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[中國化工報]創新跑出加速度——南京工業大學勇奪第四屆中國大學生Chem-E-Car一等獎側記

“目標13米,不能多也不能少。”隊員們心中默念著,精確的計算、精準的稱量、定量的反應、精密的運轉,由化學能驅動和化學反應控制的小車穩穩地停在了離終點線5厘米處。第四屆中國大學生Chem-E-Car線上競賽現場傳來南京工業大學化工學院Sailing隊全體隊員的歡呼聲,他們將最終成績鎖定在并列第一,斬獲性能競賽一等獎。

起跑:答不完的賽題

Chem-E-Car競賽是美國化學工程師學會面向世界大學生所組織開展的一項運用化學工程原理和技術的競賽。比賽要求參賽者綜合考慮能源、環境、安全等多種因素,進行創新性設計,制造出小車模型。在比賽開始前一小時告知小車的載重量和確切的行駛距離后,參賽隊伍需設計合理的化學反應和反應用量,使小車行駛一定距離后自動停止,停在最靠近終線的小車獲得勝利。

小車如何跑起來?小車如何跑到給定的距離后精確地停下來?小車行駛過程中如何避免污染?這一道道難題擺在Sailing隊的面前。“我當時問他們準備怎么辦?他們毫不猶豫地回答,要做得不一樣,要創新。”Sailing隊指導教師、南工大化工學院楊廣明老師為隊員們點贊。

加速:剎不住的創新

在2月出爐的設計方案中,控制組的同學們把利用蔗糖旋光效應和過氧化氫反應的控制方案擺到了組會上,動力組和設計組的組員們眼前為之一亮。

“蔗糖具有旋光性,當偏振光通過蔗糖溶液時,不同顏色的光旋光度不同。”控制組組長高建紅解釋道,“為使蔗糖溶液能自覺實現高度變化,我們在方案中加入了過氧化氫反應過程,反應生成的氧氣施加壓力,使蔗糖溶液高度不斷下降。這樣,偏振光通過水位變化的蔗糖溶液時,不同的旋光度會使光從藍色變成紫色,再通過攝像頭傳到樹莓派,樹莓派檢測到特定顏色后,繼電器切斷電路,縮短控制時間。”

其實,在最終的控制方案出爐之前,控制組的同學們嘗試過五六種可以變色的反應過程,如甲基藍的光致變反應、靛藍胭脂紅的還原變色反應、茶水變色反應等。

沖刺:打不死的“小強”

比賽要求小車不僅要跑得準,更要跑得穩,電池的設計與使用成了關鍵。動力組組長徐輔卿看上了團隊成員剛完成的大學生創新創業訓練計劃項目成果——氮摻雜鐵鈷碳催化劑。項目成果顯示,添加這種催化劑的電池性能比一般商用電池高50%~80%。

興致滿滿的動力組一開始就遭遇了“滑鐵盧”:第一次燒斷了線路、第二次氧化了、第三次跑不起來……經過近一個月的反復嘗試后,他們不得不轉用常見的碳錳催化劑。新的催化劑就要到貨,徐輔卿還是不甘心,他和組員們連夜把原先的電池掀了個底朝天,所有零部件全部換成新的,載著一身“新裝”的小車突然開動了。

徐輔卿和隊員們曾36次蹲守在燒制催化劑的儀器旁,一守就是8~10小時,就為了制成這寶貴的9塊電池。他們的堅守有了最好的回應,氮摻雜鐵鈷碳催化劑極其頑固的附著,成為這次比賽經驗分享環節大家最關注的焦點之一。

“Chem-E-Car競賽考察得比較全面,有化工工程、化學、機械、電子、物理等各個學科,是理論知識和動手能力的高度結合。”南工大化工學院院長范益群教授說,“學化工的學生未來要去化工廠,或者參與汽車和手機的制作過程,需要既掌握客觀知識,又掌握工程實踐能力,還需要有過硬的心理品質,比賽的目的跟我們培養學生的初衷如出一轍。”

2020年12月7日《中國化工報》第2B版:

《中化新網》:

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