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勇闯“无人区” 熬出“黄金胶”

在很多重要工业领域，比如为高端装备和设备涂层，有一种被广泛应用的关键材料——高性能遥爪型液体氟橡胶（先进反应型高含氟聚合物），它具有高含氟、耐高温、耐化学腐蚀、可高效固化等特性，被誉为“液体黄金橡胶”。但由于我国氟橡胶材料研发起点低、起步晚，长期以来，高端的全氟醚橡胶、高含氟液体氟橡胶等材料仍需大量进口，也因此制约着很多相关产业的发展。

显然，重大技术如果不掌握在自己手里，随时都可能“卡脖子”！

多年来，国内一些科研院所曾尝试攻克液体氟橡胶的研发难题，但想实现完全“驾驭”仍然任重而道远。一直以来,我国高端装备等领域用的氟橡胶材料要么进口依赖度很高,要么使用其他材料替代。渐渐地,在液体氟橡胶研发这条赛道上,鲜有人再愿意去啃这块没什么“滋味”的“硬骨头”。但,这始终是一个难题!

直到2022年，随着沈阳化工大学材料科学与工程学院教授李东翰团队获得“一种高性能端羧基低分子量含氟聚合物制备方法”专利授权，产物相关指标参数达到国际水平，性能可以媲美进口产品，我们的氟橡胶研究才向高性能反应型高含氟聚合物领域，迈出了坚实的一步。现在，在圈子里一说到遥爪型液体氟橡胶，大家首先想到的就是李东翰。

从“面团”到“小麦”

李东翰怎么也没想到，他的博士生涯从一开始就难度拉满。“你先看看关于氟橡胶的文献。”导师轻描淡写的话语,直到10年后的今天,他还记忆犹新。他时常庆幸自己的坚持改变了他的人生轨迹,也让他开启了一段非同寻常的科学探索之路。

对于“氟橡胶”，最初，他只是知道有这种东西，但也仅限于知道。从对其性能、合成方法等略知一二，到如今摸透了含氟聚合物的“脾气秉性”，再到掌握可靠、稳定、高效的合成方法，别人没做成的事，李东翰团队为什么做成了？问题的答案，要从2014年秋天说起。

那年，李东翰刚刚踏进大连海事大学的校门读博士，满心以为自己的研究方向是利用进口的氟橡胶搞加工成型，就像“做面包”一样，按照配方揉捏“面团”，顶多调整调整“口味”或是“花样”。沿着这条路走下去，李东翰也在憧憬着自己“科研的春天”：头几年先尽快搞出几个加工模型，在业内“崭露头角”……

但什么叫意想不到,李东翰入学没几天就体会到了。导师为自己确定的研究方向为合成一种具有端基反应活性的液体氟橡胶。也就是说在形态上要将“固体氟橡胶”变成“液体氟橡胶”并在此基础上实现高性能化。单就变换形态这一点,涉及的工作量就难以想象,这要从最基础的分子结构着手,完全是要开辟一个新的赛道。

如果将氟橡胶比作面团,那么氟橡胶加工等于“做面包”,但导师给他的任务相当于“研究怎么种出小麦”。这两个研究方向看似相关,实则隔着十万八千里。而且可借鉴的“种小麦”知识少得可怜。

在哪儿种小麦?怎么种小麦?想要起步李东翰都不知道先迈哪条腿。前路艰难,只有硬着头皮走！

“得先把涉及氟橡胶的文献读明白。”定下小目标后,李东翰开始查阅文献,只要带有“含氟聚合物”的文章,他都不放过,下载保存到电脑文档中。这场科研征途,像是在没有“导航”的迷雾森林里找出口:国外技术早已“滚瓜烂熟”,核心技术却捂得“里外三层”,文献库里翻来覆去都是些无关痛痒的“边角料”；国内同行摸爬滚打多年,留下的也很少是有效的记录,几乎没有可借鉴的经验。这难道真的是一条科研的“死胡同”吗?

最开始的那段日子,李东翰就像在黑夜里航海却没有灯塔,四周笼罩着未知的黑暗和找不到方向带来的迷茫。这种情况让李东翰的研究一开局就陷入僵局,无从下手。

没有头绪，一切回到原点,一切从头再来。李东翰索性搬来一堆“四大化学”的大部头,还有“氟化学”“药物合成”这些交叉学科的资料,打算沉下心慢慢啃。接下来的半年,他一头扎进办公室里,像个在知识海洋遨游的探险家,就盼着能找到打开遥爪型液体氟橡胶合成秘密的“金钥匙”。

那间办公室不大,桌上的教材和文献堆得像小山包。整天,李东翰就窝在“群山”中间,像拆线团似地一点点梳理,硬是把有用的理论和方法都扒拉出来,记了厚得像砖头般的满满两大本笔记。

