年沉淀，厚积薄发。这一阶段，他的研究主要面向建筑、汽车等民用领域，为这两大产业的蓬勃发展提供了重要支撑。

　　2010年，武利民摘得2009年度国家技术发明奖二等奖后，开始向新的学术高峰进发。他与自己立下又一个“十年之约”——聚焦于高性能工业涂层的研究，致力于实现关键领域的自主创新。

　　这一阶段，武利民坚持“两条腿走路”。一方面做好应用基础研究。团队在国际著名期刊发表学术论文600多篇，获授权中国发明专利超过80项、美国专利3项、国际PCT专利6项，出版国际上第一本功能聚合物涂层英文专著。另一方面打通产学研合作。团队自2009年起就与国内外著名企业合作，相关技术成功进行了产业化，产品应用于多种型号舰船、远洋货轮以及“天问一号”等国家重大工程，为重大装备的高效使用提供了不可或缺的材料保障。

　　展望下一个十年，武利民团队还将在功能聚合物涂层领域继续突破，让更多成果走出实验室。

　　他们要为航天器开发更轻薄、性能更稳定的高性能涂层，如能够完全反射或吸收可见光的 “超白/超黑”涂层、导热涂层、传感涂层等，帮助航天器节能、减重、降低干扰以及实时监测变形等。

　　他们也要将此前的各项成果运用到更多民用领域中。如“天问一号”太阳能板的自清洁涂层技术，应用于汽车，可以让人们减少洗车频率;应用于飞机，可以防止机体外壳冬季结冰，减少除冰车使用频率;应用于手机，能防止指纹和油渍的堆积，保持屏幕清洁……