在三门峡市城乡一体化示范区,一片占地30亩的现代化厂区悄然崛起。这里是能环(三门峡)国际新材料有限公司所在地,也是中国科学院院士何满潮把国际领先的NPR新材料——“何氏钢”引回故土、实现产业化落地的起点。2022年,这家集研发、生产、销售于一体的高科技企业正式成立,虽仅有18名员工,却凭借一种“既高强又高韧”的神奇材料,站到了全球新材料产业最前沿。
桑梓情深:从三门峡走出的院士,把“硬核”技术带回家
何满潮,三门峡灵宝人,矿山工程岩体力学专家,中国科学院院士,俄罗斯矿业科学院、阿根廷国家工程院外籍院士。这位从豫西大地走出的科学家,身上有着浓厚的家国情怀和桑梓情结。
多年来,何满潮院士在岩石力学与工程领域取得了一系列颠覆性成果:地质灾害监测技术,可提前数小时预警滑坡;发明110、N00采煤工法,将煤炭开采率从45%提升至90%以上;历经18年,成功研发NPR新材料钢。
“科研工作者最大的幸福,就是让科研成果造福家乡、服务国家。”何满潮院士说。2022年,他带着这份沉甸甸的“技术储备”,回到出生地三门峡,推动NPR新材料项目落地市城乡一体化示范区。这一选择,既源于对故土的深情,更源于我市近年来大力推动转型创新、布局新材料产业的战略眼光。
项目落地之初,何满潮便明确了目标,将三门峡打造成中国中西部地区NPR系列产品集散中心,让“何氏钢”从黄河之滨走向全国、迈向世界。
何为NPR?一种颠覆传统的“负泊松比”新材料
18世纪,法国科学家泊松提出,材料在轴向拉伸时,径向会发生收缩,这一比值被称为泊松比。绝大多数传统材料,从普通钢材到混凝土,都遵循这一规律,被称为PR材料。它们受拉时会出现颈缩,局部变细,最终断裂。这一特性在工程中埋下了隐患,矿井锚杆破断、隧道塌方、桥梁垮塌、滑坡灾害……无数事故的根源,都因为材料“不能忍受大变形”。
能否找到一种材料,在受拉时不仅不颈缩,甚至径向变粗?18世纪,法国科学家圣维南曾提出“理想塑性材料”的猜想,但一直停留在理论假设中。
2004年,何满潮院士正式提出NPR(负泊松比)材料猜想。此后18年,他带领团队从宏观构型到微观结构,从实验室配方到工业化生产,一步步将猜想变为现实。2006年、2014年,他先后提出NPR宏观和微观概念,2017年起开始攻关技术和全面铺开应用试点,2020年获批注册商标,2022年在三门峡建成NPR专利钢工业化生产线。至此,全球首条NPR新材料规模化生产线在豫西大地正式运行。
NPR材料的突破性在于,它既高强又高韧,屈服强度在600至1100兆帕之间可调,延伸率可达25%至68%。也就是说,1米的NPR钢材可以被拉伸至1.7米,且均匀伸长,无颈缩现象,彻底解决了普通钢材局部变形断裂难题。更令人惊叹的是,这种材料无磁性,在强磁场下也不会被磁化,抗腐蚀性能格外优异。
在业内专家看来,NPR材料的问世,填补了国际新材料领域的一项空白。截至目前,全球仍然没有同类产品,属于名副其实的“首创”和“领跑”。
硬核实力:从矿井深处到航天前沿的“六边形战士”
3月20日,记者走进能环(三门峡)国际新材料有限公司的生产车间,四条NPR专利生产线正在标准化、自动化运行。棒材、盘圆、锚索、线材……不同规格的产品在这里下线,直径从3毫米到25.8毫米不等,分别应用于不同领域。
工作人员介绍,在煤矿井下,NPR锚杆与锚索配合何满潮院士发明的110工法、N00工法,可将煤炭开采率大幅提升,同时显著增强了巷道围岩的稳定性,有效遏制了顶板垮塌事故。目前,这一技术已覆盖我国五大主要煤炭产区,为国家能源安全提供了坚实的保障。
在地灾防治领域,NPR材料更是创造了“提前预警”的奇迹。利用NPR锚索高强高韧、拉伸不易破断的特性,何满潮院士团队将牛顿力监测技术与北斗卫星系统相结合,实现对滑坡体的实时监测,可提前3.5至20小时发出预警,为人员撤离和设备转移赢得了宝贵的时间。截至目前,该技术已在全国823处地质灾害点应用,成功预报20余次,挽回了大量生命财产损失。
在国家重大工程中,NPR材料更是屡建奇功。木寨岭隧道地处青藏高原东缘,地质条件极为复杂,围岩软弱、埋深大、构造应力强烈,传统支护材料频繁出现严重变形甚至断裂。何满潮院士团队携NPR新材料与开挖应力补偿法介入后,工程得以顺利贯通。南水北调、川藏铁路、三峡工程……一个个“国字号”的项目背后,都有“何氏钢”赋能的映照。
更令人振奋的是,NPR材料应用正向更加高精尖的领域拓展。目前,何满潮院士团队已与中国航天、一汽集团签订战略合作协议,NPR材料在航空航天领域、汽车关键吸能部件等测试中表现卓越。在建筑抗震领域,山东省建筑设计研究院已专门制定NPR材料建筑设计导则。在发震断裂研究领域,利用NPR材料进行牛顿力测量,未来有望攻克地震超前预报这一长期未解决的国际性难题。
荣誉见证:从中国专利金奖到创新创业大赛全国优秀
短短3年间,能环(三门峡)国际新材料有限公司斩获了一系列沉甸甸的荣誉。
2019年,NPR新材料获得国际防灾减灾学会科学成就奖、中国岩石力学与工程学会技术发明特等奖,将NPR材料的技术领先性推向崭新高度。2020年,NPR专利产品荣获第二十一届中国专利金奖,该奖项由世界知识产权组织与国家知识产权局联合颁发,含金量极高。
在创新创业领域,该公司同样表现亮眼:2022年,第十一届中国创新创业大赛,一举拿下三门峡市一等奖、河南省优秀奖、国家优秀奖;2023年,第十二届中国创新创业大赛,再次斩获新材料领域优秀奖。2024年,该公司先后获评中国科技型中小企业、高新技术企业,展现出强劲的创新能力和发展后劲。
在知识产权方面,2024年至2025年,该公司累计获得10项实用新型专利,涵盖特种钢筋对焊机、抗弯检测装置、弯曲机、除锈装置、冷轧机出料端组件、开卷机卷筒支撑组件、打捆机可移动底座、定距切割设备、翻料机缓冲机构、清洗装置等全流程生产工艺,锻造出坚实的核心技术“金刚钻”。(下转第四版)