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随着新能源汽车、高端制造、军工等行业的快速发展 ， 我国制造业越来越注重复合材料行业发展 。 且随着我国“2030年碳达峰、2060年碳中和”目标的提出 ， 复合材料的发展优先级越来越靠前 。 为了深入了解复合材料行业存在的问题及发展策略 ， 《Carbontech magazine》杂志副主编李彬彬特约采访力学和复合材料学家杜善义院士 ， 杜院士在接受采访时说：“ 我们要重视复合材料的基础研究!”
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您是全国第一个航天学院的首任院长 ， 前段时间 ， 哈工大电致变色技术完成我国首次空间验证 ， 这是我国首次开展电致变色技术在空间环境下的性能验证 ， 电致变色在航空领域有何应用？
杜善义院士：
电致变色材料是光学属性在外加电场作用下 ， 可发生稳定、可逆变化的材料 ， 在表面表现为颜色和透明度的变化 。 电致变色材料应用广泛 。 实际上这种材料早就有了 ， 比如说在飞机上应用 ， 787的飞机舷窗就可以变色（你要睡觉了可以变成深色 ， 营造一种黑暗的环境） ， 建筑节能玻璃及汽车玻璃变色都是用它 。 电致变色材料可以根据需求调整 ， 既可以做到吸光 ， 也可以做到透光 。 作为一种材料 ， 伴随着需求 ， 其性能与功能不断提升 ， 对可见波段颜色的变化可用于军事伪装 ， 而中远红外波段的热辐射调控可应用在航天器的智能热控系统 。 哈工大复合材料所李垚教授研究团队作了10年的研究和攻关 ， 2021年10月完成了我国首次电致变色热控器件的空间验证 。
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在航空航天领域 ， 结构轻量化是永恒的主题 。 您团队诞生了多项轻量化多功能复合材料项目 ， 也助力我国航空航天和基础设施领域取得突破性进展 。 你觉得复合材料在航空航天领域应用最大的难题是什么？
杜善义院士：
复合材料在航空航天领域应用主要存在以下几个问题 。
第一就是设计问题 。 我国复合材料的结构件设计以跟踪替代应用为主 ， 自主设计应用能力较弱 。 比如材料的许用值及设计值 ， 在飞机复合材料结构设计和验证中 ， 是设计和审定的基础和依据 。 在应用复合材料设计时 ， 能允许它有多大的设计载荷对于复合材料应用而言非常重要 ， 从这些方面来看我们还是需要进一步来提高 。 材料的许用值选的太低 ， 材料的性能优势发挥不出来 ， 选的太高 ， 应用的安全性无法保障 ， 所以这是一个非常重要的问题 。 复合材料工作者必须对其进行科学表征 。
第二就是应对服役环境变化的问题 。 不同的飞机有不同的应用场景 ， 有通用飞机 ， 客机 ， 军机、直升机 ， 无人飞机等 。 复合材料也需要根据这些环境的变化进行设计 ， 这本身对研究者也是一个挑战 ， 所以这也是一个很重要的问题 。
第三就是成本的问题 。 目前复合材料的成本来还是偏高的（也许从全寿命周期看 ， 复合材料的成本可能比使用金属的低） 。 降低原材料成本以及设计制造成本 ， 对于复合材料应用而言也是一个非常重要的问题 。
第四就是复合材料多功能化的问题 。 比如高速飞行器或者高超声速飞行器 ， 还需要解决热的问题 ， 所以对于复合材料而言 ， 就希望它既要有轻量化 ， 又需要耐高温以及其他功能等 。 这样就给材料设计与制造带来许多问题 ， 这些问题也是复合材料在航空航天领域应用中需要攻破的关键技术问题 。
第五就是用量问题 。 国际上碳纤维在航空航天领域的应用占全部应用的20%左右 ， 但我们国家目前应用占比不到10% 。 未来航空上还需要有大量的应用 。 我国研制的 ARJ 21 支线客机复合材料用量占比约为2% ， 正在研制的C919中型客机复合材料用量占比约为13% ， 而国外最新研制的波音787、空中客车A350等大型客机复合材料用量占比则达到 50% 以上 。 欧洲直升机公司的 NH90 直升机复合材料达到了 95% ， 而国内新型直升机 Z10 的复合材料用量占比仅为 34% 。