中国矿业大学材料科学与工程学院副院长冯培忠：以国家需求为己任 发展以资源能源开发研究为导向的学科

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图片：受访人提供、图虫创意

2009年10月，中国矿业大学建校100周年之际，收到了来自时任中共中央总书记、国家主席胡锦涛的贺信，信中这样写道：能源资源是国民经济和社会发展的基础与保证。中国矿业大学作为我国能源资源科技教育重要基地，肩负使命重大，发展前景广阔。

事实上，从诞生伊始，中国矿大材料人的使命就被赋予了。1909年，中国矿大的前身焦作路矿学堂创办之初，就立下“为采矿、冶金和铁路造就专门人才”的办学宗旨。新中国成立后，1954年成立北京矿业学院机械工程系，到了上世纪八十年代，设立机械制造和金属材料热处理两个专业。2000年，机电工程学院改名机电与材料工程学院。2003年，肩负服务国民经济、服务煤炭行业重大使命的中国矿业大学决定恢复材料学科的独立发展，在这一背景下成立了中国矿业大学材料科学与工程学院。

材料科学与工程学院教学楼

作为全国唯一以“矿业”定名的能源资源特色大学，矿大材料人坚持能源矿业的研究和开发，利用这一办学特色，并形成金属材料与表面工程、生物材料及性能评价、矿物材料高效利用、能源、资源与环境材料等四大学科方向。

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以开采光明为己任

“在学科方面，学院未来的发展将结合中国矿业大学的特色，第一个就是面向国家的能源资源战略需求。”中国矿业大学材料科学与工程学院副院长冯培忠在接受《大国之材》采访时强调。

以开发矿业、开采光明为己任，矿大材料人要解决的是煤矿生产方面面临的各种材料问题，如煤矿开采设备亟需的耐磨材料、矿井复杂腐蚀环境下抗腐蚀的功能材料，采矿安全保障的防灭火材料，矿区生态恢复的井下填充材料，以及煤转化的新化工材料等。“煤矿的开采往往要面临非常复杂的环境，如一千多米的矿井对采矿工具的耐磨性、耐腐蚀性就提出了很高的要求。”冯培忠对《大国之材》表示。

中国矿业大学创立初，就已经设置了“矿冶科”，新中国成立后，在煤矿机械用金属材料的设计、加工、热处理等方面开展了大量研究。在金属材料与表面工程方面，矿大材料人主要聚焦在金属材料热处理和耐磨材料及摩擦学领域。

矿大材料人对极端条件下金属摩擦磨损理论的研究可以追溯到上世纪50年代，矿大材料学院在全国首次确立了煤矿提升设备、刮板溜槽和掘采机械关键部位的摩擦磨损机理，研究了适用于刮板溜槽和提升部件的耐磨材料，KD耐磨堆焊焊条及堆焊工艺，每年为煤炭企业节约资金2000多万元。

值得一提的是，矿大材料学院与上海宝钢特钢合作开发出BTW耐磨钢板，完成替代进口材料，每年的产值可达3、4亿元。

“我们在耐磨材料领域是全国为数不多的领先单位之一，当然也包括我们对材料的腐蚀方面的研究。”在煤矿金属腐蚀特殊规律和防护技术研究方面，矿大材料人提出了高导电性煤对金属腐蚀的加速作用理论，解决了多处矿井金属腐蚀的问题。在国内首次开展了煤矿井筒电弧喷涂腐蚀防护技术的研究和应用，高速大功率电弧喷涂腐蚀防护技术和理论研究不断深入，在国内外率先将纳米复合技术应用于电弧喷涂封闭涂层，应用于56对煤矿井筒及大型、特大型钢桥梁的腐蚀防护，年产值达到亿元。

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科研 就要物尽其用

在煤炭开采的过程也伴随着资源利用最大化、煤炭伴生物、副产物的充分循环利用等问题。冯培忠举例到，煤炭被当做发电燃料及燃烧燃料，仅仅利用了其热值，利用程度十分有限。实质上，煤炭还可作为煤制油、煤制甲醇等的原料，甚至当前研究热点的离子电池电极、石墨烯的原材料。此外，煤炭生产过程中产生大量共伴生矿物，例如煤矸石、煤系高岭土等副产物，甚至铀、锗、镓、稀土等贵重的稀有金属。

“包括发电厂产生的粉煤灰怎么利用，很多地方的粉煤灰堆积如山，地方政府很着急，也很担心，我们就面向这些国家急需解决的问题。”冯培忠向《大国之材》表示，矿大材料人通过对矿物粉体材料的制备技术与理论进行深入研究，对其工业应用进行深层次开发。冯培忠举例到，煤系高岭土可做新型陶瓷材料或复合材料，例如制成莫来石、硅藻土，变成吸附材料、隔热材料等。

矿大材料人在矿物粉体材料制备方面取得了累累成果，其纳米高岭土制备等技术已经产业化，发明专利20件，获奖1项，在山东枣庄等地投产，产值3亿元。

针对采矿过后，采空区填埋植被恢复的生态需求，如何保水、保肥、固沙，矿大材料人展开“蓄水渗膜材料”和“复合导水材料”等环境材料的研究，并成功的应用到矿山采空区及沙漠绿化工程。

物尽其用，是矿大材料人的研究特点，矿大材料人展开对矿山固体废物填充与防灭火材料的研究。防灭火材料重点研究三相泡沫防灭火材料、稠化沙浆防灭火材料及技术。利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、氮气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火，大大提高防灭火效率，对特大型火区、采空区煤炭自燃、巷道高冒火区效果显著，已在全国20多个矿区得到应用。

