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  “雪龙2”号涂装新材料、极地低温度的环境模拟实验平台通过验收，正抢占极地科技制高点。

  北纬80度的浩瀚冰原上，“雪龙2”号极地科考破冰船宛如一柄狭长的红色利刃，割开一米多厚的冰层，驶向茫茫北极。

  鲜为人知的是，这一破冰船上，涂装有来自中国科学院宁波材料技术与工程研究所自主研发的新材料。

  9月25日，这一成果，在首届极地海洋装备关键材料论坛上亮相。作为论坛主办方，该所海洋关键材料全国重点实验室不只带来了这一件“破冰”惊喜——

  同日，极地低温度的环境模拟实验平台宣布通过验收，成为全国首个集多因子环境模拟实验舱、冰力冲击实验舱、低温力学原位表征实验舱、低温盐雾试验箱、低温砂尘试验箱、高低温力学试验机等六大子系统于一体的大型综合实验平台。

  它能够在-70℃的极地低温条件下，模拟风、雪、冰、霜、冻雨、紫外、阳光等多种外因，并实现对材料在近服役状态下的快速表征。

  “这标志着宁波在极地海洋装备关键材料研究领域已展开系统性布局，迈出了坚实而富有前瞻性的一步。”中国工程院院士薛群基评价。

  “‘雪龙2’号出航极地后，经过验证，中国科学院宁波材料所研发的低温防冰耐磨涂层通过了实海考核验证。”在首届极地海洋装备关键材料论坛上，海洋关键材料全国重点实验室蓝席建高级工程师用翔实的图片和数据展现了成效。

  在严酷的冰雪世界，零下50℃的超低温会让材料结构发生异变，“即便是钢铁，也会变得像蛋壳一样脆弱。”参加论坛的海洋装备金属材料及其应用全国重点实验室刘鹏程副研究员解释，这便是材料的“低温脆性”现象。

  不止超低温，极地海域中，风雪、盐雾、风沙、海冰冲击、紫外线辐照等多种外因耦合，共同构成了对材料性能的极端考验。

  破冰船割开冰层后，浮冰会在水面涌动，锋利的冰块挤压、撞击、摩擦着船体，极易造成船体损伤。从海面蒸发、升华的水雾，还会悄然凝结在船体上，形成厚厚的冰层，成为行船的沉重负担。

  中国科学院宁波材料所研发的极地低温系列涂层可通俗地看作“破冰涂层”和“防冰涂层”。

  破冰涂层，宛如一面充满弹性的“盾牌”，软硬两种涂层分别承担着不同的任务。软涂层“以柔克刚”，在受到冲击时将冲击粒子反弹出去，减少材料表面划痕的产生；而硬涂层“刀枪不入”，每平方厘米能承受100kg以上的冲击力，以极高的硬度起到坚实的防御作用。

  防冰涂层则具备超疏水特性，水珠在该涂层表面可以迅速滚落。这种效应源于材料表面极小的固-液接触面积，使水滴难以附着，以此来实现自动防冰效果。薄薄的一层涂层，因为科学技术创新的力量，而具有了神奇的作用。

  “雪龙2”号长122.5米，宽22.3米，是中国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船，能破除1.5米高的冰层、0.2米厚的雪。

  自2019年起，中国科学院宁波材料所研发的破冰涂层在北方某基地持续开展户外验证。2024年该涂层首次在“雪龙2”号破冰船上开展示范涂装。在“雪龙2”号顺利完成航行任务后检查发现，涂层主体保持完好，经受住了实船“大考”。

  “极地”号破冰船上，工作人员正在检测中国科学院宁波材料所研发的特种涂层。图源中国科学院宁波材料所

  因此，今年在“雪龙2”号出海航行前，在中国极地研究中心全力支持下，再次进行了破冰涂层涂装验证工作。

  实践表明，我国自主研发的极地防护材料正不断走向成熟。但与此同时，一个更为根本的问题浮现：能否在实验室里模拟极地环境，让材料验证不再完全依赖成本高昂、周期漫长的实船航行？