本以为这两大块“砖头”能派上大用场,结果后来验证,里面的想法大多都走不通,真正能派上用场的没有多少。但李东翰知道,磨刀不误砍柴工。“这好比盖楼,楼房表面光鲜亮丽,但其实全靠底下的‘基础料’撑着。”李东翰告诉记者,这些知识储备虽然没达到立竿见影的效果,却成了他科研路上的“铺路石”,以前啃一篇文献得耗上一整天,后来几分钟就能看完,效率噌噌地提高。这是一个好兆头,也许,那填饱肚子的最后一个“馒头”很快就出现了。

2018年,博士研究生毕业时,李东翰完成了遥爪型液体氟橡胶的制备、固化及其结构和性能研究,解决了“液体氟橡胶高效制备”的难题,并获评辽宁省优秀博士学位论文。

李东翰接下来的一个决定，让他的液体氟橡胶研究齿轮再次转动，并迎接了一场新的挑战。

给分子“打补丁”

当时,国外的液体氟橡胶材料热分解温度达300℃以上,然而自己合成的材料热分解温度只能达到 240℃左右。差距始终存在,但找不到问题所在。

毕业后,带着尚未解决的“遗留问题”,李东翰回到沈阳化工大学从教,这也是他本科和硕士研究生的母校。在这里,他决定不放弃这个让他“头疼”的遥爪型液体氟橡胶,继续深入研究,找出造成自己合成材料性能差的原因,缩小与国外的差距。

目标定得挺高,可从哪开始着手呢?李东翰提出了一些设想:分子间结构的链长控制得不合理,还是不同原材料配比含量不合理……经过反复试验,设想被残酷地一一否定。“所有常规的办法试过了,就尝试把其他领域的研究办法‘嫁接’过来试试。”李东翰心想。

那段时间,李东翰满脑子想的都是“问题到底出在哪儿了”,逢人总会聊起他正在研究的进展。而正是与一位从事药物合成的专家讨论后,李东翰得到了灵感。

把几乎所有可能都排除了之后,一块靶向药物研发领域的“他山之石”带来了转机。靶向药物研发和含氟聚合物合成的“根”都是有机化学,只是分别属于“药物合成”和“高分子化学”两个不同分支,基础理论相通。

说者无心,听者有意。得到启发的李东翰如获至宝,回到实验室,他开始给自己制备出的材料做分子序列结构解码,即做“靶向CT”,像医生给病人看片子一样,将50多张CT片翻来覆去地比对,终于找到“病因”,第一次明确查找出材料中分子级别的“漏洞”。经过一系列验证,证明这些“分子漏洞”就是造成自己合成的材料性能差的原因。

经过半年的实验比对,李东翰揭开了“分子漏洞”的神秘面纱,找到其病因症结。而更艰巨的任务接踵而至——他要化身“外科医生”以精妙的修复手术,为分子打上“补丁”,改变其性能基因。

想要给分子“打补丁”,需要先建起一座“数据大楼”。“因为要考虑到温度、投料比、试剂浓度等因素的变化,这需要成百上千次试验,才能建立起数据库。”李东翰说,理论上能够作为分子级补丁的材料,有大约6个可能的方向,涉及4种理论体系。

但每个“分子漏洞”都有独特的形态与特性,需要量身定制修复方案。更何况,参数又会衍生出各式各样的变化,导致实验次数呈指数级增长,挑战远超想象。

要在分子级修复的无限可能中锁定最优方案,需要严格控制实验精度,容不得半点误差。为了保证实验添加试剂更方便、调控更精准,李东翰专门定做了实验用的反应温度控制系统、反应器等,并结合实验效果进行了三次优化,最终让连续化反应系统符合实验要求。

2021年,李东翰经过无数次探索尝试,找到了给分子“打补丁”的办法,将自己合成的液体氟橡胶耐高温限度提升了40多摄氏度。“尽管还有差距,但这是一个很好的信号,证明我们的方向对了。”那一刻,李东翰知道自己精心浇灌多年的“科研树”要结果了!

“熬”出来的“翰氟Ⅰ号”

在沈阳化工大学致本楼四楼，有间实验室总是深夜还亮着灯。路过的人常能听见仪器的嗡鸣,还有此起彼伏的“这锅又没成”“按照解析结果,再进行参数优化”的讨论声——可有谁知道,这里正在进行着一场国内氟橡胶技术创新的“逆袭之战”。

说起李东翰研究遥爪型液体氟橡胶的事儿,就不得不提到他带的那群年轻小伙伴这些平均年龄不到25岁的学生,既是他的“徒弟”更是帮他攻克科研难关的“神队友”。从2019年起,李东翰就带着大家一头扎进液体氟橡胶研发里,挑战这个看似“不可能完成的任务”。

