Wissenschaft und Technologie führen "Faser": Chinesische Wissenschaftler stellen Fasermaterialien her, die "hoch und fest auf dem Boden stehen"

Autor: Sun Yizhen

Fotografie: Yang Pudong

Am Nachmittag des 26. April besuchte Zhu Meifang, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Dekan der Fakultät für Materialwissenschaften der Donghua-Universität, die Shanghai Xingzhi Middle School, um dort eine Grundsatzrede mit dem Titel „Materialwissenschaften führend in der Zukunft“ zu halten. Sie teilte ihre Erfahrungen und Erkenntnisse aus der Erforschung von Fasermaterialien, brachte den anwesenden Lehrern und Schülern die magische Welt der Fasern näher und freute sich auf die gemeinsame zukünftige Entwicklung von Fasermaterialien.

Fasermaterialien: „Schwarze Technologie“ jenseits von Nahrung, Kleidung, Wohnen und Transport

Unter Faser versteht man im Allgemeinen ein Material mit ausreichender Feinheit (Durchmesser < 100 μm) und ausreichendem Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser > 1000) sowie einem gewissen Grad an Flexibilität. Metalle, Mineralien, Organismen und Polymere können alle als Fasern betrachtet werden, solange sie der obigen Definition entsprechen. „Im Allgemeinen beträgt der Durchmesser der Faser etwa 100 Mikrometer, und der Durchmesser unseres weiblichen Haares beträgt etwa 80-100 Mikrometer.“

Ein Kleidungsstück, das den menschlichen Körper kühlen kann, ein ballaststoffreiches Nahrungsmittel, das der menschlichen Gesundheit zuträglich ist, eine Glaswand, die warm hält und Frost widersteht ... die Nahrung, Kleidung, Unterkunft und Transportmittel der Menschen sind untrennbar mit der „harten Währung“ verbunden – chemischen Fasermaterialien. Die heutigen Fasermaterialien würden schon seit langem im Weltraum und auf der Erde eingesetzt und seien in verschiedenen Anwendungsszenarien zu finden, etwa in der Landesverteidigung und Militärindustrie, im Transportwesen, im Energie- und Umweltschutz sowie in der Biomedizin, sagte Akademiemitglied Zhu Meifang.

Woher kommen Ballaststoffe?

Von der alten chinesischen Seide über das synthetische Nylon 66, das vom modernen „Vater des Nylons“ Carothers erfunden wurde, der Pionierarbeit in der Faserindustrie leistete, bis hin zur heutigen neuen Generation von Fasermaterialien, die wesentliche Durchbrüche in puncto Festigkeit, Flammhemmung, elektrischen Eigenschaften und anderen Eigenschaften erzielt haben, verwendete Akademiker Zhu Meifang einfache und anschauliche Beispiele, um die Entwicklungsgeschichte von Fasermaterialien zu schildern, und verwendete Fälle wie „Kohlefaser“, „Aerogel“ und „Schutzkleidung“, um anschaulich einen technologischen Bauplan aus Fasermaterialien zu weben.

Die Fasermaterialien meines Landes haben das Zeitalter der Naturfasern, das Zeitalter der konventionellen Kunstfasern, das Zeitalter der differenzierten Fasern, das Zeitalter der Funktionsfasern und das aktuelle Zeitalter der intelligenten Fasern durchlaufen. Wissenschaftler haben die Faser- und Chemiefaserindustrie meines Landes durch kontinuierliche Forschung und Durchbrüche „von klein zu groß“ und „von schwach zu stark“ vorangetrieben.

Der Charme der Faser, wo ist er jetzt?

Um das Ziel zu erreichen, Fasern zu funktionalisieren, komfortabler zu machen und intelligenter zu machen, führte die Akademikerin Zhu Meifang ihr Team dazu an, das Konzept der „Hybridmaterialien“ in die Faserwelt zu implementieren. Durch innovative Synthesemethoden und Nanokomposittechnologie wurden im mikroskopischen Nanometerbereich verschiedene Materialien zu einem einzigen kombiniert und so in neue Materialien mit steuerbarer Leistung und stärkeren Funktionen umgewandelt. Sie haben viele neue Materialien entwickelt, beispielsweise Funktionsfasern und Textilien, die auch nach 50-maligem Waschen noch eine hervorragende antibakterielle Wirkung haben. Sport- und Freizeitstoffe, die Schweiß und Feuchtigkeit ableiten und mit antibakteriellen und flammhemmenden Funktionen aufgewertet und „aufgeladen“ werden können.

Angesichts der Herausforderung von Weltrang, Nanomaterialien zu Polymermaterialien hinzuzufügen, erfanden die Akademikerin Zhu Meifang und ihr Team nach zahlreichen Experimenten zwei Technologien, die Sol-Gel-In-situ-Polymerisation und die In-situ-Redox, um „antibakterielle Funktionspolyester mit niedrigem Gehalt, hoher Dispersion und hoher Effizienz“ herzustellen. Darüber hinaus entwickelten sie eine integrierte Herstellungstechnologie für antibakterielle und flammhemmende funktionelle Hybridmaterialien. Das gesamte Projekt wurde in führenden inländischen Chemiefaserunternehmen wie Hengyi, Tongkun, Defulun und Hengshen eingesetzt. Mehr als 30 Arten funktionaler Produkte in fünf Serien werden häufig in der Bekleidungs- und Heimtextilienindustrie, im Transportwesen, im Sicherheitsschutz, in der Landesverteidigung und in der Militärindustrie eingesetzt.

