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纳米化工相融合 科技研发促应用——骞伟中主讲清华校友学习日第26讲:纳米科技与现代化工

2021-06-30 | 来源 公号“清华终身学习” |

6月26日下午,“清华校友终身学习支持计划”学习日活动第26讲开讲,本次学习日采用线上与线下相融合的方式进行,校友们相聚在云端和教室,共享学习盛宴。清华大学长聘教授、博士生导师、化学工程系副书记骞伟中应邀为校友们带来“纳米科技与现代化工”的主题报告。清华大学校友工作办公室副主任、清华校友总会副秘书长杨柳参加现场学习。

骞伟中作主题报告

骞伟中首先向广大校友介绍化学工程系的发展历程、贡献成就、人才培养、师资力量、学科发展和研究方向等内容,让校友们对化工系有更深入的了解。

讲到本次授课主题,他介绍纳米是一种尺度概念,它是10-9m,大约相当于人头发丝的千分之一。纳米是个极小的尺度,却具有极大的特性。1991年,纳米科技作为一个专有名称被提出,主要范畴涵盖纳米制造、纳米分析、探测与操控、纳米应用等领域。纳米应用主要有两种方式,一种是把性能高的纳米材料直接应用。例如各种纳米催化剂可以直接应用,生产各种化肥,医药,农药等;各种纳米药,可以直接服用,吸收特别快。另一种是把性能高的纳米材料添加到其它物质中,提高其性能。例如橡胶轮胎通过添加纳米白碳黑,提高其强度使之变得更耐磨;陶瓷通过添加纳米材料可以增加其韧性。

骞伟中结合生活中的案例,与广大校友分享了有趣的纳米特性。纳米外表面结构具有强附着和不附着的特性。纳米内表面具有比表面积巨大的多孔结构,这样的结构可以吸附各种液体和气体,可用作环境吸附材料、催化转化材料和能源存储材料。纳米的表面结构还可以带来结构显色。纳米的尺寸效应运用在化工领域,带来极高速率的催化反应;运用在信息存储领域,存储信息的单元纳米化,体积越来越小,存储容量越来越大。纳米结构带来的超输运现象和空间择形效应。纳米结构相互作用时产生的拓扑超导现象、超润滑现象。纳米材料由于尺寸小,可以带来了物质强度、韧性和密度的改变。纳米结构特性和原理,运用于生产生活中的各个领域,将为人类生活带来巨大的改变。

谈到现代化工与纳米科技的交集,骞伟中从衣食住行、能源存储、环境保护、未来芯片和生命健康的领域举例进行阐释。现代化工与纳米催化的交集最早出现于19世纪初,在德国,化学家与工程师们通过纳米催化剂,制造出合成氨,量产出化肥,提高农作物产量,解决了人类的温饱问题。

清华化工系老师们的科研团队在现代化工助力纳米科技方面有诸多研究。在石油炼制的过程中,科研团队通过使用纳米催化剂生产汽柴油,提升转化效率与优化产品结构;汽车尾气排放引发大气污染,通过使用纳米催化剂,将汽车尾气中的有害物质变成二氧化碳和氮气,进而保护环境。在清洁煤化工领域,科研团队经过潜心研究,将纳米催化与清洁煤化工结合,提供清洁燃料和制造清洁的化学品。面对纳米催化剂在低温下转化效率低,高温下寿命短的问题,通过研究两段变温流化床技术,创造混合工作模式,通过化工强化方法,助力纳米催化剂提升转化效率,延长使用寿命。传统PVC制造过程中会使用含汞催化剂,对土壤和水体造成潜在危害,清华科研团队研制出无汞催化剂,在保留原生产链条的同时,保护了环境。用纳米材料构建环保的“碳减排”循环。科研团队研制碳纳米管用于锂离子电池导电剂,形成巨大产业。将碳纳米材料、微格金属材料协同用于电化学储能,可将器件性能提升3-4倍。每一项研发成果和行业产品,都是优点与缺点并存。他强调,清华化工人始终秉承着倾听现实问题、把握行业痛点、注重实际应用,不断创新方法、提升技术能力的工程思维,持续不断地优化性能、弥补短板,持续研发更好的纳米材料,满足更高的储能需求。

讲座最后,骞伟中认为,科学研究终将服务国家社会发展。化工系对于纳米科技和现代化工的研究,都始终秉承这一初心。一方面,努力运用这些先进技术来减少碳排放,为我国实现碳中和目标贡献力量;另一方面,还积极攻关更前沿技术,加快下一代碳基芯片体系建设,解决我国“卡脖子”工程问题。化工系持续做好准备,运用专业知识,报效清华,报效国家。

线上课堂截图

在互动环节,校友们纷纷从云端和教室就纳米材料、纳米技术、纳米应用、前沿研究、节能材料等问题提问,骞伟中一一细致解答。

线下课堂图片

讲座结束后,杨柳向骞伟中赠予学习日活动纪念牌。

杨柳向主讲老师骞伟中赠予学习日活动纪念牌

骞伟中在课后接受采访时表示,本次授课主题与现代科学进步、国家发展需求联系得非常紧密,同时也能够契合终身学习使命,他非常高兴参与本次校友学习日。他建议将校友学习日面向全校老师进行宣传,相信会有更多的老师愿意投身其中。同时,通过校友学习日,校友们也能够了解学校的发展,可以促进校友与教师之间产生更多的互动和交流,共同在各自领域为国家发展贡献力量。

课后,雨课堂和教室中的校友们对骞伟中的授课和活动组织方表示感谢。在教室里,2006级化工系校友田涛谈到,这是他第一次参加校友学习日,他本人也是骞伟中的学生,再次回到教室听课,也激发了他的学习动力。本次讲座信息量很大,学习收获颇丰。他认为自己的知识储备还比较欠缺,希望以后多多参与学习日。他建议在老师同意的情况下,讲座后可以将课件进行共享,便于后续加深学习;还可以为参与线下活动的校友们制作通讯录,便于后续校友间的交流与联系。

清华2010级社科学院硕士校友、继续教育学院合作办黄蕾主持本次活动;海内外400余名校友参与学习,学院在线办全程进行直播保障。

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清华校友总会2017年推出“清华校友终身学习支持计划”,包括“清华校友学堂”“清华校友学习日”“清华校友学习班”等多个系列学习项目,用以满足校友的不同层次学习需求,旨在服务清华终身学习教育理念,为校友建立全周期多方位的终身学习服务体系。

“清华校友学习日”系列活动由清华校友总会、继续教育学院共同组织并协作实施,由清华终身学习和终身教育基金提供定向资金支持。2018年11月25日开启学习日活动首次讲座,此后每个月的最后一个周六,根据校友们的学习需求开展“专题讲座”。

2020年初,面对新冠疫情,学校积极应对,校友学习日快速开启线上学习模式;2021年,在新冠疫情常态化背景下,结合校友线上广泛参与、线下便于互动的需求和特点,按照疫情防控要求启动“线上+线下”的学习模式。截至2021年6月底,学习日活动已举办34场,共有1.2万余名校友重回清华课堂,校友总会和继续教育学院公众号新闻关注和阅读量累计16万人次。


供稿 | 合作发展办公室

撰稿 | 郭晓旭

图片 | 郭晓旭


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