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【院士风采】张俐娜:改写人造纤维发展史
来源:        作者:冯林        发布时间:2012-02-20 17:08:03        点击次数:

 编者按:2011年,武汉大学新增5位院士,高层次人才队伍建设喜获重大突破,珞珈山人才方阵更为强大。至此,我校院士总数增至16位,其中科学院院士7名,分别是:查全性、卓仁禧、李德仁、邓子新、张俐娜、龚健雅、舒红兵;工程院院士9名,分别是:张蔚榛、李德仁、宁津生、刘经南、张祖勋、茆智、朱英国、李晓红、李建成。武汉大学报、武汉大学新闻网特设“院士风采”专栏,先期推出新当选院士报道,并将陆续刊登我校全部院士的人物通讯,以飨读者。

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张俐娜和博士后在一起

在天然高分子领域辛勤耕耘近30年,女学者张俐娜教授的创造如今正在改变中国人,乃至世界各国人的生活——缔造新型能源,保护地球家园,丰富人类生活。

今年,她当选为中国科学院院士,成为武汉大学校史上第一位女院士。

 

开拓与创新

在接受记者采访时,这位虽不年轻但风度优雅的女学者开篇便说:“我从事这项研究,是有强烈的使命感。”

21世纪,利用可再生动植物资源生产环境友好材料,并且不使用也不产生有毒有害物质,已成为国际前沿领域。出于战略上的直觉把握,张俐娜于1993年在武汉大学建立了天然高分子与高分子物理科研组,开始了她在这一领域的创新之旅。

“我们世世代代生活在这片黄土地上,所以我们只有一条路,就是尽我们所能建设好这个国家。”1985年获日本政府学术振兴协会奖学金(JSPS)赴大阪大学研究一年多的时间,不仅给了张俐娜新的科研视野,更增强了她的爱国之情和报国之志。

出于对国家和全人类资源前景的深谋远虑,她用高分子物理理论和方法研究天然高分子,涉及高分子物理、可再生资源、环境材料及生物学交叉学科。这些构成了她特色鲜明的研究战略框架。

20001月,她获得国家自然科学基金重点项目资助,开始了纤维新溶剂及材料的研究。她和她的研究生们首次发现,由碱和尿素组成的混合水溶液不挥发、无毒、价廉、环境友好,而且在低温下可溶解纤维素。

长期以来,我国一直使用粘胶法生产人造丝和玻璃纸,造成严重环境污染。张俐娜等的这一发明,在产业化成功后,将可解决这一问题。

他们发明的新纤维素溶剂在冷却到-12°C时,能迅速溶解纤维素(溶解时间仅需2分钟)。国际上认为他们在2003年对纤维素新溶剂取得重大发现。由于新溶剂的低成本和快速溶解能力,很快实现了纤维素通过“绿色”技术纺丝。美国化学会主页评价,这种溶剂在纤维素技术中有巨大应用潜力。通过在海安申菱电器公司的初步工业化试验,证明其工业化可行性后,目前正在唐山三友化纤公司进行产业化试验。

纤维素低温溶解这个意义深远的发现,促使张俐娜深入、细致地研究了纤维素溶解过程和低温溶解理论。她和研究生们经过无数次的探索和失败,终于弄清楚这种顽固性的大分子——纤维素之所以能在水体系低温下溶解的原因,由此进一步拓宽了高分子溶解理论,提出了低温溶解的新概念和新机理。

张俐娜及其团队的其他成员,都在SCI期刊上发表过论文。她的一系列新发现属于原创性成果,具有我国自主知识产权,同时也推进了人类人造纤维发展的历史进程。

2011年上半年,张俐娜获得美国化学会安塞姆·佩恩奖,这是国际上纤维素与可再生资源材料领域的最高奖。张俐娜成为半个世纪以来获得该奖项的第一位中国人。

 

应用与生产

一连串的科研成果,几乎每一个都足以令她自豪,但科学家探索的天性,驱使张俐娜一直前行。

而且,她要向工业化继续迈进,让自己的科研创新成果造福祖国乃至整个人类,而不仅仅作为一个试验范例束之高阁。

“日本、美国等发达国家早在上个世纪七八十年代就已经意识到,世界资源今后是会枯竭的。”这位有着强烈忧患意识的女学者,自上个世纪80年代在日本留学时,就开始用高分子物理去研究农业化学,研究甲壳素等高分子可再生资源的利用手段和路径。

张俐娜一开始就十分注重研究成果的应用前景。也是从那时开始,她辗转多地,进行纤维素可降解膜的工业化实验。最早在洛阳,那时条件特别艰苦,甚至连坐的凳子也没有,长期晚上停电,她带领学生点着蜡烛继续实验。

也许世界科技史会记下那浓墨重彩的一笔——在江苏海安龙马绿色纤维素公司,张俐娜利用新溶剂技术,开始了与湖北化纤厂和海安申菱电器公司的联合中试和工试。这是一个漫长、艰辛但充满希望的历程。“我能承受得起失败和挫折,失败了再做,从一点点进步里去寻找快乐和成就感。”张俐娜常对学生们说,“不要学兔子急功近利。”

通过共同努力,他们完成了世界上首套低温溶解设备,成功纺出的纤维素丝具有良好的结构与性能。特别是生产周期约12小时,明显低于目前为一个星期的粘胶丝生产周期。而且,它是“清洁”生产。

中国工程院三位院士季国标、郁铭芳、蒋士成,以及中国纺织大学专教授考察了海安现场,高度评价他们的工作,并且建议他们在化纤厂完成产业化。接着,唐山三友化纤集团与武汉大学签订合作协议,继续完成其产业化。

正如国外科学家所说:“她写下了一个由实验室到工业化的神话般的故事。”他们利用水体系低温溶液,通过成套设备,成功纺出了长丝和短丝。这些诞生于女化学家实验室的纤维素新型丝,具有“天丝”般的圆形截面,以及光滑的表面和优良的力学性能。“由此创建了无污染、低廉以及生产周期很短的生产再生纤维素丝的‘绿色’新技术,可望取代目前污染严重的粘胶法。”张俐娜对产业化前景充满希望。

这种新溶剂纺丝法,将影响到世界上一半使用和生产黏胶丝产品的单位和个人。因为我国是纺织品大国,我国用传统而有污染方法生产的黏胶丝产量,占世界一半以上。利用纤维素、甲壳素等生物质资源和“绿色”技术生产化纤产品,是国家纺织行业的必由之路。

与此同时,他们还通过新途径获得多种新材料,进一步开拓了可再生资源纤维素的应用。

英国威尔士大学原校长、加拿大农业与农业-食品部首席科学家、美国化学会纤维素学会主席、英国曼彻斯特大学教授、英国伯明翰大学教授……国际著名专家纷至沓来,慕名到张俐娜实验室学习交流。张俐娜已经树起了一个“国际标杆”。

 

自从1963年毕业于武汉大学化学系,张俐娜一直是武汉大学一名普通教师,担任过的最高职务是“课题组组长”。她常说,自己是一只“笨鸟”,只不过愿意付出比其他人多得多的时间和精力去工作和学习。正是这种热爱和执著,几十年如一日不懈的探索与创新,成就了女学者的事业。

(编辑:杨欣欣)

 

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