底下是上千攝氏度高溫,鮮花卻不枯萎,足見氣凝膠隔熱效果好。
李光武(右二)和研發中心的工程師們討論氣凝膠材料。
李光武
一件只有5毫米厚的保暖衣,就可以抵擋零下100多攝氏度的嚴寒。這聽起來像是科幻片中才有的場景,卻因為一種叫做氣凝膠的神奇材料,將成為現實。
下個月,一座年產能超1萬立方米的氣凝膠大規模產業化工廠將在江蘇常州落成,成為我國氣凝膠最大生產廠家之一。而這種減壓乾燥氣凝膠製備技術,完全由中國自主研發,全過程國產化,也突破了國外的技術封鎖,處於領先地位,而且成本較之前下降了90%。在專家看來,這項技術帶來的市場效益將是千億級的。而攻克這一世界性難題的,正是弘大科技(北京)股份公司董事長李光武和他的科研團隊。
文/廣州日報全媒體記者肖歡歡圖/受訪者提供
今年56歲的李光武留著板寸頭,一口北京腔。如今他一天有十多個小時都泡在工廠的車間裡。
像空氣一樣輕的材料
李光武告訴記者,氣凝膠是世界上最輕的固體材料、導熱係數最低的納米材料,它的密度僅僅為空氣的3倍,被拋起來時甚至可以「飄」在空氣中,所以它也被稱為空氣膠、固態煙霧。
氣凝膠在航空、國防、通訊、醫用等許多領域作用巨大。《科學》雜誌稱之為「一個可以改變世界的材料」。
它的導熱係數極低,可用於零下200攝氏度到1200攝氏度的保溫隔熱。且絕緣能力比起最好的玻璃纖維還要強39倍之多。
李光武邊說邊給記者做了一個實驗。一塊厚度僅為6毫米的二氧化矽氣凝膠材料,下面正在受到1000多攝氏度的火焰噴射,它的背面依然可以用手摸,絲毫不會覺得燙手。同樣,在下方噴槍1000攝氏度的高溫,而上面的鮮花依然完好無損,上面放一根火柴,也不會被點燃。
太空梭、飛彈等超音速飛行器氣動加熱嚴重,為了確保艙體結構及儀器設備正常工作,需要高性能的隔熱防熱材料,氣凝膠是首選。為了降低發熱部件的紅外特徵,避免被基於紅外探測的武器系統識別,用氣凝膠隔熱罩對大功率發熱部件進行隔熱。美國、俄羅斯的太空梭和戰鬥機都使用氣凝膠用於隱形和防護。
最神奇的是氣凝膠服裝。氣凝膠用於纖維中,保溫效果是傳統纖維的10倍。一塊厚度不足1釐米的氣凝膠做成的保暖衣服,就足以比一件厚厚的羽絨服還暖和。
長期以來氣凝膠製備工藝複雜,製備成本高,核心技術被美國、法國、德國等壟斷。
受挫灰心但不甘心
李光武畢業於北京大學化學系,是恢復高考後的第二屆大學生。大學畢業後,他先後在北京紡織器材廠和北京吉普等國企當技術員10多年。
他是技術骨幹,在機器邊的長凳上熬過夜,醒了就接著幹。但他發現,很多領域的核心技術都被國外把持,特別是材料領域幾乎所有的重要基礎材料很少有中國的原創技術。1996年,他辭職開辦了一家化工企業,生意紅紅火火。
他一直忘不了1987年自己第一次出國時的經歷:當時,他穿著一身新西服。到了美國才發現,即使身穿西服,也依然被外國人看不起。「要想別人尊重你,不在於你穿什麼,而在於你對世界有什麼貢獻。」李光武說。
2011年,李光武在一次出差過程中第一次聽說氣凝膠這種新材料時,就被吸引住了。「這種材料太神奇了。我當時就想,如果把技術攻關下來了,那對中國來說具有非常重大的意義。」
回到北京後,他把開化工廠賺的錢投了進來,將精力集中在氣凝膠的產業化工藝技術和成套生產線的研發。首先要攻克的是氣凝膠的乾燥技術。
「如果沿用國外的技術,沒有智慧財產權,長期受制於人。」思來想去,李光武下定決心,要研發屬於中國人自己的氣凝膠製備技術,但國內這一塊是白紙一張。李光武帶領團隊在沒有圖紙的情況下,從零摸索,僅設備中的一個部件「置換箱」,就研製了13代。
