“荷叶表面布满了微米级乳突,乳突上覆盖着直径仅10纳米的棒状蜡质晶体,粗细不足头发丝的万分之一。这种微纳米分级结构,让水滴无法润湿表面,只能以近乎完美的球形滚落,并带走污染物——这就是‘荷叶效应’。”11月9日,西北大学化工学院教授胡军介绍。
2005年,还在西北大学读硕士的胡军就被这一奇妙现象深深吸引。20多年后,作为该校化工学院教授的他,带领团队研发出防黏附纳米功能涂层,并让这一“出淤泥而不染”的材料成功落地转化。

胡军与团队成员制作涂层。
二十年攻关:破解涂层研发“卡脖子”难题
一直以来,新能源、航天等高端制造业长期被设备结垢、结冰、物料黏附、腐蚀老化等问题困扰。国内防黏附纳米功能涂层领域产品长期空白,高端产品依赖进口,而进口材料价格贵、耐磨性差,防黏附与耐久性难以兼顾——这是一道亟待破解的“卡脖子”难题。
关注到这一困境,胡军从研究生时期便一头扎进功能性涂层材料研究,试图把超疏水特性赋予材料。此后二十余年,他始终攻关这块“硬骨头”,从界面量子化学模拟到材料腐蚀与防护,从实验室基础研究到企业委托课题,他一步步把技术推向应用。
“天然超疏水结构,如荷叶、蝴蝶翅膀、水黾腿部等具有天然脆弱性。在非常小的机械力下,其表面纹理就可能被破坏,导致超疏水特性消失——这也是超疏水涂层制备面临的致命瓶颈。”团队成员李瑞东告诉记者,“这需要我们制备的涂层来源于荷叶,性能还要高于荷叶。”
于是,胡军带领团队从微纳米材料可控合成、涂料配方优化两个维度入手。一方面,用碳纳米管将一个个孤立的二氧化硅串联起来,使外力引起的剪切力在很大程度上消散于整个涂层,避免纳米颗粒脱落;另一方面,以“强黏结剂+连续粗糙度”策略,让微纳米颗粒与成膜物质通过化学键紧密铰链。
2021年,团队研发出的超疏水涂层,水滴在材料表面几乎缩成完美的球形,比在荷叶表面效果更好;只需倾斜不到3度,水珠就能自己滚走。同时,该涂层对任意pH值的液体均表现出稳定的超疏水性,这使得产品的使用场景和范围更加广泛,成功解决了价格昂贵和耐磨性差的问题。“即便是表面层被磨掉,暴露的新表面仍然具有微纳米结构,就像涂层在损坏后可以自我修复一样,具备了持久的超疏水性。”胡军说。

涂层制作。
落地转化:从高校教师到“企业家”
2021年,陕西在西北工业大学、西北大学等5所高校率先开展“三项改革”试点。胡军,这位“80后”教授,也成为陕西省“特种涂层材料可控合成高校青年创新团队”负责人、陕西龙麟纳纤材料科技有限公司(以下简称龙麟纳纤)创始人。
回忆创业的种种艰辛,最让胡军难忘的是募集资金的过程。“当时,我们需要准备好商业计划书,经过多轮答辩。我本身方言很重,对上台演讲比较担心。”团队一遍遍提意见、打磨,让他在实战中愈发自信,表达沟通能力也明显提高。
此外,从烧杯到流水线车间,这一初创团队遭遇了新难题:实验中性能完美的纳米颗粒,一旦加大投料,微观结构便出现缺陷,涂层性能开始不稳定;在高温、高压、强酸碱、高速流体冲刷等环境下,还出现附着力不足、耐磨寿命短、大面积施工不均等问题。
面对样品的种种“水土不服”,胡军带着团队一次次深入生产一线,扎根企业现场,找原因、调配方,最终推出一系列兼具超疏水、防腐耐磨、保温隔热等功能的涂层,并在各一线急需场景通过验证。自此,团队掌握了从实验室到规模化生产的全套工艺,并拥有多项核心专利。
团队还参加了人力资源和社会保障部举办的博士后创新创业大赛等相关比赛,收获金、银、铜等奖项,更得到专家智库的精准指导与产业链资源对接,获得全方位“会诊”。胡军感慨,参加创新创业大赛为龙麟纳纤对接上资金、服务、园区和政策资源,让创业之路走得更稳更远。

胡军(左三)与团队成员正在讨论涂层优化方案。
一份答卷:让“中国涂层”成为“必选项”
入驻“秦创原”总窗口以后,胡军团队已形成防结垢、防结冰、防结胶三个系列涂层的产品矩阵,凭借高耐久、高耐磨、低成本的核心优势,快速成为进口替代标杆,填补了国内市场空白,在多个领域得到应用。“论文里的创新是从0到1,生产线上的验证是从1到100。只有走完后面这段路,成果才算真正落地。”团队成员王甜甜说。
在各行业一线,这些涂层带来的改变显著而具体。“为公司新增销售额共计7618万元,新增利润648万元”“整体为生产企业减少因腐蚀导致的停工检修11次”“通过涂层材料的使用,有效避免了水泵汽蚀问题,降低设备维修费用约192万元”……相关企业的一份份“用户反馈”,记录着成果落地的真实效果。目前,龙麟纳纤已建成1吨/年的生产线,服务国内50余家龙头企业,对接企业超200家,目前营业额达400万元,累计创造间接经济效益超2000万元。
团队还与多家涂料生产企业签署战略合作、项目合作等协议,组建“科学家+工程师”联合攻关队伍。目前,龙麟纳纤已累计转化发明专利3项、申请发明专利11项,主导行业标准1项,入选科技型中小企业并完成高新技术企业认定。
“未来,龙麟纳纤仍要死磕涂层领域的‘卡脖子’难题,让每一代产品‘用得住、叫得响’,让‘中国涂层’成为全球产业链的‘必选项’。”胡军如是说。
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