聚焦國家發(fā)展，為企業(yè)邁上新臺階提供“智技”支持

近日，中國國際大學(xué)生創(chuàng)新大賽2024全國總決賽在上海交通大學(xué)舉行。西安理工大學(xué)以全國金獎2項、銀獎6項創(chuàng)開賽以來該校最好成績，獲獎位列全省高校第五，省屬高校第一。

由西安理工大學(xué)材料學(xué)院湯玉斐教授指導(dǎo)、材料學(xué)院博士研究生鄭婉星作為負(fù)責(zé)人完成的“新型鋁合金電纜屏蔽帶防腐導(dǎo)電一體化解決策略需求”項目獲產(chǎn)業(yè)命題賽道金獎，為西安理工大學(xué)實現(xiàn)在該賽道首金的新突破。

聚焦產(chǎn)業(yè)需求 開展技術(shù)攻關(guān)

此次大賽特別設(shè)置的產(chǎn)業(yè)命題賽道面向產(chǎn)業(yè)代表性企業(yè)、行業(yè)龍頭企業(yè)、專精特新企業(yè)等征集命題，由2000多家企業(yè)提出了4500多個命題，供參賽團(tuán)隊揭榜答題。參賽團(tuán)隊針對命題，聯(lián)系企業(yè)對接需求，解決企業(yè)面臨問題。

鄭婉星所參與的揭榜答題項目源自武漢的一家電力企業(yè)，該項目聚焦于應(yīng)對電纜服役環(huán)境中金屬屏蔽帶頻繁遭遇的腐蝕挑戰(zhàn)。該企業(yè)對新型金屬屏蔽帶提出四個核心要求，旨在全面提升其在復(fù)雜應(yīng)用場景下的性能表現(xiàn)：首先，金屬屏蔽帶能夠在弱酸、鹽水、潮濕及微生物等特殊環(huán)境中保持穩(wěn)定，有效抵御腐蝕侵蝕。其次，針對金屬屏蔽帶導(dǎo)電與耐蝕性往往難以兼顧的問題，新型金屬屏蔽帶須實現(xiàn)導(dǎo)電性能與耐蝕性的平衡，其電導(dǎo)率須高于57.5%IACS（20℃），滿足電纜接地需求和短路時的熱穩(wěn)定性要求，從而確保電力傳輸?shù)陌踩c高效。再者，該屏蔽帶須具備良好的柔韌性和適應(yīng)性，其抗拉強(qiáng)度須達(dá)到160MPa以上，伸長率超過15%，以滿足電纜在大規(guī)模繞包、敷設(shè)時彎曲半徑、運(yùn)行時熱脹冷縮的要求，確保電纜結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。同時，考慮到成本效益，新材料的生產(chǎn)成本須在保證生產(chǎn)運(yùn)行要求的前提下，相比原有銅材降低50%以上，為電力行業(yè)帶來更為經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的解決方案。

電力電纜廣泛應(yīng)用于我們生產(chǎn)生活的方方面面，其中繞包的金屬屏蔽層是保障電力安全運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵部位，但目前屏蔽層大多使用銅金屬屏蔽，腐蝕嚴(yán)重，壽命有限，難以滿足我國電纜復(fù)雜的敷設(shè)和服役條件。

當(dāng)前，為了維護(hù)國家銅資源安全，我國正在大力推進(jìn)“以鋁節(jié)銅”戰(zhàn)略。在這個背景下，湯玉斐教授帶領(lǐng)科研團(tuán)隊歷經(jīng)8年技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)在鋁合金帶材表面原位定向成膜技術(shù)，實現(xiàn)了耐蝕性和導(dǎo)電性的同步提升，為電纜的金屬屏蔽層的綜合性提升奠定了重要基礎(chǔ)。

“原位定向成膜技術(shù)是研發(fā)過程中最難去實現(xiàn)的，因為我們要去解決屏蔽帶的耐蝕和導(dǎo)電性互斥的關(guān)系，這對于金屬來說本身難度就很大。”鄭婉星告訴記者，“我們發(fā)現(xiàn)在鋁合金帶材的表面生成一層致密的納米膜，或許可以解決這個問題。但在研發(fā)過程中我們發(fā)現(xiàn)，僅生成一層納米膜，只能提高其耐蝕性，而對于屏蔽帶本身要求的導(dǎo)電性，還是沒有辦法滿足，所以我們又通過控制納米膜層的微觀結(jié)構(gòu)去提高它的導(dǎo)電。”