整整5年,李光武帶著30多人的團隊,上百次實驗。「說實話,受挫的時候也很灰心,但總覺得不甘心。」2017年初,李光武和團隊終於突破技術瓶頸,用獨創的梯度減壓乾燥技術和自主研發的製備設備,實現了氣凝膠的低成本產業化生產,打破了國外專利技術封鎖,技術指標遠超美國,處於世界領先地位。「我們現在的生產設備投資僅為世界普遍採用的超臨界乾燥法的二十分之一。」李光武興奮地說,新技術下,年產100立方米氣凝膠的生產設備投資由5000萬元降到200萬元,產品價格下降了90%。
將是千億元級的市場
至今李光武時常回憶起那段不分晝夜的日子。李光武坦言,這5年,他面臨的壓力常人難以想像。畢竟,他把2000萬自有資金全部投進去了,「一旦失敗,那所有的投入都打水漂了。」在氣凝膠某項應用技術的實驗中,要使用坩堝。一個質量好的坩堝少則六七百元,多則五千多元。如果正常使用,一個坩堝能用幾個月,但需要慢慢升降溫,耗費時間長。但為了加快實驗進度,李光武大手一揮,「不要算成本,技術攻關才是第一位的!」最快的時候,工程師鄭振葉一天用壞過七八個坩堝。
3年時間過去了,科研團隊終於能生產出氣凝膠了,但新問題出現了,技術達不到標準。中國科學院化學研究所研究員楊國強是他的大學同學。李光武找到他,通過改進設備和技術,氣凝膠的品質終於達到世界先進水平。「可以說,在二氧化矽氣凝膠技術上,我們已經是世界領先。」楊國強說。
說起自己的氣凝膠技術,李光武滿是自豪。「今年5月已獲得美國專利正式授權,並已提交首批申請歐盟、日本、韓國等國家地區的國際專利。」
在技術研發成功的同時,李光武還把目光投向了氣凝膠應用領域。他還自主研發了氣凝膠防彈衣、氣凝膠衝鋒衣和超級保暖纖維等多項技術和產品。
說起氣凝膠技術,楊國強連連慨嘆:「這項技術太重要了。材料用處太廣了,它將來有可能會成為鋼鐵水泥這樣的基礎材料。」在專家看來,如果氣凝膠技術能規模化生產推廣,產生的經濟效益將是千億級,前景不可估量。
楊國強說,氣凝膠他十年前就想做,但一直沒有做出來最後竟然被李光武這個整天鑽在工廠裡的「實幹家」研製出來了。「他在學校就是個發明家,他發明這個東西我不奇怪,但我還是有些不敢相信,因為這個東西做起來太難了。」
「這是中國人自主創新的技術,打破了我國氣凝膠專利技術受制於人的局面。降低了氣凝膠生產的門檻,可以更多地為國民經濟服務。」長期關注氣凝膠研究的住房和城鄉建設部科技與產業化發展中心副總工程師屈宏樂也對中國在氣凝膠技術上的重大突破讚不絕口。
今年1月,1萬立方米氣凝膠國內最大生產基地已在武漢落成,佔全球產能的1/8。下個月,位於安徽合肥佔地400畝的氣凝膠生產基地將開工建設。
「想為中國人爭口氣」
李光武入圍了由北京市文明辦等發起評選的「2017北京榜樣」。
他先後投入自有資金超過2000萬元用於技術創新和自主研發,申請和獲得45項國際和國家專利。
李光武說,自己是個閒不住的人。他經常一天的睡眠不超過3個小時,熬通宵對他來說更是家常便飯,最忙的時候,他甚至連續熬了3個通宵。2015年11月,他因過度勞累被迫住院,入院後依然和工程師們開電話會議。醫生問他:「你不要命了嗎?」公司工程師劉偉昆說,李光武工作起來真的是玩命。這些年,因為研發氣凝膠,李光武的白頭髮多了不少。
李光武有糖尿病、高血壓,身體「靠藥頂著」。朋友都勸他,「都這個歲數了,見好就收吧,還這麼拼命做什麼?」但李光武坦言,就算去到醫院,躺在床上想的也是科研的事,還不如回到單位上班,心裡還踏實一些。
「我做氣凝膠不是說要自己賺多少錢,是為了為國爭光,為我們中國人爭口氣。」李光武告訴記者,他攻克氣凝膠技術後,很多外國公司找來,想跟他合作,還有人提出直接購買專利,他都一口回絕了。
「賣給他們專利,我個人是賺錢了,但轉回來他們得賺中國人多少錢?氣凝膠技術必須是我們中國的技術。」他說,希望通過中國對世界科技的貢獻贏得世界對中國的尊重。他最大的夢想就是讓中國的氣凝膠產業化技術走向世界。「估計還得做個十年二十年,我還是感覺時間不夠用。」