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科研 要造福人类

作为中国机械工程学会摩擦学分会理事长单位，中国矿业大学在摩擦学方面的研究处于领先地位，这也很好的诠释了矿大材料人为什么能在生物材料摩擦学研究领域拥有一席之地，并形成生物材料及性能评价的学科方向。

皮肤摩擦学、眼睛摩擦学、骨骼摩擦学等等都属于生物摩擦学领域，冯培忠举例到，当一个人置换髋关节之后，经过长期使用摩擦，关节可能会掉落一些颗粒，细微颗粒在身体内会产生不良生物反应，如何避免磨屑的形成及延长材料寿命，就挑战着矿大材料人的智慧。

针对生物材料制备及性能评价这一研究方向，矿大材料学院建立了国内首个和亚洲最大的人工髋关节磨损模拟实验平台，在这基础上，制备并综合评价了超高分子聚乙烯等系列关节材料的生物学摩擦性能，为人工关节的生物摩擦学评价仿生设计提供了可靠实验基础；提出生物材料表面分形维数的计算方法及特征粗糙度分形参数的新概念，建立磨损分形预测模型，以及植入体磨屑轮廓、粒度分布、积聚行为等的分形表征理论；研究人体环境及生物介质对典型植入体材料，如超高分子量聚乙烯、生物陶瓷、生物合金等植入材料化学组成、结构和力学性能的影响及材料衰退和降解规律；提出延迟超高分子量聚乙烯降解的方法，研制了抗氧化抗降解药物关节臼材料。基于上述研究，材料学院联合国内外知名研究机构，建立了亚洲人种下肢骨解剖学数据库和运动学数据库，制定了人工关节相关国家标准。

值得一提的是，成功制备钛合金表面生物多孔结构关节柄材料；研制出获得美国、欧盟和国内发明专利的钛合金陶瓷关节球头材料；开发出超高分子量聚乙烯复合关节臼材料；合成仿生关节骨材料，设计出适合亚洲人种特别是中国人的人工关节。

成果产业化方面，矿大材料学院与北大附三院、301医院、江苏人民医院、徐州医学院附属医院展开了深度合作，学校也以此为重要依托，2016年和徐州医科大学联合成立了健康工程研究院。

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科研就要结合特色

为了服务中国矿业大学在资源能源领域的特色，矿大材料人不仅开展了传统能源的研究，而且开展了大量新能源材料的研究，例如，本科生杨进林同学就在Advanced Materials发表了钾离子二次电池负极材料的论文（DOI: 10.1002/adma.201700104 ），此外，矿大材料人近期在离子电池、超级电容器、燃料电池等领域都有所建树，为此获得江苏省高效储能技术与装备工程实验室等平台 。

新中国成立前，中国著名的材料学家、中国矿业大学校友师昌绪曾这样描述自己选择矿冶专业时的想法：一是实业救国的思想根深蒂固，开矿炼钢当属首位。二是西工矿冶系设备比较齐全，焦作工学院原属英商福中煤矿的学校，在沦陷前即搬到后方，图书、设备和标本齐全，因而报考了矿冶系。”（师昌绪自传：在人生道路上. 北京：科学出版社, 2011: 16）

以开发矿业、引领行业、服务国家、造福人类为使命的矿大材料人也紧抱着实业兴国的责任感，服务学校建设世界一流矿业大学，在能源矿业领域代表世界最高学术水平的科技创新和人才培养基地的目标。

为朝着目标前进，矿大人制定了三步走战略。第一步，2020年，整体接近世界一流矿业大学水平，综合实力在国内高校实现进位争先，学术竞争力进入全球高校500强，矿业工程和安全科学与工程2个学科群达到世界一流水平；第二步，到2035年，全面建成世界一流矿业大学，综合实力进入国内高校50强、稳居全球高校500强，更多学科进入世界一流行列，2-3个学科群进入世界顶尖行列；第三步，到2050年，建成世界一流能源科技大学，跻身特色型世界一流大学前列，成为全球能源资源高等教育和科技创新的推动者、引领者。

“我们矿大材料学院追求的一定是服务国家需求，形成不可替代的特色。”冯培忠满怀期待地对《大国之材》说道。

TIPS

科学研究

2个国家重点实验室

• 煤炭资源安全开采国家重点实验室

• 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

1个国家工程实验室

• 矿山互联网应用技术工程实验室

3个国家实验教学中心

• 电工电子国家实验教学中心

• 矿业工程国家实验教学中心

• 能源化工国家实验教学中心

2个国家工程（技术）中心

• 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心

• 煤炭加工洁净利用国家工程技术研究中心

1个国家大学科技园

• 中国矿业大学国家大学科技园

“十二五”以来

• 国家科技奖励 25项，全国高校排名 前10

• 授权发明专利 2070件，全国高校排名 前50

• 第一单位SCIE论文 4116篇，年均增长 32.9%

办学空间

南湖校区2858亩、文昌校区1555亩

建筑面积150余万平方米

学生规模

本科生 23900人

研究生 11000人

留学生 447人

合计35347人

师资队伍

• 教职工总数3200人

• 专职教师1916人，博士比例72.4%，教授424名，副教授746名

• 两院院士16名、俄罗斯外籍院士1名

• 国家教学团队4个、国家创新群体3个、教育部创新群体4个

杰出校友

已培养学生20余万人

22位中国科学院、中国工程院院士

300多位大型煤炭企业领导者

数千名煤炭科技创新的带头人

一纸记载，满腔情怀，欢迎指正

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