为可持续未来打造更优橡胶 | 推广

——专访中国西安交通大学校长张立群

自人类文明诞生以来，材料就不断塑造着我们的世界。其中，橡胶因其卓越的可塑性与适应性，在工业与日常生活中扮演着不可或缺的角色，从轮胎和鞋履，到胶粘剂和密封件，橡胶可谓无所不在。面对全球可持续发展的迫切需求，包括张立群在内的材料科学家们正积极探索绿色橡胶的未来。

为何可持续材料研究如此重要？

当今世界，资源枯竭、温室气体排放和环境污染等问题正威胁着全球生态平衡。因此，我们需要研发兼具低碳、高性能、耐久性与可回收性的材料，推动其应用于包装、交通运输、电子设备等多个领域。

在众多材料中，橡胶尤为值得关注。它广泛存在于我们的日常生活之中，同时也带来了严峻的环境挑战。例如，汽车轮胎在使用过程中会不断磨损，产生的微小橡胶颗粒被归类为微塑料，占海洋微塑料污染的28%。

请介绍一下您的研究。

自1988年以来，我一直从事橡胶材料的研究。这类高分子材料因其优异的弹性和黏弹性，在全球市场上每年价值高达4000亿美元。

传统的生物基天然橡胶主要源自巴西橡胶树（Hevea brasiliensis）的乳胶，这种树木通常生长在印度尼西亚、巴西等热带雨林地区，受地理环境的限制。我们团队探索了一种替代的天然橡胶来源——蒲公英。我们已在中国五个非热带省份成功种植并提取了蒲公英橡胶。

另一大类橡胶是合成橡胶，其主要来源是化石燃料石油中的石油化工产品。为了寻找可再生替代品，我们团队利用植物源糖类、淀粉和纤维素，设计和开发了多种生物基合成橡胶。这些生物质原料通过发酵然后合成为高分子材料，不仅能够吸收二氧化碳，还能替代化石来源的橡胶材料，实现低碳生产。目前，针对两种不同的生物基合成橡胶，我们各建了一条年产1万吨的生产线。

如何处理现有的废旧橡胶？

我们的另一项核心研究方向是废旧橡胶的循环利用。我们开发了一种创新性的废旧轮胎再生工艺，该方法可打破橡胶材料中的硫-硫交联键——正是这一三维交联网络赋予了橡胶卓越的弹性和耐热性，但也导致其化学稳定性极高，难以降解或回收。我们的工艺能够将废旧橡胶重新转化为可加工、可重复利用的原材料。整个回收过程连续、高效、安全，并且污染极小。目前，我们已与国内外企业合作，在中国和欧洲建立了30条生产线，每年可回收15万吨废旧橡胶。

贵校在可持续材料研究方面还有哪些重要进展？

我们的可持续材料研究涵盖多个领域，包括高性能金属材料、清洁能源技术以及低成本催化剂。例如，在高强度耐热铝合金方面，我们通过引入钪（Sc）原子，成功生成高度稳定的纳米级析出相，使铝合金在400°C的高温环境下仍能保持卓越的力学性能。这一研究成果已在2023年发表于《自然-材料》¹，并有望在航空航天和汽车制造等领域得到广泛应用。

在氢能研究方面，我校的团队发现了一种显著提升铂催化剂效率的方法。通过调整催化剂表面的拉伸或压缩应变（即表面应变），铂催化剂在化学反应中的活性得到了极大增强。该研究成果在2021年发表于《自然》²。

未来的研究方向是什么？

未来，人工智能（AI）与材料基因组学方法的结合将成为推动材料科学创新的重要手段。材料基因组学通过高通量计算和实验生成海量材料数据，利用数据分析揭示材料结构与性能之间的关系。结合AI技术，我们能够设计出具备更优性能、更低成本、更高效率的可持续材料。

宏观层面，我认为强有力的政策支持与国际合作至关重要，这将有助于推动可持续材料研究不断向前发展。

西安交通大学将如何进一步加强可持续材料研究？

我们计划组建专门的跨学科研究团队，同时加大对学生及青年学者的培养力度。此外，我们还将积极拓展国际合作，以期产出更多突破性、具有实际价值的科研成果，进一步提升学校在全球学术界的影响力。

参考文献：

1. Xue, H. et al. Nat. Mater.22, 434–441 (2023). 

2. He, T. et al. Nature, 598, 76–81 (2021). 

了解更多：

http://en.xjtu.edu.cn

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学校在机械工程、能源科学与工程、材料科学、计算机科学、电子电气工程、工商管理以及人工智能等领域均位列全球前列。在2026年建校130周年之际，西安交通大学将继续以创新科研攻坚全球挑战。

• 软科世界大学学术排名（ARWU）第95位

• 《美国新闻与世界报道》（U.S. News & World Report）全球绿色与可持续科技领域高校排名第10位

• 《美国新闻与世界报道》（U.S. News & World Report）排名中，4个学科跻身全球前10，14个学科位列全球前50

• 过去十年间，全国高校国家级科研奖项获奖数量排名第5位

• 拥有11个国家重点实验室，及中国西北地区唯一的国家医学中心

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