科研领域

“冷门”往往意味着

漫长的攻坚与未知的风险

北京科技大学新材院材料专业

2021级博士生王金科

却在“材料腐蚀与防护”

这条看似边缘的赛道上

选择了破“腐”沉舟

从本科到博士

在这条路上

他已坚定地走了11年

试图用“小涂层”

守护“大国重器”

北京科技大学新材院材料专业

2021级博士生 王金科

王金科：我们本科阶段属于大类培养，在学习材料科学与工程专业时，会对材料领域形成较为全面的认知。在此过程中，我接触到了腐蚀与防护相关课程。在大多数人眼里，腐蚀是常见且自然的现象，甚至觉得其无关紧要。但通过课程学习，我发现这一研究领域很有意义。老师曾举例说明，腐蚀如同慢性疾病，初期可能仅表现为微小锈迹，然而随着侵蚀加剧，会严重影响材料性能，进而导致管道泄漏、桥梁塌陷等严重后果。基于此，我深刻认识到从事材料腐蚀与防护研究意义重大，这是我选择该方向的重要原因之一。此外，我在硕士报考时选择的导师年轻有为，其学术热情与创新思维极大地激发了我的科研动力，也促使我坚定地选择了这个专业。

王金科：以我们目前研究的智能防腐涂层为例。在大众认知中，涂层或许就只是生活中常见的油漆。然而深入观察便会发现，人体受伤会“出血”，且能通过痛觉感知损伤；而涂层出现破损时，若无人实时监测，很难及时发现和维护。我们的研究目标，是赋予涂层类似人体感知损伤的能力，使其在发生破损时，能够通过颜色变化或荧光显现等方式发出警示。这样一来，我们就能及时对涂层进行修补，更好地保障涂层材料的服役性能，延长金属基底的防腐周期。这种创新性的研究思路与应用价值，正是最吸引我的地方。

据联合国工业发展组织数据，全球每年因腐蚀造成的经济损失高达4.5万亿美元，平均每分钟损失85.6万美元。输油管道每腐蚀1毫米钢材，寿命缩短16年；核电站若延迟1年实施腐蚀控制，维护成本激增300%。这些触目惊心的数字，成了王金科投身“防腐”事业的强大动力。他决心通过系统性研究和持续创新，降低腐蚀带来的经济与资源损耗。

王金科：我们致力于通过系统性研究与持续创新，逐步降低材料腐蚀所带来的经济与资源损耗。虽然材料腐蚀防护技术的突破难以一蹴而就，但凭借长期的技术优化与工艺改进，有望实现腐蚀控制成本的持续下降，从而提升资源利用效率与经济效益。

王金科：首先是涂层防护，这如同为材料穿上“防护衣”；而在石油开采、钢铁轧制等酸性环境中，可添加腐蚀抑制剂，抑制腐蚀进程；此外，还可以通过开展腐蚀监测工作，将材料制成传感器置于不同环境中，实时监测腐蚀变化。这既能为材料设计提供数据支撑，也可监控材料安全状态，当腐蚀达到阈值时，便能促使人们进行及时的维护，这是我们团队当前在腐蚀研究领域的重点工作之一。

王金科：在自预警方面，金属腐蚀过程中会产生金属离子，局部环境的pH值也会发生变化。我们将对金属离子或环境变化有响应的物质，通过微胶囊包覆或纳米材料修饰的方式添加到涂层中。当基底发生腐蚀时，金属离子和pH值的变化会引发涂层颜色或荧光改变，从而实现自预警。在自修复方面，目前有两种策略。其一，对涂层树脂进行改性设计，使其在受到较小损伤时，通过可逆化学反应实现自动融合，修复划痕；其二，将腐蚀抑制物质通过微胶囊包覆引入涂层，当涂层遭受较大损伤、难以通过树脂进行愈合时，微胶囊中的腐蚀抑制物质会在腐蚀环境中释放，在金属表面形成保护膜，阻止腐蚀加剧。

王金科：每一次取得阶段性成果都让我倍感充实。特别是当我们的研究成果与企业实际需求对接时，发现这些理论研究不止是停留在纸面上，更能够切实帮助企业优化技术，提升防腐涂层产品性能，这种理论与实践结合的时刻尤为珍贵。

以防腐涂层研究为例，科研中人们往往聚焦于涂层防腐性能或自预警等智能响应功能，但实际服役环境复杂多变。如在南海地区，涂层会受到强紫外光暴晒和风雨侵蚀，这种环境因素对涂层的影响是潜移默化的，与直接的机械损伤截然不同。当我们尝试将提升涂层环境适应性与开发涂层自预警功能进行整合时，发现想兼顾两者需要进行长时间的材料筛选，并且在随后涂层设计过程中需要经过大量实验验证，这是极具挑战性的工作。

