【皖美这五年:马鞍山变形记】 横跨长江两岸的马鞍山,因钢设市、因钢立市。

  钢铁给这座城市带来繁荣的同时,也带来了废弃矿山水土流失和水体污染、长江岸线脏乱差等突出生态环境问题,成为城市发展的“伤疤”。

  近年来,马鞍山市从生态环境问题整改入手,积极推进生态修复,长江生态治理、产业转型等举措,正逐渐“变形”成为一座既充满生机和活力又富有历史底蕴,集现代文明与历史文化于一体的城市。

  用“特色”铺就发展“底色”

  这个国庆节,含山县太湖村,乡村旅游可谓热力四射,人气爆棚。

  太湖山、凌家滩旅游车辆“川流不息”,拓展训练基地夏令营“火热开战”,老鹅汤特色美食游客“慕名而来”,特殊民宿“一房难求”……

  在打赢脱贫攻坚战过程中,含山县铜闸镇太湖村充分利用毗邻景区和国家级文保单位的优势,丰富形式内容,融合资源优势,着力“借船出海”“留人生财”,促生村级集体经济“造血功能”,走出了一条符合自身实际的乡村旅游特色扶贫产业发展之路。

  据悉,太湖村结合自身实际和优势,注重培育特色,发展乡村旅游,自然景观、红色资源、休闲农业等多种类型产业错位互补,目前已初步形成“一红一绿、一动一静、一荤一素”的乡村旅游“六个一”特色。“

  一红”就是复原渡江战役后方野战医院旧址,打造全市红色革命传统教育基地;“一绿”就是建设八姓、东庄、刘李、王村等美丽乡村,发展休闲观光和有氧健身旅游。“一动”就是建设安徽省规模最大、设施设备最先进的“和平使命”综合射击拓展训练基地;“一静”就是依托太湖禅寺等历史文化资源,建设“太湖禅意”手工植染工作坊和青舍民宿,提供禅修田园休闲体验。“一荤”就是提升发展老鹅汤特色美食,新建“汤和谐院”等星级农家乐;“一素”就是建设600亩现代休闲农业项目,发展中药材及有机瓜果蔬菜。

  近年来,马鞍山依托生态资源,乡村旅游迸发出的无限生机与活力,为“美丽经济”铺就了发展底色,也为产业融合发展埋下了伏笔、提供了契机。

  可以说,马鞍山的每一步发展、每一次腾跃,从来没有离开过“绿色”、“生态”、“可持续”的发展理念,绿色基因早已深深融入这座城市的血脉。

  “绿水青山就是金山银山。”马鞍山记住并践行这个亘古不变的道理,牢固树立绿色发展理念,以打造宜业、宜居的生态强市为目标,孜孜不倦地用心守护着身边的绿水青山和头顶的蓝天白云。

  从“脏乱差”到“美如画”

  一双双新人正在这里拍摄婚纱照,一群群游人正在漫步其中,一队队学生正在举行集体活动……

  夕阳西下,位于马鞍山市的薛家洼生态园内,绿意浓浓,景色宜人。

  原来的景象可不是这样,马鞍山市花山区住建交运局重点工程办公室主任陶小庆坦然,曾经的生态环境问题非常突出,

  曾经,这里被当地老百姓戏称为“五毒俱全”。作为长江东岸的一个天然港湾,986亩的土地上曾集中着非法码头、“散乱污”企业、畜禽养殖场、固废堆场,还聚集着200多条渔船。脏乱差曾是这里最真实的写照。

  两年前,在遵循修复长江生态环境的理念下,当地政府开始对这里进行综合整治。“我们拆除了沿线的非法码头,关停搬迁了散乱污企业,拆解了渔船,建设了沿江游道、停车场等设施。”

  陶小庆自豪地说,如今,薛家洼生态园美景如画。从昔日“脏乱差”到如今“美如画”,薛家洼生态园正逐步成为马鞍山市的城市生态客厅。

  位于马鞍山市主城区东部的向山镇,是慈湖河、采石河两条横贯主城区通江河流的源头,现存9个采矿区、3个排土场、10个尾矿库、11个无主废石堆场,生态问题点多面广,涵盖土壤污染、水体污染等各类型。

  由于历史久远、成因复杂,山体裸露、固废堆积等问题难以根治,一些闭坑矿山未及时进行生态修复。各类城市生产生活废弃物处置项目大都集中在向山地区,给当地生态环境带来更多压力。

  同时今年,马鞍山市向山地区生态环境综合治理项目成功获批EOD模式试点,开启矿山生态修复治理新篇章。

  据统计,近年来,马鞍山市强化矿产资源整合,合理布局全市矿山企业,高效利用矿产资源,经整合(关闭)后,矿山数量从2005年的300余个减少到现在的43个。如今,矿区绿树成荫、花团锦簇,在蓝天、白云、碧水的映衬下,呈现出赏心悦目的“高颜值”。

  让“智变”成为“质变”

  站在马钢运营管控中心的巨型显示屏前,你可以从实时动态和数据中亲身感受到铁前从原料运输到铁水生成的所有工序产线。

  钢铁,是这样“智”成的!