  论坛上，薛群基院士透露，极地低温度的环境模拟实验平台已经在中国科学院宁波材料所通过验收，中国科研人员拥有了一个可以在地面“复刻”极地严酷条件的“演武场”。

  它由中国科学院宁波材料所王立平所长亲自布局，历时近3年，突破了低温兼容、原位监测、环境仿真、动态跟踪等系列关键技术，构建了一个接近真实服役状态的极地多因素耦合复杂环境。

  据平台负责人蓝席建介绍，该平台包含多因子环境模拟、冰力冲击、低温力学原位表征、低温盐雾、低温沙尘、高低温力学六大子系统，可模拟最低-70℃极地低温多因素耦合复杂服役环境下极地关键使役材料的损伤与失效过程。

  走进冰力冲击实验舱，一股冷气直扑全身，头顶飘着雪花，冰水池内是一层厚厚的冰，一艘船模型已经起航，正开展破冰实验。

  “现在的温度是-53℃，最低温度可达-70℃，接近极地海洋装备服役的最低温度。”该所海洋关键材料全国重点实验室参与平台建设的伍大恒博士介绍，冰水池长18米、深度超过90厘米，可为极地船舶材料在冰面上的性能测试提供实验条件。

  低温盐雾试验箱用于模拟极地海洋大气腐蚀环境，其工作时候的温度范围为-10℃至50℃，可以评估材料在低温盐雾条件下的耐腐蚀和抗老化性能。换言之，这一实验平台既能打造一个“微缩版”的综合极地环境，也能将盐雾、沙尘等单一因素精准“剥离”出来，进行独立测试。

  “它的最大价值，在于能让我们‘看见’材料在极端环境下损伤失效的动态全过程。”蓝席建介绍。

  极地低温度的环境模拟实验平台突破了以往仅知材料“服役前”和“失效后”状态，却难窥其中演变过程的瓶颈，为材料的精准设计和迭代升级建立了新的捷径。

  “该平台以极地关键材料原位监测和分析表征为特色，填补了我国极地材料快速模拟验证平台的空白，成为连接实验室研究和实际应用的桥梁。”薛群基院士表示。

  随着极地海域成为各国争夺的战略要地，极寒环境材料研发能力已成为决定未来极地话语权的关键。

  “从国际权威分级看，‘雪龙2’号的破冰等级相当于PC3级。目前它主要选择在气温相比来说较高的春秋季进行极区作业，尚不足以满足在低于零下30℃的极寒天气下正常科考作业。”中国航海学会极地航行与装备专业委员会主任黄嵘指出。

  美国地质调查局估计，北极地区未发现的石油和天然气储量约占全球未探明储量的22%。那里还蕴藏着丰富的铁矿、煤炭、铜、镍、稀土等矿产资源，以及南极磷虾、北极鳕鱼等独特生物资源。

  此外，地球上约70%的淡水资源以冰的形式储存于极地，北极航道更是能显著缩短亚欧美之间的航程，具有极高的经济与科研价值。

  “海洋关键材料全国重点实验室定位明确，不与企业在常规船体材料上竞争，而是专注于高性能防腐防污及特种功能涂层、特种合金、复合材料及尖端防护技术等高端环节。”薛群基院士表示。

  本次论坛海洋关键材料全国重点实验室联合了中国航海学会极地航行与装备专业委员会、哈尔滨工程大学、上海海事大学、海洋装备金属材料及其应用全国重点实验室等优势单位，旨在构建产学研协同的创新体系，支撑我国极地装备新材料的自主可控与跨越式发展。

  针对极地与深海钻探需求，已开发出适用于钻头、轴承等核心部件的高导热金属基复合材料及高强韧金属陶瓷复合材料。

  研发多维结构增强的新型海洋重防腐涂料，利用其独特的多维协同屏障结构，有效阻隔氯离子、水、氧的渗透。

  攻克了多维结构材料易团聚、难分散以及材料跨尺度多界面弥散强化等技术瓶颈，相关成果已实现产业化应用。

  “极地，极寒，这个极端环境里，正是我们科研人员应建功立业的地方。”薛群基院士说。