王金科：我们团队在全国多地设有实验站点，将自主设计的新型材料及常用的基础材料部署到各站点，在真实环境中采集数据。区别于传统将涂覆涂层的金属片简单暴晒的方式，我们通过布设传感器，实时监测环境变化、材料腐蚀及老化数据，从而建立环境因素与腐蚀状况的关联模型。

王金科：以缓蚀剂添加为例，若直接将其加入涂层，因其可能会与涂层自身发生反应，导致涂层出现缺陷或性能劣化。为此，我们采用微胶囊包覆技术，但该技术仍面临诸多难题：一是需提高微胶囊的缓蚀剂负载量，低负载率难以满足涂层性能提升需求；二是需防止环境突变导致缓蚀剂提前释放，这要求对微胶囊进行改性和多层包覆；三是工业化生产问题，现有实验室制备的微胶囊产量较低，应用于企业生产时，必须优化制备工艺以提升产能，确保技术的实际应用价值。

在科研领域，高校科研成果的转化至关重要，王金科对此深有体会。在他看来，科研成果不应只停留在实验室，只有转化为实际应用，才能真正发挥价值。博士阶段，他曾同时面临课题悬而未定，项目争分夺秒的双重压力。但他始终坚信，“迎难而上才是科研人员的基因”。正是这份坚持与协作，让实验室里的创新构想，逐渐转化为解决实际问题的生产力，在材料防腐领域绽放光彩。

王金科：我们团队已与多家企业开展合作。在电泳漆领域，通过自主研发的微纳米胶囊技术将环保型缓蚀剂融入电泳漆产品，对企业原有环保性不足的表面处理工艺进行绿色化升级与替代。

王金科：矛盾确实存在。企业侧重成果实际应用与成本控制，追求降本增效；实验室研究则主要聚焦前沿理论，深挖腐蚀与防腐机理。但在合作中，我们可以通过优化工艺、简化流程满足企业需求，同时将机理研究成果反哺产品研发，实现学术价值与商业价值的双向赋能。

王金科：企业项目与学术研究、博士论文既相互关联又各有侧重。部分项目与博士研究课题高度契合，推进较为顺利；也有项目与课题存在差异。我认为，在博士阶段，基础研究与应用研究相辅相成，共同促进学术成长。

王金科：初期确实面临时间管理难题。经过实践，我逐渐总结出一些有效策略：一是保持良好心态，避免焦虑影响效率；二是强化沟通，与导师、企业方及时反馈问题，协调解决；三是灵活规划工作，实验室人员密集时侧重理论研究与数据整理，实验条件宽松时集中开展课题与项目实验，通过“错峰工作法”提升整体效率。

王金科深知，材料腐蚀研究之路道阻且长。在年均万亿级的防腐市场背后，是关乎国家经济命脉与重大工程安全的责任。他将继续扎根科研一线，攻克智能防护技术瓶颈，以科研智慧为国家发展贡献青春力量。

王金科：过去，材料防腐研发多采用“试错法”，研发成果具有不确定性，即便凭借经验积累，材料性能提升也存在局限性。未来，技术革新将从两方面展开：其一，实验方法将向高通量方向发展。通过专用设备，可同时开展100种或更多种不同样品的研发实验，相较传统单次单样品的模式，大幅缩短研发周期。其二，大数据与人工智能技术将深度融入防腐涂层领域。通过大数据技术广泛收集各类材料在不同环境下的腐蚀数据，如同建立庞大的“材料腐蚀病例库”，为针对性设计高性能防腐材料提供数据支撑；人工智能则可基于环境参数、腐蚀因素及材料性能指标构建分析模型，实现快速匹配最优解决方案，显著提升研发效率。这些技术将成为材料防腐领域未来发展的重要方向。

王金科：腐蚀问题对国民经济、生态环境及重大工程安全均产生显著影响。我们的核心使命在于，通过技术创新缩短耐蚀材料研发周期，研发性能更优的耐蚀材料，为国家重大战略工程提供技术保障。具体而言，一是着力降低腐蚀控制成本，当前该领域成本约占国民经济总量的3% - 5%，通过技术进步减少资源消耗，为国家节约经济开支；二是为潜艇、航空航天等高端装备领域提供高性能防腐材料支撑，助力国家重大装备技术突破，增强核心竞争力；三是延长建筑、交通等行业中防腐材料的检修与更换周期，降低全生命周期成本，提升资源利用效率。作为青年科研工作者，我们能做到的就是有一份热，发一份光。