  “生产效率大幅提升,智慧制造功不可没。”中国宝武马钢股份制造管理部副部长周全的话语里透着自豪。

  原料、烧结、焦化、高炉……各操作区域的大屏幕上,实时显示着现场生产画面,工作人员坐在电脑前,有条不紊地下达指令。

  “这是目前国内覆盖产能规模最大、集控操作距离最远、工序产线最齐全的炼铁智慧集控制中心,覆盖了铁前从原料运输到铁水生成的所有工序产线,实现了生产流程互联互通,甚至连大洋上的铁矿石运输船都能精确定位。”周全介绍。

  通过该系统可以实现数据不落地、信息不过滤、指令不打折,运行保稳定!

  “市场竞争的关键在效率。过去打电话、看报表,现在都是‘信息跑’、实时看,而且全在一块屏上!”周全说,对生产状况的实时把控,让管理决策更加精准高效。

  “一个最典型的例子,高炉出铁需要铁水罐车装运。通过大屏实时掌控动态信息,精准高效调度,铁水产量不断攀升,铁水罐周转率也明显上升。仅此一项全年可节约成本2000万元。”

  据悉,去年12月份以来,宝武马钢大力推进智慧制造,以炼铁智控中心和运营管控中心为代表的一批智慧制造项目全面建成投用。越来越多的“在线”“远程”“无人”操作,显著提升了产线生产能力。从“制造”到“智造”,带来的是协同更高效、管理更扁平、人员更精干。

  数字化、智能化与钢铁生产的深度融合,更催生了一系列“化学反应”,让“智变”发生了“质变”。

  今年1-8月份,马钢盈利收入已超过去年全年并翻了一番!整个马钢,智慧制造的加速推进,正在引发这座传统钢企的深刻变革,焕发出新的活力。

【飞丝走线“织就”百万次超折叠导电材料】近年来,柔性电子尤其是可穿戴器件发展迅速,有望为人们的工作和生活带来翻天覆地的变化。然而,当它们在朝着便携、变形等方向进一步发展的过程中,遭遇了导电材料无法大量无损真折叠的瓶颈问题。

比如,目前热炒的可折叠手机实际上只是利用了一个旋转轴,根本无法进行任意折叠;一些可穿戴电子设备不可避免地要遇到反复折叠的问题,至今也无法解决。若要解决这些问题,超折叠导电材料无疑是关键的一环。

实际上,人们对导电材料的折叠已经进行了大量的探索,可距离超折叠性能仍相差甚远,哪怕千次以上的无损真折叠也无法实现。

近日,来自同济大学、上海师范大学以及大连理工大学的科研人员,在用化学键理论阐明本征导电材料不能经受大量真折叠原理的基础上,应用超材料设计思想和仿生设计思路,使用改进的静电纺丝/梯度碳化技术,首次仿生制备了一种可承受100万次乃至无限次真折叠而无任何损伤的超折叠导电碳材料(SFCMs)。相关研究成果在线发表于《物质》(Matter)。

【难啃的超折叠“骨头”】

在日常工作和生活中,人们常常存在一个认识误区,那就是认为导电材料的折叠根本不是事儿。

实则不然。比如,金属材料是由无方向性的金属键组成的,因而具有一定的柔韧性,可以进行弯曲甚至少量折叠。但金属键作为化学键的一种,也是短程力,经不住180°真折叠的大幅度的调度,多次折叠带来的损伤积累最终会导致断裂。

导电高分子是由共轭大∏键组成的,具有双键性质,并且比单键具有更多的刚性,经受不住大的变形,更不必说反复折叠了。

以单层石墨烯、单根碳纳米管和碳纳米纤维为代表的碳材料通常被认为具有很好的柔性,但实际上石墨烯是由sp2杂化的大的共轭Π键构成的超薄平面结构,其中共轭Π键具有双键性质,无法承受大量反复的真折叠;碳纳米管其实相当于卷曲的石墨烯,碳纳米纤维中含有大量的石墨化结构,自然经受不住反复的真折叠。

