中國實驗室:上海矽酸鹽研究所熱電發電 材料研國際領先,清華重陶瓷...

2021-01-21 網易新聞

中科院上海矽酸鹽研究所「汽車尾氣發電」,大學實驗室側重教學和科研,研究方向各有特色,國瓷材料、北新建材、金剛玻璃無機非金屬領域研究領先

理財周報材料科學實驗室研究員 張偉賢/撰述

與此前研究的高分子材料、納米材料和生物材料相比,新型無機非金屬材料的研究略顯「冷清」,不過國內無機非金屬研究所中依舊不乏佼佼者。

首屈一指的無疑是中科院上海矽酸鹽研究所。該所是一個無機非金屬材料綜合性研究機構,不但研發能力一流,而且將產品研發和應用相結合,是將研發產業化的典範。

在高校研究室方面,除了知名的清華大學新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室以外,武漢理工大學矽酸鹽建築材料國家重點實驗室、東華大學纖維材料改性國家重點實驗室等都是新型無機非金屬材料研究方面的頂尖實驗室。

此外,國內無機非金屬領域研究領先的公司,主要包括國瓷材料(300285.SZ)、北新建材(000786.SZ)、金剛玻璃(300093.SZ)等,這些公司主要從事新型建築材料、電子器材方面的研發和銷售。

研究所:上海矽酸鹽研究所

產業化實力強

在研究所方面,中國科學院下屬眾多單位的研發能力依舊一騎絕塵。記者與多名材料科學領域專家交流得知,中科院上海矽酸鹽研究所不但研發能力首屈一指,而且在產業化方面做得也是非常出色。

中國科學院上海矽酸鹽研究所淵源於1928年成立的國立中央研究院工程研究所,經五十多年的發展,上海矽酸鹽研究所已成為一個以基礎性研究為先導,以高技術創新和應用發展研究為主體的無機非金屬材料綜合性研究機構。

實驗室方面,該所擁有高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室、中國科學院特種無機塗層重點實驗室、中國科學院能量轉換材料重點實驗室(上海無機能源材料與電源工程技術研究中心)、結構陶瓷工程研究中心(複合材料研究中心)、中國科學院透明光功能無機材料重點實驗室(人工晶體研究中心)、中國科學院無機功能材料與器件重點實驗室、古陶瓷與工業陶瓷工程研究中心(古陶瓷科學研究國家文物局重點科研基地)、生物材料與組織工程研究中心、無機材料分析測試中心和信息情報中心等9個重點實驗室和研發中心。

研究人員方面,該所目前擁有職工691人,科研技術人員493人,中國科學院院士2名(嚴東生、郭景坤),中國工程院院士3名(嚴東生、丁傳賢、江東亮),其中嚴東生為兩院院士。

研究成果方面,該所可謂碩果纍纍:歷年來,累計取得科技成果937項,獲得國家、中國科學院、上海市等省部級以上各類科技獎項387項,其中國家發明獎26項,國家自然科學獎7項,國家科技進步獎13項。歷年來申報專利1451項,批准專利625項。

「中國科學院上海矽酸鹽研究所在無機非金屬方面不但研發能力出色,更為重要的是該所在把技術轉化為產品並進行產業化方面結合得非常好。」清華大學材料科學與工程學院張老師指出。

據悉,上海矽酸鹽研究所與國內大企業共建6個聯合研發中心,與地方政府新建7個創新平臺;實現16項技術轉移;正在進行54個聯合研發項目;向地方政府派出科技副職2名,科技特派員10名。2010年總計實現社會經濟效益28.4億元人民幣,實現利稅5億元人民幣,累計出口創匯9376萬美元。

「無機非金屬材料從研發到實現產業化是一個非常漫長和艱辛的過程,可能並不像外界看起來的那樣輕鬆。」上海矽酸鹽研究所項目主管李懋峰表示,「目前我們在產業化方面做得最好的是航空航天和軍工方面的無機非金屬材料,此外是新能源、環境治理、人類健康等相關的材料。」

「如新能源方面的中溫平板型固體氧化物燃料電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽電池、碲化鎘薄膜太陽能電池;環境治理方面的汽車尾氣與工業廢熱用熱電轉換材料與器件、高性能環保自清潔塗料、人類健康方面的人工關節生物塗層等都是我們目前在重點研發的材料和項目。」 李懋峰主管向記者介紹,「以汽車尾氣與工業廢熱用熱電轉換材料與器件為例,近年來,中科院上海矽酸鹽所在中高溫和中低溫熱電發電和製冷材料研究方面取得了許多國際領先水平的成果,研發出一系列面向工業化應用的新型高性能熱電轉換材料,產品性能居於世界先進水平,目前正與上海汽車集團、美國CORNING公司等知名公司開展合作研究。」

與此同時,上海矽酸鹽研究所積極開展國際領域方面的合作與交流,與美國、德國、英國、法國、日本、韓國等國的研究機構籤署各類合作協議和備忘錄達90項;與德國馬普建立2個青年合作夥伴小組,與日本索尼公司和美國康寧公司建立聯合實驗室;2010年應美國能源部邀請成功加入國際能源署「針對交通運輸應用的先進材料研發實施協議」(AMT-IA);丁肇中、李政道和根安英一這3位諾貝爾獎獲得者先後來所講學和訪問;與歐洲核子中心、美國加州理工大學、美國GE公司、日本KEK高能所等就高技術閃爍晶體在高能物理與核醫療設備應用等項目開展合作與交流等等。

