科研領域

“冷門”往往意味著

漫長的攻堅與未知的風險

北京科技大學新材院材料專業

2021級博士生王金科

卻在“材料腐蝕與防護”

這條看似邊緣的賽道上

選擇了破“腐”沉舟

從本科到博士

在這條路上

他已堅定地走了11年

試圖用“小涂層”

守護“大國重器”

北京科技大學新材院材料專業

2021級博士生 王金科

王金科：我們本科階段屬于大類培養，在學習材料科學與工程專業時，會對材料領域形成較為全面的認知。在此過程中，我接觸到了腐蝕與防護相關課程。在大多數人眼里，腐蝕是常見且自然的現象，甚至覺得其無關緊要。但通過課程學習，我發現這一研究領域很有意義。老師曾舉例說明，腐蝕如同慢性疾病，初期可能僅表現為微小銹跡，然而隨著侵蝕加劇，會嚴重影響材料性能，進而導致管道泄漏、橋梁塌陷等嚴重后果。基于此，我深刻認識到從事材料腐蝕與防護研究意義重大，這是我選擇該方向的重要原因之一。此外，我在碩士報考時選擇的導師年輕有為，其學術熱情與創新思維極大地激發了我的科研動力，也促使我堅定地選擇了這個專業。

王金科：以我們目前研究的智能防腐涂層為例。在大眾認知中，涂層或許就只是生活中常見的油漆。然而深入觀察便會發現，人體受傷會“出血”，且能通過痛覺感知損傷；而涂層出現破損時，若無人實時監測，很難及時發現和維護。我們的研究目標，是賦予涂層類似人體感知損傷的能力，使其在發生破損時，能夠通過顏色變化或熒光顯現等方式發出警示。這樣一來，我們就能及時對涂層進行修補，更好地保障涂層材料的服役性能，延長金屬基底的防腐周期。這種創新性的研究思路與應用價值，正是最吸引我的地方。

據聯合國工業發展組織數據，全球每年因腐蝕造成的經濟損失高達4.5萬億美元，平均每分鐘損失85.6萬美元。輸油管道每腐蝕1毫米鋼材，壽命縮短16年；核電站若延遲1年實施腐蝕控制，維護成本激增300%。這些觸目驚心的數字，成了王金科投身“防腐”事業的強大動力。他決心通過系統性研究和持續創新，降低腐蝕帶來的經濟與資源損耗。

王金科：我們致力于通過系統性研究與持續創新，逐步降低材料腐蝕所帶來的經濟與資源損耗。雖然材料腐蝕防護技術的突破難以一蹴而就，但憑借長期的技術優化與工藝改進，有望實現腐蝕控制成本的持續下降，從而提升資源利用效率與經濟效益。

王金科：首先是涂層防護，這如同為材料穿上“防護衣”；而在石油開采、鋼鐵軋制等酸性環境中，可添加腐蝕抑制劑，抑制腐蝕進程；此外，還可以通過開展腐蝕監測工作，將材料制成傳感器置于不同環境中，實時監測腐蝕變化。這既能為材料設計提供數據支撐，也可監控材料安全狀態，當腐蝕達到閾值時，便能促使人們進行及時的維護，這是我們團隊當前在腐蝕研究領域的重點工作之一。

王金科：在自預警方面，金屬腐蝕過程中會產生金屬離子，局部環境的pH值也會發生變化。我們將對金屬離子或環境變化有響應的物質，通過微膠囊包覆或納米材料修飾的方式添加到涂層中。當基底發生腐蝕時，金屬離子和pH值的變化會引發涂層顏色或熒光改變，從而實現自預警。在自修復方面，目前有兩種策略。其一，對涂層樹脂進行改性設計，使其在受到較小損傷時，通過可逆化學反應實現自動融合，修復劃痕；其二，將腐蝕抑制物質通過微膠囊包覆引入涂層，當涂層遭受較大損傷、難以通過樹脂進行愈合時，微膠囊中的腐蝕抑制物質會在腐蝕環境中釋放，在金屬表面形成保護膜，阻止腐蝕加劇。

王金科：每一次取得階段性成果都讓我倍感充實。特別是當我們的研究成果與企業實際需求對接時，發現這些理論研究不止是停留在紙面上，更能夠切實幫助企業優化技術，提升防腐涂層產品性能，這種理論與實踐結合的時刻尤為珍貴。

以防腐涂層研究為例，科研中人們往往聚焦于涂層防腐性能或自預警等智能響應功能，但實際服役環境復雜多變。如在南海地區，涂層會受到強紫外光暴曬和風雨侵蝕，這種環境因素對涂層的影響是潛移默化的，與直接的機械損傷截然不同。當我們嘗試將提升涂層環境適應性與開發涂層自預警功能進行整合時，發現想兼顧兩者需要進行長時間的材料篩選，并且在隨后涂層設計過程中需要經過大量實驗驗證，這是極具挑戰性的工作。

