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半导体产业技术峰会 | 中国科学院俞书宏院士:纳米纤维素材料助力碳达峰、碳中和目标

编辑:chinafpd 2022-06-16 15:07:12 浏览:712  来源:

  在国家碳达峰、碳中和目标任务下,基于可再生的新型材料在电子科技领域的替代应用,将有效推动电子产业绿色发展,大范围替代当前诸如塑料等污染且难以降解的材料。在2022广东省半导体产业技术峰会上,中国科学院院士、南方科技大学讲席教授、中国科学技术大学杰出讲席教授俞书宏以“可持续新材料的创制与应用”为主题,分享了以生物质加工为纳米纤维素材料,比如半导体芯片材料,替代当前难以降解的塑料污染材料,助力实现国家碳达峰、碳中和目标。

  中国科学院院士、南方科技大学讲席教授、中国科学技术大学杰出讲席教授俞书宏

  俞书宏院士表示,材料的创新是促进人类社会发展核心的动力,其创新跟制造业的发展息息相关,“哪怕是一个最基础原材料的进步都会影响传统产业,也给高新技术产业发展和传统产业提升带来契机。”他也指出,新材料是现代科学技术发展的物质基础,其产业特点:一是技术壁垒高,研发难度大;二是依赖产业链上下游企业的紧密合作;三是稳定性强、持续性强;四是企业迁移率低,有利于产业集群稳定发展;五是对解决“卡脖子”问题至关重要。

  他表示,以我们最常见的材料塑料来说,其经过多年的发展,在人类生产、生活各个领域得到广泛应用,但这种难以降解的污染材料对人类社会发展与环境保护带来了巨大的危害。“人类使用的塑料制品,不经处理随意排放,严重威胁海洋生物的生存,造成了日益严重的环境危害!塑料微粒、塑料纤维(微塑料)尤其令人担忧,最终可能出现在各种大小的海洋生物中,包括我们吃掉的海洋生物,比如贻贝、鱼类等。”

  为了应对这种污染危机,2021年政府工作报告中在当年重点工作进行了对碳达峰、碳中和的具体阐述。俞书宏院士认为,生物通过光合作用转换空气的CO2,通过将这些生物质加工为材料,以实现碳的长期固定,助力国家碳达峰、碳中和目标。而基于可再生生物质原料,创制替代塑料的新材料,是解决塑料污染的关键途径。

  俞书宏院士经过十多年的研究工作,利用各种生物质、废弃的生物质提取成高质量纳米纤维素,它具有结构设计、性能优异、成本可控、高长径比、高结晶度、无毒、低成本、大规模等诸多特点。他首先介绍了纳米纤维素基特种工程结构材料。比如,轻质高强韧纳米纤维素仿生结构材料,利用微生物合成纳米纤维素,以天然纳米纤维素为原料,大规模制备工程结构材料;重量极轻,密度仅为铝合金的一半,钢的六分之一;可加工性好,加工成各种精密零件。新型高性能工程结构材料从纳米纤维素到工程材料,热膨胀率、比强度、比冲击韧性等综合性能优于工程塑料、合金及陶瓷,被称之为继工程塑料、合金和陶瓷后的“第四类结构材料”。

  在纳米纤维素基电子器件基底材料上,他也介绍,纳米纤维素基工程结构材料,力学与热学综合性能均远优于工程塑料,是一种绿色环保的工程塑料替代品,可以大规模制备、色彩可调控、可加工性能好,是高端精密电子器件的理想结构材料。他表示,随着5G技术的普及应用,高端精密电子器件将对材料要求更高,需具有优异且稳定的机械性能、较低的热膨胀系数、良好的热传导、散热能力,而基于纳米纤维素基的电子器件结构件、轻量化材料将满足其要求。

  而纳米纤维素基透明薄膜不仅可大规模制备,而且力学性能优异,可折叠,具有突出的光管理性能,可自然降解,还可折叠成各种形状 无明显损伤,优异的可降解性能自然条件下2个月内即可实现完全降解。俞书宏院士表示,该透明薄膜可以突破传统柔性显示基底膜的瓶颈,满足高性能折叠屏对透明膜材料的极为苛刻要求,比如高频率刮擦、隔水隔氧封装、十万次以上的弯折。同时,透明柔性电子材料可以满足多色显示电致变色显示器件的设计与应用。

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