中国科学报:华南理工:以重大科技前沿问题打造学科高地

 

中国科学报8月25日讯(记者朱汉斌 通讯员 华轩)科技兴则民族兴,科技强则国家强。“科技三会”吹响了把我国建设成世界科技强国的号角。穿行于64载风雨镌刻的时光隧道,以科教兴国为己任的华南理工大学(下称“华南理工”),始终着眼于国家和区域创新发展战略需求,始终着眼于重大科技前沿问题,在科技革命和产业变革中勇立潮头,扬帆致远,打造出一批高水平优势学科群,形成了若干具有国际影响力的学科高地,跻身为推动创新中国战略实施的生力军。

目前,华南理工有7个学科位居全国高校前10位,其中轻工技术与工程多年位居全国首位;化学、工程学、材料科学、农业科学、物理学、生物学与生物化学等6个学科领域进入ESI排名,其中工程学、材料科学和化学更是进入排名前千分之一,工科整体排名位居全球第48位。学科水平的不断提升推动着学校实现跨越式发展,在刚公布的2016年“软科世界大学学术排名”中,华南理工跻身世界大学300强行列,在国内上榜高校中位居第15位。

新材料研究直插前沿抢占制高点

始建于上世纪50年代的华南理工材料科学学科始终卓然而立,保持着独特的发展优势,橡胶、硅酸盐等传统材料在上世纪70年代就已经享誉全国。进入新世纪后,顺应材料产业发展大势,华南理工在加强传统材料创新的同时,更高起点、高投入、大手笔开辟新材料“战场”,高分子材料异军突起,迅速确立了在该领域的领先地位。

有机发光显示(AMOLED)是继LCD之后的新一代显示技术,由于严重缺少TFT技术,成为我国发展AMOLED显示技术的“短板”。

华南理工早在上世纪90年代末期就瞄准这一领域进行重点布局,从美国圣巴巴拉大学引进曹镛教授团队,在中国科学院院士曹镛的带领下,高分子材料与器件团队经过不懈努力开发出系列高性能氧化物半导体材料,并成功实现产业化推广,有力支持了我国新型TFT技术和柔性AMOLED显示的发展,推动我国显示技术从平板时代走向柔性时代。

20137月,全世界材料学科领域专家学者将目光聚焦在华南理工,中国第一个全彩色柔性AMOLED显示屏幕在这里诞生,实现了我国在该领域零的突破;20156月,华南理工材料学科对外发布了最新研发的超薄柔性AMOLED显示屏样机,并受邀参加第了51届国际信息显示大会(SID2015,美国圣何塞),这是当年唯一来自中国的参展作品,显著提高了我国新型显示技术影响力。

聚合物太阳电池的最新研究进展是华南理工材料学科的又一重大突破。去年2月,《自然光子学》刊发了华南理工教授吴宏滨研究团队与合作团队的科研论文《具有高效率和高光生电压的聚合物太阳电池》。该项研究成果实现了10%以上的能量转化效率,并使单结聚合物太阳电池的效率达到多晶硅太阳电池的水平,为聚合物太阳电池器件性能的进一步优化和新材料的设计合成提供了有价值的参考思路和方法。

在此之前,一项入选2012年度“中国科学十大进展”的研究成果,也是出自吴宏滨和曹镛研究组合作之手。该科研成果利用一种倒置结构实现了能量转换效率达到9.214%的聚合物太阳电池,刷新了同行评审的科学文献报道中单结聚合物异质结太阳电池能量转换效率的世界最好水平。

厚积薄发的卓越成就,源于高水平的科研队伍和平台。这支实力雄厚的科研队伍中,有2名中科院院士、1名工程院院士以及众多的长江学者、国家杰青。近年新建了发光材料与器件国家重点实验室、国家工程技术研究中心、高分子塑料光电材料研究学科创新引智基地等多个国家级平台,承担了包括3项“973”项目(首席科学家单位)在内的重大重点项目100余项,申请发明专利超过1000件,其中获授权专利超过600件。

从最初填补国内空白,到成为世界材料科学领域科技成果的源头创新基地、技术升级改造基地和国际高端人才的培养高地,华南理工材料学科实现了从蹒跚起步到登临顶峰的飞跃。而今,学科整体进入世界一流学科行列,部分领域进入国际领先水平,在国际同领域形成重要学术影响的战略规划,正成为现实。

今年5月,基本科学指标数据库(简称ESI)发布最新数据,华南理工材料科学成功跻身ESI全球排名前千分之一,标志着华南理工在这个领域已达到国际顶尖水平。

轻工学科树立标杆引领科技创新

在华南理工众多学科中,1952年建校伊始就设置的制糖工程、制浆造纸工程和发酵工程三个专业,可谓学校的“元老”。可就是这些“古老”的专业,在华南理工人矢志创新精神的巧手布局下,焕发新的生机,成为首批进入国家“211工程”及“985工程”建设行列的重点学科,在数次学科评估中整体实力排名位列全国高校第一。

我国造纸装备制造业起步晚、基础差、投入不足,国内的制浆造纸装备生产商与安德里兹、美卓、福伊特等国际巨头相比,在产品设计、系统集成、加工精度等方面存在很大的差距。我国目前约有12000台造纸机在运行,绝大部分纸机存在设备规格偏小、车速较低、自动化程度差及对工艺性能适应差等问题。因此,亟须在高速造纸机关键技术与装备方面寻求突破,打破高、精、尖纸机全部依赖进口的局面。