王金科：我們團隊在全國多地設有實驗站點，將自主設計的新型材料及常用的基礎材料部署到各站點，在真實環境中采集數據。區別于傳統將涂覆涂層的金屬片簡單暴曬的方式，我們通過布設傳感器，實時監測環境變化、材料腐蝕及老化數據，從而建立環境因素與腐蝕狀況的關聯模型。

王金科：以緩蝕劑添加為例，若直接將其加入涂層，因其可能會與涂層自身發生反應，導致涂層出現缺陷或性能劣化。為此，我們采用微膠囊包覆技術，但該技術仍面臨諸多難題：一是需提高微膠囊的緩蝕劑負載量，低負載率難以滿足涂層性能提升需求；二是需防止環境突變導致緩蝕劑提前釋放，這要求對微膠囊進行改性和多層包覆；三是工業化生產問題，現有實驗室制備的微膠囊產量較低，應用于企業生產時，必須優化制備工藝以提升產能，確保技術的實際應用價值。

在科研領域，高校科研成果的轉化至關重要，王金科對此深有體會。在他看來，科研成果不應只停留在實驗室，只有轉化為實際應用，才能真正發揮價值。博士階段，他曾同時面臨課題懸而未定，項目爭分奪秒的雙重壓力。但他始終堅信，“迎難而上才是科研人員的基因”。正是這份堅持與協作，讓實驗室里的創新構想，逐漸轉化為解決實際問題的生產力，在材料防腐領域綻放光彩。

王金科：我們團隊已與多家企業開展合作。在電泳漆領域，通過自主研發的微納米膠囊技術將環保型緩蝕劑融入電泳漆產品，對企業原有環保性不足的表面處理工藝進行綠色化升級與替代。

王金科：矛盾確實存在。企業側重成果實際應用與成本控制，追求降本增效；實驗室研究則主要聚焦前沿理論，深挖腐蝕與防腐機理。但在合作中，我們可以通過優化工藝、簡化流程滿足企業需求，同時將機理研究成果反哺產品研發，實現學術價值與商業價值的雙向賦能。

王金科：企業項目與學術研究、博士論文既相互關聯又各有側重。部分項目與博士研究課題高度契合，推進較為順利；也有項目與課題存在差異。我認為，在博士階段，基礎研究與應用研究相輔相成，共同促進學術成長。

王金科：初期確實面臨時間管理難題。經過實踐，我逐漸總結出一些有效策略：一是保持良好心態，避免焦慮影響效率；二是強化溝通，與導師、企業方及時反饋問題，協調解決；三是靈活規劃工作，實驗室人員密集時側重理論研究與數據整理，實驗條件寬松時集中開展課題與項目實驗，通過“錯峰工作法”提升整體效率。

王金科深知，材料腐蝕研究之路道阻且長。在年均萬億級的防腐市場背后，是關乎國家經濟命脈與重大工程安全的責任。他將繼續扎根科研一線，攻克智能防護技術瓶頸，以科研智慧為國家發展貢獻青春力量。

王金科：過去，材料防腐研發多采用“試錯法”，研發成果具有不確定性，即便憑借經驗積累，材料性能提升也存在局限性。未來，技術革新將從兩方面展開：其一，實驗方法將向高通量方向發展。通過專用設備，可同時開展100種或更多種不同樣品的研發實驗，相較傳統單次單樣品的模式，大幅縮短研發周期。其二，大數據與人工智能技術將深度融入防腐涂層領域。通過大數據技術廣泛收集各類材料在不同環境下的腐蝕數據，如同建立龐大的“材料腐蝕病例庫”，為針對性設計高性能防腐材料提供數據支撐；人工智能則可基于環境參數、腐蝕因素及材料性能指標構建分析模型，實現快速匹配最優解決方案，顯著提升研發效率。這些技術將成為材料防腐領域未來發展的重要方向。

王金科：腐蝕問題對國民經濟、生態環境及重大工程安全均產生顯著影響。我們的核心使命在于，通過技術創新縮短耐蝕材料研發周期，研發性能更優的耐蝕材料，為國家重大戰略工程提供技術保障。具體而言，一是著力降低腐蝕控制成本，當前該領域成本約占國民經濟總量的3% - 5%，通過技術進步減少資源消耗，為國家節約經濟開支；二是為潛艇、航空航天等高端裝備領域提供高性能防腐材料支撐，助力國家重大裝備技術突破，增強核心競爭力；三是延長建筑、交通等行業中防腐材料的檢修與更換周期，降低全生命周期成本，提升資源利用效率。作為青年科研工作者，我們能做到的就是有一份熱，發一份光。