Die Zukunft der Glasfaser

„Die Entwicklung synthetischer Fasern in meinem Land dauert seit 60 Jahren an, von nichts zu etwas, von klein zu groß. Heute macht die Produktion mehr als 70 % der weltweiten Gesamtproduktion aus, aber einige Hochleistungsfasern werden immer noch von anderen kontrolliert. Um die Faserindustrie von groß zu stark zu machen, müssen wir die Grundlagenforschung und die originäre Forschung weiter stärken, die Entwicklung hochpräziser und hochmoderner Fasern vorantreiben und die Anwendungsbereiche von Fasern erweitern. Nichts auf der Welt ist schwierig, solange man bereit ist, aufzusteigen!“ Das Team von Zhu Meifang hat sich stets auf wichtige nationale Strategien und lokale wirtschaftliche und soziale Entwicklungsbedürfnisse konzentriert und durch die übergreifende Integration von Fasern mit Nano, Biologie, Bionik und anderen Disziplinen kontinuierliche Durchbrüche in der Chemiefasertheorie und -technologie erzielt.

Als er über die Zukunft der Fasern sprach, schlug Akademiemitglied Zhu Meifang das Konzept integrierter Luft- und Raumfahrtfasern und ihrer Verbundwerkstoffe vor und entwickelte außerdem einen „fantastischen“ Plan: Wenn Mondbasalt in Hochleistungsfasern umgewandelt werden kann, wird es möglich sein, nach der Landung auf dem Mond „lokale Materialien zu verwenden“, indem Mondboden als Rohmaterial zum Bau einer Mondbasis genutzt wird. Sie gab bekannt, dass es dem Team gelungen sei, Endlosfasern aus simuliertem Mondboden herzustellen und echten Mondboden zu gewinnen, der in der nächsten Forschungsphase verwendet werden soll.

Entfachen Sie die Leidenschaft für wissenschaftliche Forschung und bauen Sie eine Faserkraft auf

„Praxisnahe wissenschaftliche Forschung zu betreiben“ war schon immer das gemeinsame Ziel der Akademiemitglied Zhu Meifang und ihrer Teammitglieder und es ist auch das „akademische Gen“, das ihr im Blut liegt. Sie sagte: „Das ist der Reiz der wissenschaftlichen Forschung“, und es ist auch der spirituelle Kodex, der es Generationen von Mitarbeitern von Donghua Materials ermöglicht hat, nach Fortschritt zu streben und dem Land durch Wissenschaft und Technologie zu dienen. Seit mehr als einem Jahrzehnt leitet sie ihr Team dabei, kontinuierlich Probleme zu finden und Schwierigkeiten aus tatsächlichen Anforderungen im Bereich des Designs und der Herstellung von Hybridmaterialien sowie der Entwicklung hochempfindlicher multifunktionaler Fasern zu lösen. Sie gründete das Fasermaterial-Forschungsjournal „Advanced Fiber Materials“ und strebte danach, von „0 bis 1“ weitere innovative Durchbrüche zu erzielen.

Akademiemitglied Zhu Meifang erinnerte an die einzelnen Schritte auf dem Weg der wissenschaftlichen Forschung und gab zu, dass wissenschaftliche Forschung nicht immer erfolgreich ist. Es kann 99 Fehlschläge geben und nur den letzten Erfolg. Allerdings kann man nicht sagen, dass diese erfolglosen Erkundungen Misserfolge waren. Gerade durch das ständige tägliche Erkunden und den Versuch, verschiedene Wege zu studieren, ist es möglich, „absichtlich Blumen zu pflanzen, die dann nicht blühen, und versehentlich Weiden zu pflanzen, die dann in den Schatten wachsen.“ „Wenn einem dieser Beruf oder die Forschungsarbeit gefällt und man gerne das Unbekannte erforscht, macht das unendlich viel Spaß. Selbst das, was in den Augen anderer bitter erscheint, enthält einen Hauch von Süße“, sagte Akademiemitglied Zhu Meifang mit einem Lächeln.

Auch wenn die Ausbildung der Menschen noch nicht abgeschlossen ist, sind die Studenten immer das wichtigste „Material“, dessen Entwicklung sich der Akademiker Zhu Meifang widmet. Sie übernahm die akademische Kultur und den Geist der älteren Generation von Donghua Materials-Mitarbeitern wie Qian Baojun, Fang Borong und Sun Tong, unterrichtete die Schüler entsprechend ihrer Begabung und nutzte ihr Wissen und ihre Berufsethik, um sie auszubilden. Die Akademikerin Zhu Meifang nannte ihre Forschungsgruppe „Monte“, benannt nach der „Monte Silk“, einer feinen Denier-Polypropylenfaser, die die Forschungsgruppe Anfang der 1990er Jahre herstellte. Diese Faser ist weich und färbbar und durch die Zugabe weiterer funktioneller Inhaltsstoffe wird eine nachhaltige innovative Entwicklung eines einzigen Ergebnisses erreicht. „Seien Sie in der Grundschule gut darin, Fragen zu stellen, und suchen Sie im Taiding nach der Wahrheit“ ist zum gemeinsamen Ziel der Lehrer und Schüler des Teams im Studium geworden.

„Unser Land strebt danach, eine Glasfaser- und Wissenschafts- und Technologiemacht zu werden. Dennoch gibt es bei vielen Kerntechnologien immer noch Engpässe, die angegangen und überwunden werden müssen.“ Der Akademiker Zhu Meifang sagte, dass insbesondere wissenschaftliche Forscher ein Gespür für die Krise haben, sich auf die Richtung des Kampfes konzentrieren und keinesfalls nachlassen dürften. Angesichts der anwesenden vielversprechenden Studenten ermutigte Akademiemitglied Zhu Meifang sie, ihre Interessen als Antrieb zu nutzen und mutig ihre Träume zu verfolgen.