團(tuán)隊受拉鏈結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，通過超聲高能作用和納米膜層的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在鋁合金屏蔽帶搭接處實現(xiàn)了納米拉鏈結(jié)構(gòu)，解決了屏蔽帶連接質(zhì)量不高的問題，打通鋁合金帶大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的最后一公里。新研發(fā)的納米膜復(fù)合鋁合金屏蔽帶，綠色環(huán)保安全性能高，且密度低，成本低，一公里鋁合金用量僅需原來銅屏蔽帶用量的1/3，具有廣闊前景。據(jù)估算，納米膜復(fù)合鋁合金屏蔽帶與銅屏蔽帶相比，能節(jié)約60%以上成本。在中低壓電纜毛利潤只有5%以下的現(xiàn)狀中，給電纜生產(chǎn)廠家爭取到一定的利潤空間。

企業(yè)出題，高校團(tuán)隊作答。目前湯玉斐教授團(tuán)隊已經(jīng)與國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司、溫州安能科技有限公司等企業(yè)達(dá)成了初步合作協(xié)議，在中試后建立生產(chǎn)線并開始投產(chǎn)?！跋乱徊轿覀儠诂F(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高它的抗氧化性和導(dǎo)電性。我們希望未來可以除了在金屬屏蔽層外，在電纜表面的鎧裝、銅絲屏蔽帶以及相關(guān)鋁制品的表面都可以進(jìn)行該涂層的制備，來提高它的綜合性能，也希望能夠在海纜等新興領(lǐng)域有優(yōu)異表現(xiàn)?！?/p>

推動產(chǎn)教融合 協(xié)同育人發(fā)展

“未來，等生產(chǎn)線逐漸成熟后，我打算把‘迷你版’的生產(chǎn)線‘搬’進(jìn)學(xué)校實驗室，為我們博碩士研究生提供最貼近產(chǎn)業(yè)的實驗設(shè)備，也可以為本科生畢業(yè)設(shè)計及實習(xí)實訓(xùn)帶來幫助，實現(xiàn)產(chǎn)教融合。”湯玉斐介紹說。

如何將高校創(chuàng)新教育與破解產(chǎn)業(yè)實際問題緊密結(jié)合？4年前，時任材料學(xué)院副院長的湯玉斐就一直在思考這個問題：“如何用學(xué)術(shù)創(chuàng)新破解產(chǎn)業(yè)難題？同時能夠提高研究生學(xué)術(shù)創(chuàng)新能力？”湯玉斐認(rèn)為，提升研究生學(xué)術(shù)能力，關(guān)鍵要在提升研究生創(chuàng)新能力方面下足力氣，要持續(xù)加強(qiáng)與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)力度，才能培養(yǎng)出更多能夠適應(yīng)社會發(fā)展的優(yōu)秀人才。

他是這樣說的，也是這樣做的。作為第一導(dǎo)師，湯玉斐教授已指導(dǎo)7屆研究生。由課題組研究生組成的玄甲新材碩博黨支部，以研究生創(chuàng)新能力提升與成長成才需求為導(dǎo)向，學(xué)生黨員作為主體深入企業(yè)進(jìn)行溝通對接，參與技術(shù)難題研發(fā)，成為連接校企之間、導(dǎo)師與企業(yè)技術(shù)人員之間、研究課題與生產(chǎn)實際難題之間的有效橋梁，形成了具有“玄甲”特色的黨支部文化，該支部于2024年獲評第四批全國黨建工作樣板支部，黨支部書記梁倩同年也入選第三批全國百名研究生黨員標(biāo)兵。湯玉斐教授指導(dǎo)的學(xué)生不僅能夠為企業(yè)解決技術(shù)難題，還能夠發(fā)現(xiàn)其背后的科學(xué)問題，發(fā)表高水平論文并申請知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。近三年他指導(dǎo)研究生發(fā)表高水平論文40余篇，申請發(fā)明專利20余件，指導(dǎo)的研究生連續(xù)三年獲得陜西省研究生創(chuàng)新成果展獎勵（一等獎2項，二等獎2項）。

其中，在今年5月，由湯玉斐教授指導(dǎo)，鄭婉星作為論文第一作者撰寫的“Resonance of KNbO3 nanofibers is effectively stimulated by ultrasound with low frequency and low power to enhance piezocatalytic activity.”發(fā)表在英國皇家化學(xué)學(xué)會期刊《Journal of Materials Chemistry A》上，團(tuán)隊也是在解決環(huán)境防護(hù)領(lǐng)域高能耗的難題時，發(fā)現(xiàn)并引入共振增幅原理開展研究，為在低頻超聲激活壓電催化實現(xiàn)高效降解提供了新的途徑，在節(jié)水處理中具有實際意義。

