【揭秘云南省重点实验室】之十一——新材料要靠破旧立新创出来
“新材料的科学技术研究是一个永恒变化的课题。”云南省新材料制备与加工重点实验室主任易健宏说，新材料的研制和应用已成为21世纪最具发展潜力的领域之一。
新材料科学与应用技术数据显示：2010年，全球新材料市场规模超过4000亿美元；2017年，中国新材料产业总产值实现3.1万亿元的利润，在部分先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料等领域，中国实现了与国际先进水平“并跑”甚至“领跑”。
如果说，钢铁和水泥是传统材料产业的基础；那么，新材料就是发展战略性高新技术产业的基石。
随着科技的发展，新材料的应用领域与日俱增，除了广泛应用于航空航天等高技术的“高大上”领域，在文体用品、纺织机械、医疗器械、生物工程、建筑材料、化工机械、运输车辆等“接地气”的领域也被广泛应用，一大批来自中国本土的新材料研发行业正在崛起。
云南是矿产资源大省，素有“有色金属王国”之称。新材料的研究和发展对云南来说，将对发展云南省高新技术水平，改造和提升传统产业，实现经济可持续发展，为云南有色及稀贵金属等产业发展提供强有力的支持。
“没有扣子的衣服，再好也穿不了。”易健宏把新材料技术的研发和应用比作是衣服上的“纽扣”，云南有着一件资源丰富的“衣服”，必须配上至关重要的“扣子”。
为充分发挥这颗“扣子”的功能，云南省新材料制备与加工重点实验室近年来围绕稀贵金属材料基础理论研究，以有色金属材料先进复合制备与加工技术、新型光电功能材料两个方向为主线，开展了各类新型高性能稀贵及有色金属及化合物材料的制备技术研究，为云南的经济发展提供着源源不断的“智力支持”。
“稀土永磁材料表面极其简单，内在却蕴藏着无数的学科奥秘，穷尽一生的科学研究也不敢说是把它研究通透了。”易健宏认为，做新材料研究也像是在研究人体细胞，是一个不断筛选的过程。“人体细胞有好有坏，材料分子也是。不是每一个材料分子的项结构都是稳定的，我们在做的仅是选取需要的结构，研究它、控制它，为我所用。”
“现有的硅基太阳能电池只能吸收可见光区域的一部分太阳光，而对于太阳光当中的近红外和紫外光是利用不到的。”怎样有效地利用这部分光子？
2015年，结合云南的实际，围绕省政府材料产业发展目标，实验室开展了关于稀土发光与新能源材料以及绿色农业方面的研究，大力推进与绿色产业发展密切相关的新材料开发与应用。
进驻在重点实验室的光电功能材料团队提出了依据稀土发光材料的上转换和量子剪裁发光现象，“在太阳能电池的表面与基底上增加适当的光谱调制发光层，对太阳光谱中能量的分布进行调制，使不能直接利用或者被热能损失浪费的能量得到充分应用，从而在调制太阳能光谱以增强太阳能电池光电转换效率方面展现出巨大的应用潜力。”
一波接一波的实验成果涌现，一个又一个的材料科研也在继续……
“万物生长靠太阳，植物更是如此。但各种植物在生长过程中所需要的光的波长是不一样的。”光电功能材料团队针对云南的特种经济作物，特别是花卉、三七等植物对光的反应进行了充分研究。
近年，瞄准省政府提出的“三张牌”战略发展方向，实验室团队利用一种叫长余辉的材料对植物进行补光，率先将具有低维结构的长余辉发光材料与LED发光芯片结合起来，创造性地解决了植物日间、夜间不同补光需求的难题，经过补光以后，花卉的花期延长，花苞数量及大小大幅增加，不仅大大降低了产业成本，还产生了很好市场效果。
截至目前，实验室已充分利用新材料作为光肥介质助力云南特色花卉、中草药等产业科技化进程，推动云南绿色农业的全面发展。
“粉末冶金是一门既古老又现代的材料新技术。”易健宏说，它是一门制取金属、非金属和化合物粉末及其材料的高新科学技术，它能满足高新技术领域各种特殊环境中使用的特殊材料的要求。
目前，实验室在材料基因组、稀贵金属方面，结合云南现有的锡金属资源开展了一系列以高通量计算技术来研究新材料制备效能的提升，并运用粉末冶金技术在进行零维、二维、三维的材料高通量制备的研究工作。
“不断开发高性能材料，使云南省的资源优势变为产业优势。”易健宏介绍，目前实验室正朝着高端的锡基焊料研究方向开展探究。“以纳米锡粉合成为基础，开创纳米级的锡粉焊料，研制0.1微米以下的粉末，使锡粉焊料的铺展性提到提升。”
