創(chuàng)新探索腐蝕 服務(wù)重大工程 ——記華北水利水電大學(xué)李偉華教授

　　腐蝕，在生活中隨處可見，這是一種材料與所處環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用導(dǎo)致的材料變質(zhì)破壞現(xiàn)象。每年4月24日是由聯(lián)合國認(rèn)定的世界腐蝕組織發(fā)起并設(shè)立的“世界腐蝕日(Corrosion　Awareness　Day)”，其使命在于提升公眾對腐蝕和腐蝕控制的了解及重視，呼吁世界關(guān)注通過科學(xué)辦法解決腐蝕問題。與自然災(zāi)害相比，腐蝕雖然算不上“重磅”，但它無時(shí)無刻不在悄然侵入人類的生產(chǎn)與生活，它使材料變廢料、使裝備提前報(bào)廢，給國民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。

　　華北水利水電大學(xué)學(xué)術(shù)副校長、河南省科學(xué)院首席科學(xué)家李偉華教授，從研30年來，一直從事腐蝕與控制創(chuàng)新理論和前沿技術(shù)研究。近年來，她圍繞我國能源、交通、石化及海洋等領(lǐng)域重大基礎(chǔ)設(shè)施的健康服役問題，聚焦典型工程材料在上述服役環(huán)境中的共性失效形式及關(guān)鍵科學(xué)問題，深入研究嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境下工程材料的失效機(jī)理和高效防護(hù)技術(shù)，取得了一系列技術(shù)創(chuàng)新的成果，并推廣實(shí)際應(yīng)用，效果卓著，充分延長了大型工程結(jié)構(gòu)的服役壽命，為我國防腐蝕事業(yè)做出了重要貢獻(xiàn)。

　　探索不息　腐蝕科研結(jié)碩果

　　成功的彩錦綻放出美麗的光芒，為志向的目標(biāo)飄揚(yáng)。李偉華自2006年加入中國科學(xué)院海洋研究所海洋腐蝕與防護(hù)研究中心工作以來，就開始從事海洋工程材料的腐蝕與控制研究工作，在環(huán)境友好型緩蝕劑、阻銹劑和先進(jìn)表面涂層等防腐蝕修復(fù)材料的研究方面取得了重大進(jìn)展。

　　在多年的研究工作中，李偉華先后依托中科院海洋所、中山大學(xué)、華北水利水電大學(xué)和河南省科學(xué)院，重點(diǎn)發(fā)展了嚴(yán)酷環(huán)境材料腐蝕機(jī)理與演變機(jī)制、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕與控制技術(shù)、先進(jìn)表面處理與涂層防護(hù)技術(shù)、天然能源電化學(xué)陰極保護(hù)技術(shù)、工程裝備健康服役智慧運(yùn)維等研究方向，并搭建了近億元的儀器設(shè)備研究平臺，建立了涵蓋教授、副教授、博士等近百人具有多學(xué)科交叉研究基礎(chǔ)的“腐蝕與控制研究團(tuán)隊(duì)”。

　　2022年，在河南省深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動、科教興省、人才強(qiáng)省戰(zhàn)略的感召下，李偉華回到家鄉(xiāng)加入河南科學(xué)院，她所組建的“腐蝕與控制研究團(tuán)隊(duì)”，是一支富有活力的科研團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員最大的30歲出頭，最小的95后剛畢業(yè)，他們分別畢業(yè)于中國科學(xué)院大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中山大學(xué)、武漢大學(xué)、香港理工大學(xué)等知名高校。

　　在30年的科研生涯中，李偉華在腐蝕與控制研究領(lǐng)域取得了諸多標(biāo)志性的科研成果。針對海洋、除冰鹽、鹽堿地等高氯鹽環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋易銹蝕導(dǎo)致的工程結(jié)構(gòu)耐久性不足問題，李偉華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國際上率先開展了靶向阻銹技術(shù)研究，研發(fā)出的靶向阻銹劑可實(shí)現(xiàn)對腐蝕“元兇”氯離子的靶向捕獲和固化，從根源上解決了氯離子引發(fā)的腐蝕問題，可將工程結(jié)構(gòu)的服役壽命延長20-30年。目前，該技術(shù)成果已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)，并應(yīng)用于港口碼頭、橋梁隧道、水利水電、海上風(fēng)電等多項(xiàng)重大工程，獲得2022年海洋科學(xué)技術(shù)獎一等獎。

　　除了靶向阻銹技術(shù)，李偉華還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國際上率先提出并開展了“固-液復(fù)合型”智能自修復(fù)涂層技術(shù)研究，該項(xiàng)技術(shù)成果于2022年獲得了日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎。李偉華希望未來能將該成果真正落地，在不同工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，讓科技創(chuàng)造價(jià)值。

　　作為一名科技工作者，李偉華不忘初心，牢記使命，在科研道路上砥礪前行。用腳步丈量世界，用閱歷填補(bǔ)人生，用汗水鑄就夢想。迄今為止，李偉華已先后主持了各類縱向、橫向項(xiàng)目近50項(xiàng)，取得了系列創(chuàng)新成果，現(xiàn)已發(fā)表SCI收錄學(xué)術(shù)論文237篇，出版學(xué)術(shù)著作8部，授權(quán)發(fā)明專利81件，編訂相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)14項(xiàng)。她開發(fā)的腐蝕控制創(chuàng)新技術(shù)已成功應(yīng)用于多項(xiàng)國內(nèi)外重大工程，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

