创新探索腐蚀 服务重大工程 ——记华北水利水电大学李伟华教授

　　腐蚀，在生活中随处可见，这是一种材料与所处环境介质发生化学或电化学作用导致的材料变质破坏现象。每年4月24日是由联合国认定的世界腐蚀组织发起并设立的“世界腐蚀日(Corrosion　Awareness　Day)”，其使命在于提升公众对腐蚀和腐蚀控制的了解及重视，呼吁世界关注通过科学办法解决腐蚀问题。与自然灾害相比，腐蚀虽然算不上“重磅”，但它无时无刻不在悄然侵入人类的生产与生活，它使材料变废料、使装备提前报废，给国民经济造成严重损失。

　　华北水利水电大学学术副校长、河南省科学院首席科学家李伟华教授，从研30年来，一直从事腐蚀与控制创新理论和前沿技术研究。近年来，她围绕我国能源、交通、石化及海洋等领域重大基础设施的健康服役问题，聚焦典型工程材料在上述服役环境中的共性失效形式及关键科学问题，深入研究严酷腐蚀环境下工程材料的失效机理和高效防护技术，取得了一系列技术创新的成果，并推广实际应用，效果卓著，充分延长了大型工程结构的服役寿命，为我国防腐蚀事业做出了重要贡献。

　　探索不息　腐蚀科研结硕果

　　成功的彩锦绽放出美丽的光芒，为志向的目标飘扬。李伟华自2006年加入中国科学院海洋研究所海洋腐蚀与防护研究中心工作以来，就开始从事海洋工程材料的腐蚀与控制研究工作，在环境友好型缓蚀剂、阻锈剂和先进表面涂层等防腐蚀修复材料的研究方面取得了重大进展。

　　在多年的研究工作中，李伟华先后依托中科院海洋所、中山大学、华北水利水电大学和河南省科学院，重点发展了严酷环境材料腐蚀机理与演变机制、钢筋混凝土结构腐蚀与控制技术、先进表面处理与涂层防护技术、天然能源电化学阴极保护技术、工程装备健康服役智慧运维等研究方向，并搭建了近亿元的仪器设备研究平台，建立了涵盖教授、副教授、博士等近百人具有多学科交叉研究基础的“腐蚀与控制研究团队”。

　　2022年，在河南省深入实施创新驱动、科教兴省、人才强省战略的感召下，李伟华回到家乡加入河南科学院，她所组建的“腐蚀与控制研究团队”，是一支富有活力的科研团队，团队成员最大的30岁出头，最小的95后刚毕业，他们分别毕业于中国科学院大学、清华大学、复旦大学、中山大学、武汉大学、香港理工大学等知名高校。

　　在30年的科研生涯中，李伟华在腐蚀与控制研究领域取得了诸多标志性的科研成果。针对海洋、除冰盐、盐碱地等高氯盐环境混凝土结构钢筋易锈蚀导致的工程结构耐久性不足问题，李伟华带领团队在国际上率先开展了靶向阻锈技术研究，研发出的靶向阻锈剂可实现对腐蚀“元凶”氯离子的靶向捕获和固化，从根源上解决了氯离子引发的腐蚀问题，可将工程结构的服役寿命延长20-30年。目前，该技术成果已实现工业化批量生产，并应用于港口码头、桥梁隧道、水利水电、海上风电等多项重大工程，获得2022年海洋科学技术奖一等奖。

　　除了靶向阻锈技术，李伟华还带领团队在国际上率先提出并开展了“固-液复合型”智能自修复涂层技术研究，该项技术成果于2022年获得了日内瓦国际发明展金奖。李伟华希望未来能将该成果真正落地，在不同工业领域实现产业化，让科技创造价值。

