酷炫的彩繪護目鏡、可以消失在土裡的“小白鞋”，用土豆、玉米為原材料制作的可降解口香糖……北京化工大學科研團隊研發出一系列“黑科技”産品，學校學生體驗過後直呼“太強了！”

3D複印彩繪護目鏡

前不久，北京化工大學教務處、機電工程學院、藝術與設計系、工程訓練中心聯合舉辦了科教融合實踐育人成果展暨“北化師生喜迎二十大，彩繪萬副護目鏡”系列活動。

活動中，同學們聚集在展台前，挑選自己喜愛圖案的彩繪模貼在“3D複印”護目鏡上，紛紛戴上合影留念，稱贊“太酷炫了！”

小編了解到，彩繪護目鏡由北京化工大學機電工程學院利用自主研發的“3D複印”智能模塑成型技術生産制造。

“3D複印”是高分子材料最重要的加工方式之一，學校高分子材料加工成型與先進制造（英藍）實驗室主持研發的系列化“3D複印”智能成型裝備使我國徹底打破國外技術和市場壟斷，成果獲得國家科技進步二等獎2項，省部級科技進步一等獎5項。

“3D複印技術以模塑成型為核心，通過掃描、制模、成型一體化的智能系統構建，實現具有複雜結構特征光學級零件的三維立體快速複制。”機電工程學院教授謝鵬程告訴小編， 3D打印技術大家十分熟悉，它通過材料的逐層累加可以做出任何複雜結構的産品，但是效率低、精度差、成本高。而團隊提出的“3D複印”技術卻能極好地解決上述問題。

“受3D打印的啟發，我們首次提出了3D複印的概念，模塑成型裝備就像複印機一樣，模具一開一合就完成了一個立體産品的複制，生産一副護目鏡隻需30秒。”謝鵬程說道。同時，這項技術已在各種光學級塑料零件生産制造中得到廣泛應用，例如汽車車燈組件、全塑天窗，手機精密鏡頭組、高端樹脂眼鏡片等。

早在四年前，謝鵬程所在英藍團隊就已經在探索建立圍繞産業鍊、創新鍊的“新工科”人才培養模式。在中國塑料機械工業協會的倡議和推動下，國内首家“中國塑機創新人才培養基地”在北化建校六十周年時正式落戶昌平新校區，超過20餘家企業捐贈了30餘套高端裝備，放置在學校工程訓練中心為同學們創新實踐提供最好的平台。

新冠疫情爆發期間，謝鵬程帶領團隊克服困難，利用“3D複印”技術應急生産了1萬多副護目鏡，全部捐給了武漢抗疫一線，為前線抗疫工作人員提供急需的防護物資。

“大學階段所有工科學生都會參加工程訓練環節。傳統工程訓練課程僅以金工實習為主，隻能做個金屬錘子，這一傳統代代相傳延續了幾十年。”依托團隊研發的“3D複印”技術，謝鵬程直接将防疫護目鏡智能生産線搬上了工訓課堂，傳統金工實習也轉型升級為現代“高工實習(高分子材料加工工藝實習)”，很好地滿足了現代制造業對于高端人才實踐能力培養的要求。

去年，高工實習課程更是面向所有工科學生開放，每學期2500名同學都能獲得一個自己親手制作的護目鏡作為紀念品。

今年臨近國慶節時，同學們想把喜迎二十大的心情通過彩繪的形式，體現在自己親自制作的護目鏡上。藝術系的同學們負責彩繪創意設計，工科同學負責護目鏡3D複印。通過在彩繪貼膜上打上激光微孔，既不影響視覺又十分美觀。“科研成果支撐實踐教學，’藝工結合’展現北化特色。”謝鵬程說道。

在活動中，一幅幅彩繪護目鏡擺在展台上，吸引了很多學生的目光。有參與生産的同學在朋友圈中驕傲的曬出戴着彩繪護目鏡說道，“不得不感慨3D複印技術太牛了！”還有打卡彩繪護目鏡的同學表示，“太強了，确實好看，很有科技感！”

護目鏡還僅是個開端，謝鵬程謀劃的利用“3D複印”技術生産創意産品水晶手機支架即将上線。未來學生們親自參與從“創意設計”到“生産制造”的一系列新産品，将源源不斷的成為實踐教學課堂的新内容。

最近，謝鵬程還在思考：當學生拿着自己現場生産的咖啡杯去接一杯自己釀的啤酒，會是一種什麼樣的體驗呢？看着昌平校區工訓中心隔壁的啤酒生産線，謝鵬程誕生了這個有趣的想法。

