聚焦國家發(fā)展，為企業(yè)邁上新臺階提供“智技”支持

近日，中國國際大學生創(chuàng)新大賽2024全國總決賽在上海交通大學舉行。西安理工大學以全國金獎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。

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

聚焦產業(yè)需求 開展技術攻關

此次大賽特別設置的產業(yè)命題賽道面向產業(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，供參賽團隊揭榜答題。參賽團隊針對命題，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雜應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)導電性能與耐蝕性的平衡，其電導率須高于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性，其抗拉強度須達到160MPa以上，伸長率超過15%，以滿足電纜在大規(guī)模繞包、敷設時彎曲半徑、運行時熱脹冷縮的要求，確保電纜結構的完整性和穩(wěn)定性。同時，考慮到成本效益，新材料的生產成本須在保證生產運行要求的前提下，相比原有銅材降低50%以上，為電力行業(yè)帶來更為經濟、可持續(xù)的解決方案。

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

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

“原位定向成膜技術是研發(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電性互斥的關系，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構去提高它的導電。”

團隊受拉鏈結構的啟發(fā)，通過超聲高能作用和納米膜層的結構設計，在鋁合金屏蔽帶搭接處實現(xiàn)了納米拉鏈結構，解決了屏蔽帶連接質量不高的問題，打通鋁合金帶大規(guī)模產業(yè)化的最后一公里。新研發(fā)的納米膜復合鋁合金屏蔽帶，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，給電纜生產廠家爭取到一定的利潤空間。

企業(yè)出題，高校團隊作答。目前湯玉斐教授團隊已經與國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司、溫州安能科技有限公司等企業(yè)達成了初步合作協(xié)議，在中試后建立生產線并開始投產。“下一步我們會在現(xiàn)有技術的基礎上，進一步提高它的抗氧化性和導電性。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鋁制品的表面都可以進行該涂層的制備，來提高它的綜合性能，也希望能夠在海纜等新興領域有優(yōu)異表現(xiàn)。”

推動產教融合 協(xié)同育人發(fā)展

“未來，等生產線逐漸成熟后，我打算把‘迷你版’的生產線‘搬’進學校實驗室，為我們博碩士研究生提供最貼近產業(yè)的實驗設備，也可以為本科生畢業(yè)設計及實習實訓帶來幫助，實現(xiàn)產教融合。”湯玉斐介紹說。

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

他是這樣說的，也是這樣做的。作為第一導師，湯玉斐教授已指導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向，學生黨員作為主體深入企業(yè)進行溝通對接，參與技術難題研發(fā)，成為連接校企之間、導師與企業(yè)技術人員之間、研究課題與生產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兵。湯玉斐教授指導的學生不僅能夠為企業(yè)解決技術難題，還能夠發(fā)現(xiàn)其背后的科學問題，發(fā)表高水平論文并申請知識產權的保護。近三年他指導研究生發(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，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)表在英國皇家化學學會期刊《Journal of Materials Chemistry A》上，團隊也是在解決環(huán)境防護領域高能耗的難題時，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“花樣”課堂

指導博碩士研究生，湯玉斐致力于培養(yǎng)他們的學術創(chuàng)新能力和破解產業(yè)難題的能力；教授本科生，他同樣注重培養(yǎng)學生的獨立思考能力，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，成了湯玉斐最關心的問題。

上學期，他主講的專業(yè)選修課《陶瓷材料學》結課時，湯玉斐以陶瓷喻人，緊密結合課堂知識為全班每一名學生送上了一份專屬禮物——他親手寫下的“陶瓷語”。“李湃同學如同耐磨陶瓷一般，具有堅固的內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。”

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)，就是請每名學生針對一個實際應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，學生對上述內容有了深刻理解，湯玉斐受此啟發(fā)想到了“陶瓷語”，用具有學科特色的方式和陶瓷對應的優(yōu)秀性能，祝愿學生在未來的生活工作中養(yǎng)成更多的優(yōu)秀品質。

“我們理工科的學生更需要人文素養(yǎng)的關懷和培養(yǎng)，陶瓷材料中有相當一部分的內容是跟中國傳統(tǒng)文化相關的。”課堂上，除了鑒賞陶瓷的制備工藝，湯玉斐還曾請每位學生用陶瓷茶盞品了一杯茶，在品茶過程中，一邊引導學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用，讓學生在實際應用中感受材料學的魅力。

結課禮物除了手寫的“陶瓷語”，湯老師還為每位學生送出了一盞陶瓷茶盞。“陶瓷茶盞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，讓學生通過茶盞感受中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。當然，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、結課送出茶盞……這些只是湯玉斐探索課堂教學更加精彩、更具吸引力的努力嘗試。每次課前，他都精心準備豐富的工程案例，并設計多樣的討論議題，逐步引導學生積極融入課堂。在這樣的教學理念下，他將課堂劃分為五個部分：四分之一的時間講基礎，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，學生為主導，教學相長；八分之一的時間走進企業(yè)、下到實驗室，對比思考；八分之一的時間作總結，開展反思。

在這樣的學習氛圍中，學生們之間紛紛相傳，湯老師的課堂“花樣”多，也有學生在期末評教時留言：“湯老師這門課讓我學到了真本領，這是我上大學以來第一次不以考試為目的去上的課。”

學生的喜愛和肯定，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：西安理工大學黨委宣傳部）