　　作为一名科技工作者，李伟华不忘初心，牢记使命，在科研道路上砥砺前行。用脚步丈量世界，用阅历填补人生，用汗水铸就梦想。迄今为止，李伟华已先后主持了各类纵向、横向项目近50项，取得了系列创新成果，现已发表SCI收录学术论文237篇，出版学术著作8部，授权发明专利81件，编订相关行业标准14项。她开发的腐蚀控制创新技术已成功应用于多项国内外重大工程，产生了巨大的经济和社会效益。

　　开拓创新　守护海洋大工程

　　科学研究是一项充满创新与探索的过程。对于当前我国海洋领域防腐蚀研究，如何保障工程基础材料和仪器装备的服役寿命成为开发南海的技术藩篱，对此，李伟华负责主持完成了国家自然科学基金面上项目“基于纳米异质结构筑的光电材料的可控制备及海工光电阴极保护机制研究”。她介绍说，“光电阴极保护技术可充分利用南海独特的高辐照和光能全年可利用等地理优势(年日照辐射接近6000MJ/平方米，年光照时间长达2300h)，通过光生伏打效应将清洁光能转化为电能，可用于金属的腐蚀防护。”李伟华表示，该技术既保留了传统阴极保护技术高效和长效的独特优势，同时也解决了传统牺牲阳极保护存在的有色金属浪费和外加电流依赖于离岸市电整流的资源浪费和能源消耗，可有效服务“双碳战略”。但是目前，光电阴极保护技术研究存在“重效能而轻理论”“重机理而轻应用”“局部而不系统”等局限，大部分研究聚焦于材料组装及光电腐蚀防护效能的首尾阶段关联机制，对于半导体材料的结构特性、光学性质、光电转换等中间过程缺乏系统研究，无法从整体角度加深对光电阴极保护技术的科学认知。

　　据李伟华介绍，光电阴极保护技术的原理是：当半导体吸收大于带隙的能量时，价带中的电子会跃迁至导带，此时价带会产生相应数量的空穴。这些空穴通常会被电解液中的还原性介质所消耗，以保证该过程的可持续性。跃迁后的电子经外部导线转移到金属表面后，金属表面会因电子富集而发生阴极极化，使其电位相较自腐蚀电位发生负移动，从而受到保护。在此过程中，半导体作为阳极，金属作为阴极，消耗的电子来源于太阳光。就理论而言，光电阴极保护既不消耗半导体材料，也不消耗外加能量，是一种可持续的绿色技术。因此，李伟华从全局层面出发，深入解析了光电阴极保护微观过程，基于“构效设计”“载流子迁移路径”“空穴生命总周期”的顺序路径系统研究了光生载流子从产生到应用的全过程，遵循“先应用，再提高，后扩展”的循序渐进思路开展了系列理论研究和技术攻关，实现了海洋环境中金属结构的高效率、高灵敏阴极保护，开发了系列廉价、环保的氮化碳基光电阴极保护关键材料，真正实现了先进半导体材料应用于金属腐蚀防护领域的交叉融合创新。目前，可实现就地保护的光电阴极保护技术需求日益增长，亟需建立系统的光电阴极保护体系设计理论与方法，该技术可为光电阴极保护关键功能材料的涂层化、智能化和器件化提供理论指导。

　　收获凭耕耘，历尽艰辛，嘉名最美授功臣。李伟华曾荣获我国腐蚀与控制研究领域国家杰出青年科学基金，入选国家“万人计划”科技创新领军人才、科技部中青年创新领军人才，被评为新世纪巾帼发明家，还受聘为中国科学院“特聘研究员”和海洋科学与技术国家实验室“卓越科学家”，获得省部级一等奖3项，二等奖3项。这些荣誉不仅是对李伟华科研工作的肯定与褒奖，更是对她研究工作的激励与鞭策。

　　星霜荏苒，居诸不息;芳华待灼，行而不辍。未来，李伟华将继续带领团队奋战在防腐蚀研究的最前线，弘扬和传承老一辈科学家精神，致力科研，创新突破，服务于我国的重大工程，助力实现“海洋强国”“双碳目标”等重大战略，用科技造福社会、报效祖国。(中国网 文/陈伟)