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[中国化工报]创新跑出加速度——澳门太阳城 勇夺第四届中国大学生Chem-E-Car一等奖侧记

“目标13米,不能多也不能少。”队员们心中默念着,精确的计算、精准的称量、定量的反应、精密的运转,由化学能驱动和化学反应控制的小车稳稳地停在了离终点线5厘米处。第四届中国大学生Chem-E-Car线上竞赛现场传来澳门太阳城 化工学院Sailing队全体队员的欢呼声,他们将最终成绩锁定在并列第一,斩获性能竞赛一等奖。

起跑:答不完的赛题

Chem-E-Car竞赛是美国化学工程师学会面向世界大学生所组织开展的一项运用化学工程原理和技术的竞赛。比赛要求参赛者综合考虑能源、环境、安全等多种因素,进行创新性设计,制造出小车模型。在比赛开始前一小时告知小车的载重量和确切的行驶距离后,参赛队伍需设计合理的化学反应和反应用量,使小车行驶一定距离后自动停止,停在最靠近终线的小车获得胜利。

小车如何跑起来?小车如何跑到给定的距离后精确地停下来?小车行驶过程中如何避免污染?这一道道难题摆在Sailing队的面前。“我当时问他们准备怎么办?他们毫不犹豫地回答,要做得不一样,要创新。”Sailing队指导教师、南工大化工学院杨广明老师为队员们点赞。

加速:刹不住的创新

在2月出炉的设计方案中,控制组的同学们把利用蔗糖旋光效应和过氧化氢反应的控制方案摆到了组会上,动力组和设计组的组员们眼前为之一亮。

“蔗糖具有旋光性,当偏振光通过蔗糖溶液时,不同颜色的光旋光度不同。”控制组组长高建红解释道,“为使蔗糖溶液能自觉实现高度变化,我们在方案中加入了过氧化氢反应过程,反应生成的氧气施加压力,使蔗糖溶液高度不断下降。这样,偏振光通过水位变化的蔗糖溶液时,不同的旋光度会使光从蓝色变成紫色,再通过摄像头传到树莓派,树莓派检测到特定颜色后,继电器切断电路,缩短控制时间。”

其实,在最终的控制方案出炉之前,控制组的同学们尝试过五六种可以变色的反应过程,如甲基蓝的光致变反应、靛蓝胭脂红的还原变色反应、茶水变色反应等。

冲刺:打不死的“小强”

比赛要求小车不仅要跑得准,更要跑得稳,电池的设计与使用成了关键。动力组组长徐辅卿看上了团队成员刚完成的大学生创新创业训练计划项目成果——氮掺杂铁钴碳催化剂。项目成果显示,添加这种催化剂的电池性能比一般商用电池高50%~80%。

兴致满满的动力组一开始就遭遇了“滑铁卢”:第一次烧断了线路、第二次氧化了、第三次跑不起来……经过近一个月的反复尝试后,他们不得不转用常见的碳锰催化剂。新的催化剂就要到货,徐辅卿还是不甘心,他和组员们连夜把原先的电池掀了个底朝天,所有零部件全部换成新的,载着一身“新装”的小车突然开动了。

徐辅卿和队员们曾36次蹲守在烧制催化剂的仪器旁,一守就是8~10小时,就为了制成这宝贵的9块电池。他们的坚守有了最好的回应,氮掺杂铁钴碳催化剂极其顽固的附着,成为这次比赛经验分享环节大家最关注的焦点之一。

“Chem-E-Car竞赛考察得比较全面,有化工工程、化学、机械、电子、物理等各个学科,是理论知识和动手能力的高度结合。”南工大化工学院院长范益群教授说,“学化工的学生未来要去化工厂,或者参与汽车和手机的制作过程,需要既掌握客观知识,又掌握工程实践能力,还需要有过硬的心理品质,比赛的目的跟我们培养学生的初衷如出一辙。”

2020年12月7日《中国化工报》第2B版:

《中化新网》:

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