　　開拓創(chuàng)新　守護(hù)海洋大工程

　　科學(xué)研究是一項(xiàng)充滿創(chuàng)新與探索的過程。對于當(dāng)前我國海洋領(lǐng)域防腐蝕研究，如何保障工程基礎(chǔ)材料和儀器裝備的服役壽命成為開發(fā)南海的技術(shù)藩籬，對此，李偉華負(fù)責(zé)主持完成了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“基于納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)筑的光電材料的可控制備及海工光電陰極保護(hù)機(jī)制研究”。她介紹說，“光電陰極保護(hù)技術(shù)可充分利用南海獨(dú)特的高輻照和光能全年可利用等地理優(yōu)勢(年日照輻射接近6000MJ/平方米，年光照時(shí)間長達(dá)2300h)，通過光生伏打效應(yīng)將清潔光能轉(zhuǎn)化為電能，可用于金屬的腐蝕防護(hù)。”李偉華表示，該技術(shù)既保留了傳統(tǒng)陰極保護(hù)技術(shù)高效和長效的獨(dú)特優(yōu)勢，同時(shí)也解決了傳統(tǒng)犧牲陽極保護(hù)存在的有色金屬浪費(fèi)和外加電流依賴于離岸市電整流的資源浪費(fèi)和能源消耗，可有效服務(wù)“雙碳戰(zhàn)略”。但是目前，光電陰極保護(hù)技術(shù)研究存在“重效能而輕理論”“重機(jī)理而輕應(yīng)用”“局部而不系統(tǒng)”等局限，大部分研究聚焦于材料組裝及光電腐蝕防護(hù)效能的首尾階段關(guān)聯(lián)機(jī)制，對于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)特性、光學(xué)性質(zhì)、光電轉(zhuǎn)換等中間過程缺乏系統(tǒng)研究，無法從整體角度加深對光電陰極保護(hù)技術(shù)的科學(xué)認(rèn)知。

　　據(jù)李偉華介紹，光電陰極保護(hù)技術(shù)的原理是：當(dāng)半導(dǎo)體吸收大于帶隙的能量時(shí)，價(jià)帶中的電子會躍遷至導(dǎo)帶，此時(shí)價(jià)帶會產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的空穴。這些空穴通常會被電解液中的還原性介質(zhì)所消耗，以保證該過程的可持續(xù)性。躍遷后的電子經(jīng)外部導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到金屬表面后，金屬表面會因電子富集而發(fā)生陰極極化，使其電位相較自腐蝕電位發(fā)生負(fù)移動，從而受到保護(hù)。在此過程中，半導(dǎo)體作為陽極，金屬作為陰極，消耗的電子來源于太陽光。就理論而言，光電陰極保護(hù)既不消耗半導(dǎo)體材料，也不消耗外加能量，是一種可持續(xù)的綠色技術(shù)。因此，李偉華從全局層面出發(fā)，深入解析了光電陰極保護(hù)微觀過程，基于“構(gòu)效設(shè)計(jì)”“載流子遷移路徑”“空穴生命總周期”的順序路徑系統(tǒng)研究了光生載流子從產(chǎn)生到應(yīng)用的全過程，遵循“先應(yīng)用，再提高，后擴(kuò)展”的循序漸進(jìn)思路開展了系列理論研究和技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了海洋環(huán)境中金屬結(jié)構(gòu)的高效率、高靈敏陰極保護(hù)，開發(fā)了系列廉價(jià)、環(huán)保的氮化碳基光電陰極保護(hù)關(guān)鍵材料，真正實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)半導(dǎo)體材料應(yīng)用于金屬腐蝕防護(hù)領(lǐng)域的交叉融合創(chuàng)新。目前，可實(shí)現(xiàn)就地保護(hù)的光電陰極保護(hù)技術(shù)需求日益增長，亟需建立系統(tǒng)的光電陰極保護(hù)體系設(shè)計(jì)理論與方法，該技術(shù)可為光電陰極保護(hù)關(guān)鍵功能材料的涂層化、智能化和器件化提供理論指導(dǎo)。

　　收獲憑耕耘，歷盡艱辛，嘉名最美授功臣。李偉華曾榮獲我國腐蝕與控制研究領(lǐng)域國家杰出青年科學(xué)基金，入選國家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、科技部中青年創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，被評為新世紀(jì)巾幗發(fā)明家，還受聘為中國科學(xué)院“特聘研究員”和海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室“卓越科學(xué)家”，獲得省部級一等獎3項(xiàng)，二等獎3項(xiàng)。這些榮譽(yù)不僅是對李偉華科研工作的肯定與褒獎，更是對她研究工作的激勵與鞭策。

　　星霜荏苒，居諸不息;芳華待灼，行而不輟。未來，李偉華將繼續(xù)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)奮戰(zhàn)在防腐蝕研究的最前線，弘揚(yáng)和傳承老一輩科學(xué)家精神，致力科研，創(chuàng)新突破，服務(wù)于我國的重大工程，助力實(shí)現(xiàn)“海洋強(qiáng)國”“雙碳目標(biāo)”等重大戰(zhàn)略，用科技造福社會、報(bào)效祖國。(中國網(wǎng) 文/陳偉)