「中科院旗下除了我們所專門從事無機非金屬材料研發,寧波材料技術與工程研究所、理化技術研究所和福建物質結構研究所等幾個所也有涉及無機非金屬方面的研究。」李懋峰主管進一步表示。

根據記者了解,寧波材料技術與工程研究所涉及無機非金屬材料研究的主要包括纖維事業部、燃料電池與能源技術事業部、動力鋰電池工程實驗室等幾個下屬機構,研究力量同樣不可小覷。

大學研究室:清華領先,

專攻新型陶瓷材料

資料顯示,目前國內大學涉及無機非金屬材料研究的有80所大學,其中研發能力領先的以工科類大學為主。

記者與多位業內專家交流得知,清華大學、武漢理工大學、四川大學、山東大學、中南大學、東華大學、西安交通大學、哈爾濱工業大學、西北工業大學、北京科技大學、華東理工大學、華南理工大學、上海大學、景德鎮陶瓷學院、燕山大學等無機非金屬材料方面的研究都做得比較好,各具特色。

作為國內頂尖學府,清華大學在新型無機非金屬方面的研究業內領先。清華大學擁有新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室,該實驗室隸屬於該校材料科學與工程學院,是該校的新型無機非金屬材料研發基地,重點發展無機非金屬材料中的新型陶瓷材料。

新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室現任實驗室主任為潘偉教授,學術委員會主任為中國工程院院士李龍土教授。研究團隊方面,該實驗室現有研究人員46人,其中中國科學院院士1人,中國工程院院士2人,教授及研究員27人,副教授與副研究員15人,高級工程師4人。研究人員隊伍中具有博士學位者35人。

「我們實驗室的重點研究領域包括信息功能陶瓷材料、功能複合材料設計與新材料探索、高性能結構陶瓷、陶瓷材料先進位備工藝和能源環境與生物材料等五個方面。」清華大學新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室張老師對記者表示,「與中科院上海矽酸鹽研究所不同,我們實驗室側重的是教學與科研方面。」

研究成果方面,新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室建設以來,承擔完成了包括國家「九七三」重大基礎研究項目、「八六三」計劃高技術項目、國家自然科學基金重大重點項目等在內的國家級科研項目200餘項,各項科研經費累計近2億元;榮獲省部級以上獎勵29項,其中國家自然科學二等獎2項,國家技術發明二等獎5項,國家科技進步二等獎2項;發表SCI收錄論文1500餘篇,獲國內外授權專利150餘項。

「除了清華,國內有不少其他高校的無機非金屬材料研究也做得非常好,如北京科技大學、武漢理工大學、西安交通大學、西北工業大學、哈爾濱工業大學、山東大學、中南大學、東華大學等,這些學校也都有無機非金屬材料方面非常知名的研究帶頭人(一般是院士),各自的重點實驗室都有自己的研究方向,而且都做得非常好。」張老師表示。

記者獲悉,武漢理工大學擁有矽酸鹽建築材料國家重點實驗室、綠色建築材料及其製造技術教育部工程研究中心、湖北省燃料電池重點實驗室、燃料電池與氫源技術國家工程研究中心等進行無機非金屬材料研究的實驗室和研究中心,研究能力出色。

其中,矽酸鹽建築材料國家重點實驗室於2011年經科技部立項建設,主要研究方向是矽酸鹽材料工程基礎理論,矽酸鹽材料生產過程與裝備,低品位原燃料與固體廢棄物資源化;矽酸鹽材料新品種、新技術;矽酸鹽新材料評價與標準。該實驗室擁有一批先進的矽酸鹽材料研究與檢測裝備,實驗室主任是長江學者趙修建教授。

東華大學新型無機非金屬材料方面的研究則依託材料科學與工程學院的纖維材料改性國家重點實驗室,其主要研究方向是無機非金屬材料方面的纖維材料。

研究團隊方面,目前周其鳳院士任該實驗室學術委員會主任,徐堅研究員任實驗室主任。實驗室現有固定人員50名,其中院士1名(另有雙聘院士3名),教授33名,副教授14名,助研2名,另有技術和管理人員4名。實驗室主要研究方向為高性能纖維及複合材料、功能化纖維和低維材料和環境友好和生物纖維材料。

北京科技大學擁有特種陶瓷粉末冶金與核材料研究室、無機非金屬結構材料研究室、新能源材料研究室以及功能陶瓷與器件研究室等幾個無機非金屬材料方面的重點實驗室,其中特種陶瓷粉末冶金與核材料研究室的帶頭人是中科院院士葛昌純教授。

此外,西北工業大學的凝固技術國家重點實驗室和國家級材料實驗教學示範中心、華南理工大學的發光材料與器件國家重點實驗室、山東大學的無機非金屬材料研究所以及景德鎮陶瓷學院國家日用及建築陶瓷工程技術研究中心等研究室都具有自己的特色。

公司研究室:新型建築材料為主

與中科院研究所和大學研究室相比,主流公司的研發均以市場為導向,目前主流研究方向是新型建築節能材料和電子器材。

在代表公司中,北新建材、金剛玻璃都從事新型建築材料的研發和銷售,國瓷材料則主要從事MLCC(片式多層陶瓷電容器)配方粉的研發和銷售。

以國瓷材料為例,該公司是繼日本堺化學之後國內首家、全球第二家成功運用水熱工藝批量生產納米鈦酸鋇粉體的廠家,也是中國大陸地區規模最大的批量生產MLCC配方粉的廠家,該公司研發團隊的能力可見一斑。

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