“‘最美科技工作者’不敢當，但鎂是我一生追求。”得知自己入選2021上海“最美科技工作者”，中國工程院院士、上海交通大學教授丁文江打趣地說。
從阻燃鎂合金到主承力結(jié)構(gòu)鎂稀土合金，從輕量化結(jié)構(gòu)材料到各種功能性材料，鎂合金在交通運輸、電子信息、航空航天、醫(yī)藥健康甚至農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，有了越來越多的應用。在丁文江和團隊的長期研究引導下，金屬鎂已經(jīng)擺脫了有形的軀殼，超脫成為充滿個性和魔力的神奇物質(zhì)。
“寓精于料，料要成材，材要成器，器要好用。”這是丁文江總結(jié)出的16字材料學科研思想。他認為，材料學研究必須追求“有用”，基礎(chǔ)研究必須服務工程科研，再用科技成果轉(zhuǎn)化獲得的收益反哺基礎(chǔ)研究。
讓“中國鎂”領(lǐng)跑世界
高性能鎂合金是丁文江幾十年來研究的核心。他說，上世紀80年代走進這一領(lǐng)域，是受到桑塔納轎車的影響。“轎車上面有兩個部件是鎂做的，那么輕，特性那么豐富，真的好新奇。”
輕量化幾乎是所有工業(yè)領(lǐng)域的追求目標，火箭減輕1克的經(jīng)濟價值堪比1克黃金。鎂在實用金屬結(jié)構(gòu)材料中比重最小，僅為鋁的2/3、鋼的1/4。更難得的是，中國還是金屬鎂的大國，無論儲量還是產(chǎn)量，均占全球90%以上。
開發(fā)“中國鎂”勢在必行。經(jīng)過反復試驗，丁文江發(fā)現(xiàn)，通過加入兩種重稀土，可讓鎂合金的燃點從520℃大幅提升至935℃，抗拉強度超過500兆帕。“開掛”的鎂合金實現(xiàn)了從非承力結(jié)構(gòu)件到主承力結(jié)構(gòu)件應用的顛覆性跨越，可用來制造直升機機匣、汽車發(fā)動機等?；叵肫甬敵醯难邪l(fā)經(jīng)歷，他感慨地說：“由于技術(shù)是國際首創(chuàng)，從爐體、材料到工藝，每一步都得自己慢慢趟過去。”
如今，中國鎂合金材料的身影已經(jīng)遍布航空航天、國防工業(yè)、能源、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域。
不斷開拓“鎂”的邊界
除了輕，鎂還能作為氫的固態(tài)存儲器。指著書架上小玻璃瓶里儲存的銀灰色“小藥片”，丁文江告訴筆者，這里面裝的是“循環(huán)儲氫鎂合金”，每一片都是滿滿的“能量”。原來，一個鎂原子可以帶兩個氫原子，丁文江團隊開發(fā)的鎂基儲氫材料，可將氫以固態(tài)形式存儲，到一定的條件再讓它放出來。這一收一放，就是氫燃料電池。以無人機為例，以往無人機的飛行時間一次只有半小時，如今可延長至4到6小時，一口氣可以飛行300公里。
鎂氫結(jié)合材料是丁文江團隊正在開拓應用的一個全新領(lǐng)域。“你們女生都很關(guān)心美容吧，把鎂和氫結(jié)合起來，還能做成護膚品。”他說，只要把鎂氫“小藥片”融進噴霧水里，就能得到一瓶透明美容水，因為氫可以選擇性中和有害自由基。氫鎂材料還可做成固體飲料，參與人體補鎂，因為鎂是我們?nèi)梭w必需的元素，很多因激素分泌困難而引發(fā)的疾病都與缺鎂有關(guān)。
據(jù)悉，上海交通大學氫科學中心已于2018年6月啟動運行，重點研究氫能源、氫醫(yī)學和氫農(nóng)學領(lǐng)域的關(guān)鍵科學問題。今年7月，上海市氫科學技術(shù)研究會成立，將為氫科學技術(shù)發(fā)展搭建平臺。
有用是材料研究的靈魂
丁文江常常教導學生，做材料必須要持之以恒，“深其一點，究其本質(zhì)”，而不是往“錢”看。他還說，“材料就是有用的物質(zhì)，有用是材料研究的靈魂”，身在高校從事基礎(chǔ)研究的他，把成果能不能轉(zhuǎn)化看得很重。
一次在和醫(yī)生的交流中，丁文江注意到許多骨折病人或是心臟病患者，肌體康復后體內(nèi)卻埋下金屬支架，許多人不得不忍受二次痛苦再經(jīng)手術(shù)將支架取出。他靈光一閃：鎂既可降解，又是人體所需有益元素，能不能讓鎂合金替代傳統(tǒng)的醫(yī)用金屬支架呢？于是，他馬上帶領(lǐng)團隊著手研發(fā)新一代可控降解的醫(yī)用鎂合金，歷經(jīng)一年的攻關(guān)，終于開發(fā)出具有國際先進水平的骨內(nèi)植物器械和心血管原型，目前動物實驗已獲得成功。鎂合金接骨骨釘產(chǎn)品已經(jīng)開展了16例人體臨床試驗，全部獲得成功。
“我們要做有效的科研，而不是泡沫的科研，我們的研究需要緊緊扣著實際的需求和問題。”這是丁文江做科研的初心。在面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向人民生命健康的科研陣地，以鎂為追求的他還在不斷前行。