立足于国家重大需求,服务国民经济建设,一直是华南理工师生矢志不移的信念。多年来,中国工程院院士陈克复领衔的团队致力于制浆造纸关键技术的研究和装备国产化,在纸机湿部浆料流体动力学和中浓纸浆流体化理论研究、智能型稀释水调浓系统及控制技术以及靴式宽压区压榨技术等方面取得重要突破。建设了以制浆造纸工程国家重点实验室、造纸与污染控制国家工程研究中心为旗舰的一系列高水平科研教学平台和国际合作研究中心,锻炼了一支理论基础扎实、工程实践能力很强的队伍,形成了在国内外具有重要影响的学科方向。

依托这些高水平的创新平台,经过研发团队的共同努力,2012年,国产第一台高速(1200/秒以上)文化纸机诞生,实现了国产高速造纸机零的突破。该造纸机综合能耗减少20%,用水量降至20m3/t纸,主要技术指标达到国际同类装备先进水平,整体技术水平国内领先。该成果被列为2012年中国造纸行业十大要闻之一。

为满足我国国防军工、航天航空等领域的重大需求,突破超低浓多流道斜网成形工艺和装备瓶颈,华南理工轻工学科还成功开发出了芳纶纸、过滤材料、电池隔膜、摩擦材料等12个品种的高性能纸基功能材料。产品性能达到了国际同类产品的先进水平,打破了国外对相关产品的禁运和技术垄断,成为我国军工用纸基材料研制和供货的重要基地。另外,在造纸废水资源化利用、二次纤维的循环利用、制浆黑液资源化高效利用、植物资源的清洁高效分离与利用等方面都有突出的成果和推广应用,引领着我国轻工行业的发展和科技进步。

“整体迈向国际一流的学科行列”,这是华南理工轻工学科立下的目标。弹指之间,60多年过去。不忘初心的华南理工师生始终瞄准国家轻工行业的重大需求,立足学科的国际前沿,形成了显著学科特色和优势。在业内,华南理工建设的制浆造纸工程国家重点实验室、造纸与污染控制国家工程研究中心、制浆造纸工程学科创新引智基地,声名远扬,代表着我国在这个领域的最高科技水平。

生物医学工程学科正在成为多个研究领域的领跑者

华南理工自上世纪80年代初开展生物医学材料研究,是国内最早开展生物医学材料研究的单位之一。针对21世纪人类生命健康产业的重大战略需求,生物医学工程顺势而为,积极与学校材料学、材料加工工程、通信与信息系统等优势学科交叉融合,在生物医学材料、医学信息处理等多个领域抢占了制高点。

骨修复材料是修复骨缺损、重建骨组织功能的生物医用材料,临床需求量巨大。但是,国内临床用磷酸钙骨修复材料长期依赖进口,产品组成与结构与人体骨组织差异大,难以达到理想的骨修复效果。研究具有高生物活性新型骨修复材料,揭示组织修复机制,优化材料制备方法,是国内外面临的难题,也是生物医用材料领域的研究热点。

中国工程院院士王迎军团队在长期研究天然骨组织基础上,揭示了磷酸钙类矿物相在骨组织中生物矿化机制,发现其矿化过程受生物大分子构成的模板调控,由此发明了有限空间模板协同仿生矿化合成高生物活性类骨羟基磷灰石及磷酸钙的制备与调控技术,获得了结构、尺寸和形貌可控的类骨羟基磷灰石及磷酸钙类粉体,并实现批量制备。

2013年度国家科学技术奖励大会上,王迎军团队主持完成的成果“磷酸钙类生物活性陶瓷和骨修复体模板法仿生制备新技术及临床应用”获得国家技术发明奖二等奖。

华南理工生物医学工程学科通过产学研合作实现了系列产品规模化制备,并在国内外率先研发出增强型磷酸钙骨修复体,用于承重骨缺损修复及股骨头坏死症的不置换保头治疗,为骨外科疑难病症治疗提供了技术支撑。

相关技术经中山大学、上海交大、第四军医大学附属医院等400多家医院用于12万多病例的临床治疗,推荐为治疗骨缺损的理想生物活性陶瓷材料,特别对骨肿瘤刮除术后修复、股骨头缺血性坏死保头治疗和承重部位植骨融合等疑难病症疗效显著,目前销售总值累计接近2亿元。

华南理工的生物医学材料科研团队是国内最早开展生物活性硬组织修复材料研究的团队之一,前沿基础研究达到国际先进水平,在国际上首次提出组织修复材料的生物适配理念、揭示模板仿生类骨材料的基因激活机制,发明了生物医学材料的仿生功能化设计与制备技术、研发出具有生物应答特性的新型组织再生修复材料。

2009年,以华南理工为依托单位的国家人体组织功能重建工程技术研究中心获科技部批准建设。“新型生物医用材料及其组织修复创新”学科创新引智基地、先进功能材料国际化联合实验室、先进材料国际化示范学院等等,这些平台都有力地促进了该学科的建设和发展。同时,华南理工的生物医学工程学科呈现师资队伍结构合理,科研教学水平高特点。据统计,学科的专任教师中,有中国工程院院士1人、国家“973”首席科学家1人、国际生物医学材料科学与工程学会Fellow 2人、国家杰青1人等优秀人才,绝大部分拥有博士学位,80%以上的教师具有海外科研和学习经历。形成了以院士领衔、国家杰青和广东省杰青等青年杰出人才为骨干的高层次人才队伍。

华南理工生物医学工程在高层次人才队伍和高水平科研平台的支撑下,大批重要的研究成果喷薄而出,承担了包括国家“973”项目(首席科学家单位)、国家“863”项目等在内的40余项国家级科研项目,获授权国家发明专利50多件,大量科研成果得到有效转化,取得了显著效益。相信未来对于促进我国医疗产品国产化、提高国民健康水平、加快和谐社会建设进程,华南理工的生物医学工程将会作出更大贡献。