他半開玩笑地說：“啤酒我們已經喝過了，啤酒杯智能化生産線也已調試完成，舉杯共飲的時刻即将到來。”在謝鵬程看來，這不僅是科研成果轉化帶給學生的成就感，也是學科交叉成果最直接的體現。“現在流行DIY（自己動手制作），那就讓我們的學生也來DIY。”這對學生的啟發和收獲比純粹的課堂理論教學要生動得多。

能消失在土裡的“小白鞋”

白色的鞋底、鞋面，搭配綠色的走線級一顆椰子樹圖案，誰能想到這樣一雙簡單的小白鞋，實際上是款“黑科技”——其鞋底的原材料，由土豆、玉米、澱粉發酵而得；穿舊後，把鞋底埋在土裡，經過半年左右時間，它會變成水和二氧化碳，直接降解掉。

今年，北京化工大學張立群院士、王朝教授科研團隊開發出了全生物基可降解鞋，并将首批初期500雙鞋子，送給了學校學生和後勤保障人員。

據了解，長期以來，由于國際上沒有可生物降解的橡膠材料，難以制備可生物降解鞋底，嚴重限制了全生物降解鞋的發展。而中國每年可産生多達近10億雙的廢棄鞋，如不能有效回收利用和處理，極易對自然環境造成威脅。

“不光是鞋底，還有輪胎等橡膠制品，都存在難以降解的問題。那時候我們就在想，能不能開發出一種新型可降解的橡膠材料來代替傳統橡膠材料，既能解決生活用品淘汰後的污染問題，又能解決橡膠領域可持續發展的問題。”從2019年起，王朝教授團隊成員聚焦服務國家“雙碳”戰略，以“創新，低碳，環保，健康”為理念，緻力于開發全生物基可降解鞋。

按照國家标準GB/T19277.1-2011，通過國家塑料制品質量監督檢驗中心檢測，可降解鞋鞋底橡膠在130天内70%以上完全變成水和二氧化碳，不會對環境産生污染。

經過幾年的研究，北化工的科研團隊做到了。

其實在更早之前，團隊已經可以利用從土豆、玉米這些澱粉類的植物中發酵出來的成分，制作生物基的聚酯橡膠。但鞋底有它的特殊性，要耐穿、耐磨、有彈性、軟硬适中、能和鞋面粘合住。對此，團隊展開了一系列的粘合實驗和生物降解性能實驗。

“鞋底既要可降解，又不能降解太快。鞋子穿一個月沒了，那也不行。”王朝說，團隊将鞋底放進土壤、河水、海水中，分别進行實驗，不斷記錄鞋子的降解速度，并在後期配方中不斷調整，提高穩定性。

一般來說，将鞋底進行90度彎折大于5萬次不斷裂，才能證明鞋底的質量沒問題。為了既保證鞋底能夠承受一定強度，同時兼顧耐磨、防滑的特性，團隊又不斷調整材料。

第一波鞋底硫化過程中，由于鞋底太厚導緻硫化程度不夠，在放了一段時間後，鞋底出現降解變軟，手指一扣就扣下來了。

第二批進行工藝改進後，雖然硫化程度夠了，而且穩定性也變好了，但是鞋底又太硬了。

……

在研發的過程中，鞋子的樣品一波一波做出來。直到團隊終于成功做出了樣鞋，大家又親身穿着可降解鞋子踩在雨水裡、泥土裡……一段時間過後，鞋底完全沒有變化。這款“小白鞋”的研發，終于成功了。

在進行小批量生産後，團隊将小白鞋送給了北化工的同學們，還特意做了小程序，讓學生反饋情況。

“開始我們收到的反饋結果并不多，後來我們去問才知道，有一半學生說，都沒舍得穿。我們就跟大家說，穿完了還給換新的！”王朝說，後續，他們還會不斷根據學生的反饋，對配方進行調整。

“鞋子放幾年也不會有變化的，但埋進土裡就不行了，慢慢就降解掉了。”王朝介紹道，在學校發布了這項成果後，很多鞋企都找來尋求合作，還有一些做手套、瑜伽墊、橡膠護具的廠家，也都對可降解材料有同樣的需求。

“黑科技”口香糖也可實現降解

過去，口香糖被亂吐在地上，無法降解，清理麻煩還不易清幹淨。利用生物基可降解聚酯橡膠材料，同樣可以開發可降解的口香糖。

可降解口香糖的原材料，同樣是從土豆、玉米種發酵出來的，嚼在嘴裡放心。而且就算是吐在地上，經過1、2個月左右，也會完全分化為水和二氧化碳。

“我們自己已經做出來一批口香糖了，雖然從表征性能結果上看和市場上的口香糖相似，但我自己嚼過後發現，嚼着嚼着就軟了，咀嚼性還不太夠。”王朝說，如果未來能尋找到一個好的口香糖合作夥伴，就可以将可降解的口香糖也推向市場了。

文/北京青年報記者 葉婉

編輯/高豔

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