“以前的锡粉分子均是微米级的，开创纳米级的锡基焊料成为实验室的新创项目之一。”易健宏说，材料的制作越精细，技术难度也就越大。那么精细的粉末怎么制作？怎么收集？怎么解决它的团聚与分散？“目前，已经成功攻破了制作与收集的难题，正在着力进行技术攻克的是粉末与有机溶剂的分散和团聚难题。”
易健宏谈到：“控制粉末分子生长的速度和时间，其实是一个掌控分子温度的过程。”同一种材料，温度越高，粉末分子长大的能力就越大。怎么掌控一个合适的温度，让分子的生长具有稳定的温度区间？目前，针对锡基焊料的分子研究，实验室发现“球形”的分子能使该种粉末具有更好的稳定性和铺展性。
“科学研究是一个其路漫漫的过程。”仅是一个“球形”分子结构的研发就花费了实验室研究团队3年的研发时间。“成千上万次的观测、检测、实验，运用温度控制其分子介质比热，在其冷却过程中充分高效的收缩体积的过程也是反复进行了无数次。最终确定锡基焊料的球形分子结构具有最好的稳定性，并能在其材料运用中发挥它的高性能和附着性能。”目前，该项技术还处于进一步的完善研发过程中。
“材料科学是没有边界的学科，它永远有提升的空间，它永远给予科学家纷至沓来的挑战，并激发他们源源的科学热情。”
易健宏说，岁月不老，科研奋斗事业就不息。材料学研究不仅要在基础研究方面紧跟国际学术前沿，围绕国民经济发展和国防建设重大需求开展前沿性基础研究；还要将科研成果转化为产品，在科研成果产业化方面扎的深，做的好。
云南是有色资源王国，铅、锌、锡及磷矿的保有资源储量在全国具有绝对优势，有色金属资源储量也位于全国前列。
“然而，云南面临的问题是如何把资源优势转化为产业优势？”易健宏说，这种转化要依靠技术、依靠创新和依靠人才。近年来，实验室在新材料研究方面培养了一批人才，组建了一支研究队伍，凝练出一些研发项目。
未来三年，重点实验室将进一步调整、整合现有学科资源和科研力量，加强学科间的融合与交叉，加强校内学科基地、重点实验室与国内外著名大学、科研机构和大型企业集团的联合，形成具有研究特色鲜明、科研竞争实力雄厚的实验基地，通过不断提高重点实验室的科学研究和科技创新整体水平，增强服务地方经济社会发展的能力。
与科学家聊一聊
“至傻方入境，平淡本为真”这是易健宏时常用来勉励学生，也是用来勉励自己的话语。“科学研究要做就做到痴迷的程度，方能进入真正的学有所用的境界；而做人，要做平淡谦和的人，与人相处。”易健宏这么说，也身体力行一直这么做。
从事材料学研究37年，易健宏仍然对材料科学研究抱有极大的热情。最初的科学启蒙是在初二的物理课上，一题“求水下冰山体积”的练习题让他对未知的科学世界充满了好奇，激发了对科学的兴趣。
“用已知的探索未知的，这就是材料科学如今正在做的事情。”易健宏说，做科研，用最平凡的话语总结起来就是三个阶段：兴奋万分、痛苦万分、幸福万分，这是一个从理想到实践，再从实践到取得成果的过程。这个过程可能是三年，可能是十年，也可能是30年才能完成。“做科研最关键的是要有兴趣，有了兴趣才能坚持下去。”
干一行爱一行，干一行精一行，易健宏身上还留有当初投身材料学科研究在实验留下来的高温溅伤带来的“印记”。但正如他自己所说：“材料科学这门学科没有边界、没有终点，我也已经做好准备，让往后的科研岁月‘深陷’其中，既仰望星空，又脚踏实地。
【实验室名片】
云南省新材料制备与加工重点实验室1999年3月经云南省政府批准，依托昆明理工大学建设而成。实验室的研究方向主要以材料先进复合制备与加工技术和材料微观设计与成型虚拟仿真为主要研究方向，重点开展金属材料制备、功能薄膜制备、光电薄膜的Sol-Gel技术、超细微粉固化致密和材料先进加工技术，以及材料微观设计理论、计算机模拟表征与动力学模拟，净型成形加工过程虚拟仿真的应用研究。
目前，实验室已在金属材料及加工等领域取得了丰硕的研究成果，成果产业化也受到了国内外有关企业、研究院校的高度评价和广泛关注，成为云南省新材料制备与加工的科技开发、研究、人才培养和国内外新材料科技合作与交流的中心。
重点实验室目前的在研项目共有14项；十余个课题组进住重点实验室，其中有国家863计划项目、国家科技攻关、云南省科技攻关、省基金等18个项目。主要任务是根据国家和云南省的科技发展方针，围绕国家及地方的发展战略目标，针对学科发展前沿和国民经济、社会发展及国家安全的重大科技问题，开展创新性研究。