为攻克技术难关,研发团队以从零起步的决心,开启长达六载的攻坚之路。他们像大海捞针一样查阅海量资料,逐页研读国内外专业文献,构建起扎实的理论框架。

发令枪一响,这群朝气蓬勃的年轻人也就开启了漫长又充满挑战的实验“马拉松”。每天早上6点半,天刚蒙蒙亮,同学们就跑到实验室,调试精密仪器、准备实验试剂。8点正式开干后,一忙就是十多个小时。大家分工明确,有人负责观察反应、记录数据,有人分析实验结果、优化实验条件。

实验室里,搅拌装置被大家亲切地叫成“锅”,可这“锅”里熬的不是美食,而是无数次希望与失望的循环。起初,做一次实验就得20多个小时,同学们干脆玩起了“接力赛”,开始“三班倒”“四班倒”,日夜守在实验室,生怕错过任何一个细节。

实验室旁边有间小屋子,被大家当成临时“充电站”。屋子被隔成一个个小格子间,大家累了就趴在桌上眯一会儿。冬天屋里冷得像冰窖,全靠暖风机“嗡嗡”吹着续命,时间久了,大家听着这声音都能睡着。

就在这间不起眼的实验室里,奇迹一个接一个诞生。团队成功研制出“翰氟0号”“翰氟 I号”填补了国内技术空白,实现了从无到有的大突破。特别是“翰氟0号”,其氟含量超过70%,达到国际水平。这些成绩背后,是大家查阅整理了几百篇文献、做了上千次实验,用汗水和坚持堆出来的。

“做 1000次实验,就要有1000次失败的准备,更要有做第1001次的毅力。”团队骨干成员于璐说。2021年夏天,连续3个月实验失败,大家都快急哭了。“所有标准操作流程分毫不差连试剂配比都精确到毫克,为何实验数据却越来越槽?”于璐回忆。为了找出失败原因,团队反复核查实验记录,从设备参数到环境变量,每个可能的影响因素都捋了好几遍,却始终无法破解数据异常的谜团。

追根溯源,团队们开始怀疑原料试剂出现了问题。通过再次的交叉验证,果然是原料上“出了岔子”——不同品牌试剂含水量存在细微差异。这个被忽视的关键变量,竟成为挡在实验成功路上的“拦路虎”。这个看似微小的突破,却为研发进程按下了“加速键”。

跨过这个坎儿后，团队迎来技术“井喷”。2022年,他们构建出微波辅助多外场耦合反应强化技术,把原来20小时的反应时间压缩到30分钟。“就像给分子装配了导航系统。”李东翰用汽车生产线比喻技术原理，“微波场就像精密的高速传送带,让氟化反应像组装零件般精准可控。”这项革新不仅将能耗降低80%,更使“翰氟I号”的热分解温度突破310℃,在极端环境下的使用寿命较现有材料延长近50年。

去年,为了响应国家需求,团队成立了沈阳翰盛聚氟材料科技有限责任公司,把实验室里的数据变成实实在在的产品。“现在,很多企业都来谈合作,想定制我们研发的液体氟橡胶。”于璐说。靠着之前打下的扎实基础,团队提出“逆向分子重构”策略,合成了两种新型遥爪型液体氟橡胶,实现了综合性能的进一步提升。

现在,沈阳化工大学致本楼四楼的这间实验室每天依旧运转着,新加入团队的成员在老成员的带领下,渐渐成为实验的行家里手,他们的目标是不断刷新自己的纪录,优化产品性能。也许,未来李东翰还将带领团队将“翰氟产品”优化优化到10号、100号……

记者手记：在无人区种出“科研麦田”

陈博雅

   在采访的最后，李东翰向记者展示了这10年间的实验笔记。纸张已经微微泛黄，边缘也出现了轻微磨损和翘角。这10年间的无数次实验被叠入纸张的褶皱中。他小心翼翼地翻开笔记，像是抚摸着自家孩子的脸庞。这些微微卷起的纸张，不仅记录着数据与公式,更沉淀着科研人最炽热的执着。

从研究初期每天只能读懂半页文献的困顿,到后来发布权威论文的从容,这片充满未知的领域,李东翰带领团队成员用无数次失败和无数次日夜坚守才凿刻出了点点星火。

科研没有现成的道路,这群人的故事就像在无人区的贫瘠土地上种出麦田,虽然播种也不一定有收获,但当第一株麦苗破土而出,便预示着整片麦田的可能。如今，年轻的新成员接过了科研“接力棒”,实验室里讨论声此起彼伏,优化方案也在白板上逐渐成形。他们调试仪器的专注身影，与李东翰从前俯身研究的模样重叠交织。未来，他们还将继续在氟橡胶领域深耕,坚守自己热爱的科研事业。

采访结束后，看着正在忙着实验的团队成员和满是设备的实验室,我突然明白,真正的“科研麦田”,本就该生长在曾被视为不可能的地方。科技创新的征程中,正是因为有无数像李东翰团队这样的科研人员,在无人涉足的领域默默付出,我国众多核心技术才能得以突破,中国的“科研麦田”才会迎来金色的丰收。