創(chuàng)新課堂形式 玩轉(zhuǎn)“花樣”課堂

指導(dǎo)博碩士研究生，湯玉斐致力于培養(yǎng)他們的學(xué)術(shù)創(chuàng)新能力和破解產(chǎn)業(yè)難題的能力；教授本科生，他同樣注重培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力，助力他們塑造正確的價值觀與人生觀。

課堂是師生之間互動交流最直接、最頻繁的主陣地之一，面對個性鮮明、特點多樣的大學(xué)生，如何在課堂上吸引他們的注意力、提升他們的課堂參與度，成了湯玉斐最關(guān)心的問題。

上學(xué)期，他主講的專業(yè)選修課《陶瓷材料學(xué)》結(jié)課時，湯玉斐以陶瓷喻人，緊密結(jié)合課堂知識為全班每一名學(xué)生送上了一份專屬禮物——他親手寫下的“陶瓷語”?！袄钆韧瑢W(xué)如同耐磨陶瓷一般，具有堅固的內(nèi)心和抗挫折的意志力，在面對困難時保持積極態(tài)度和奮斗精神；望張瑩亮同學(xué)如同裝甲陶瓷一般，擁有堅不可摧的意志，克服一切困難，追求自己的目標(biāo)?！?/p>

湯玉斐告訴記者，這門課程在授課過程中有一個很重要的環(huán)節(jié)，就是請每名學(xué)生針對一個實際應(yīng)用場景中最常見的陶瓷，來講述他們對這個材料的理解，包括材料的來源、未來的發(fā)展、存在的瓶頸和解決方案等。講述過程中，學(xué)生對上述內(nèi)容有了深刻理解，湯玉斐受此啟發(fā)想到了“陶瓷語”，用具有學(xué)科特色的方式和陶瓷對應(yīng)的優(yōu)秀性能，祝愿學(xué)生在未來的生活工作中養(yǎng)成更多的優(yōu)秀品質(zhì)。

“我們理工科的學(xué)生更需要人文素養(yǎng)的關(guān)懷和培養(yǎng)，陶瓷材料中有相當(dāng)一部分的內(nèi)容是跟中國傳統(tǒng)文化相關(guān)的。”課堂上，除了鑒賞陶瓷的制備工藝，湯玉斐還曾請每位學(xué)生用陶瓷茶盞品了一杯茶，在品茶過程中，一邊引導(dǎo)學(xué)生鑒賞我國有名的傳統(tǒng)陶瓷，一邊體會陶瓷材料在生活中的重要運(yùn)用，讓學(xué)生在實際應(yīng)用中感受材料學(xué)的魅力。

結(jié)課禮物除了手寫的“陶瓷語”，湯老師還為每位學(xué)生送出了一盞陶瓷茶盞?！疤沾刹璞K不僅代表著這門課程的重要組成部分，即傳統(tǒng)陶瓷的最終形態(tài)，更重要的是，讓學(xué)生通過茶盞感受中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。當(dāng)然，也希望大家喝一杯茶之后，對我們的課程、我們專業(yè)有更充足的信心。”湯玉斐笑著解釋道。

手寫“陶瓷語”、課上飲茶、結(jié)課送出茶盞……這些只是湯玉斐探索課堂教學(xué)更加精彩、更具吸引力的努力嘗試。每次課前，他都精心準(zhǔn)備豐富的工程案例，并設(shè)計多樣的討論議題，逐步引導(dǎo)學(xué)生積極融入課堂。在這樣的教學(xué)理念下，他將課堂劃分為五個部分：四分之一的時間講基礎(chǔ)，引發(fā)思考；四分之一的時間講案例，掌握技能；四分之一的時間開展討論式教學(xué)，學(xué)生為主導(dǎo)，教學(xué)相長；八分之一的時間走進(jìn)企業(yè)、下到實驗室，對比思考；八分之一的時間作總結(jié)，開展反思。

在這樣的學(xué)習(xí)氛圍中，學(xué)生們之間紛紛相傳，湯老師的課堂“花樣”多，也有學(xué)生在期末評教時留言：“湯老師這門課讓我學(xué)到了真本領(lǐng)，這是我上大學(xué)以來第一次不以考試為目的去上的課?！?/p>

學(xué)生的喜愛和肯定，對湯玉斐來說是一種莫大的鼓勵。走過之路雖艱難崎嶇，湯玉斐初心未變、使命在肩，將沿著培養(yǎng)新時代材料工程人才之路堅定地走下去。

（李博、彭雅蘭：西安理工大學(xué)黨委宣傳部）