总之,目前的本征导电材料在理论上和实践上都不能承受大量次数的真折叠。如果要实现超折叠性能,需要设计出能够避免化学键直接面对折叠的应力分散结构。

为此,人们进行了大量的探索,通过引入不同的孔结构、调节组装单元间的界面作用、组装不同的立体结构,制备出如金属网格、瓦楞状石墨烯多层膜、竹节状的碳纳米纤维等柔性导电材料,因此它们的柔性得到了有效的提升。原本只能弯一弯的材料变得可以折叠,甚至有的材料在以结构损伤为代价的前提下可以实现千次的折叠。

遗憾的是,由于没有理论的指引,科研人员一直在黑暗中摸索,使得现有材料的折叠性能远远不能满足实际使用的要求,更谈不上超折叠。

山重水复疑无路,柳暗花明又一村。一次参观蚕厂的机会,让同济大学的科研人员倍受启发,走出了一条实现超折叠结构和性能的“仿生之路”。

【源于喷丝作茧的灵感】

人类养蚕抽丝已有数千年的历史,家蚕通过神奇的飞丝走线技艺喷丝作茧,为生产柔软的丝绸提供了优质的原材料。但是这种生蚕茧质地僵硬,不能直接制造纺织品。劳动人民在生产实践中发现,通过简单的碱煮缫丝就能同步实现蚕茧解交联、造孔和膨化等复杂变化,使之由僵硬变得超柔,能够承受大量反复折叠同时产生了ε折叠结构。

“家蚕吐丝—做茧—缫丝等一系列过程能够获得具有超折叠能力的熟蚕茧及其自然形成的‘ε’折叠结构。这些都为超折叠导电材料的制备提供了正确的设计思想与合理的设计路线。” 此项工作的通讯作者之一、同济大学化学科学与工程学院教授吴庆生告诉《中国科学报》。

如果能够对这个制备过程和最终结构进行模仿,那么超折叠的结构和性能有可能实现。基于这样的想法,吴庆生和同济大学特聘研究员吴彤领衔的研究团队使用仿生的高分子静电纺丝来模仿家蚕的喷丝作茧过程和类似的网络结构;进一步通过梯度升温原位碳化模仿缫丝过程,不仅同时实现了材料的解交联、造孔和膨化,而且赋予材料导电特性。最终,通过过程和功能的联合仿生技术,实现了导电超折叠材料的制备(见图)。

图2:制备超折叠碳材料的仿生设计

(同济大学供图)

随后,科研团队对该材料的柔性尤其是折叠性能进行了系统的研究。不仅通过自制的折叠机对它承受反复折叠的能力进行了考察,而且通过自主设计的SEM微观动态观察系统首次实现了折叠过程的实时解析。结果发现,它能够承受超过100万次的反复折叠而没有任何的微结构损伤和导电率变化。而实时折叠观察揭示了这种突破性的无损超折叠能力起源于折叠时形成的ε结构的全面应力分散作用。

这种导电柔性材料的问世,不仅实现了导电材料在超折叠性能上的突破,还弄清了其在折叠过程中的应力分散机制,为其他超折叠导电材料的制备指明了方向。与此同时,该项研究还将解决一系列折叠相关的柔性电子器件的瓶颈问题,乃至为任意变形的电脑/手机一体化超柔设备的制造带来曙光。

【创新永不止步】

研究结果的取得令人振奋,但过程中的个中滋味却只有亲历者才能体会。在研究过程中,研究人员也曾遇到很多困难,甚至一度冒出放弃的念头,但最终还是依靠坚强的意志和团队的力量,经过三年多的刻苦攻坚,终于取得了成功。

对于超折叠材料的实现而言,摆在科研团队面前的最大难题是至今无人知道什么样的构造可以实现超折叠。后来由于受到熟蚕茧能够超折叠并且产生ε结构的启发,明白了其中的构造奥秘,难题便迎刃而解。

如何实现这种构造的制备,是团队亟需解决的第二个难题。家蚕的喷丝作茧过程与常用的高分子静电纺丝工艺非常相似。但是现有的大量静电纺丝工作都没有实现超折叠的结果。“这说明生搬硬套老方法是完全行不通的,必须在传统的静电纺丝中闯出一条新路来。于是我们通过大量的仪器改造和技术优化探索,终于迎来了超折叠碳材料的诞生。”本研究第一作者、同济大学博士昝广涛告诉《中国科学报》。

在科学探索的道路上,创新永无止境。“下一步,我们将会把本工作建立的理论和方法拓展到更多更广的超折叠材料和设备中去。让可折叠手机等柔性电子设备变得收放自如,让可穿戴器件可以自身发电、自由活动、随意洗藏,让折纸式手机/电脑一体化早日实现。”吴庆生充满信心地表示。https://t.cn/A6MSZrLU

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