专访张宗波:含硅陶瓷前驱体在家电中的应用

2017-11-05 11:01 来源: 中国家电网  刘拓 

  在11月2日召开的“2017年中国家用电器技术大会”上,我们迎来了一位特殊的演讲嘉宾,他“跨界而来”,将“天上”的技术带到“民间”,他就是中国科学院化学研究所的张宗波博士,而他为我们介绍了一种含硅新材料——陶瓷前驱体在家电中的应用。

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  从“天上”到“民间”的陶瓷前驱体

  普通陶瓷,都是由陶瓷粉烧制而成,而陶瓷前驱体则是由含硅材料通过聚合反应而来,合成方式的改变造就了其性能结构的大不同,这种材料具有高透明度、高抗腐蚀性、高硬度、高耐温性,高致密性,以及表面物质可控性,优良的结构性能让这种新材料具备了广泛的应用空间,该类产品最经典的应用便是伴随着航天器升空,作为航天设备应对复杂空间环境的保护涂层,或者导弹武器的高温防护涂层。

  近年来,随着国家“军民融合”步伐的推进,以陶瓷半导体为代表的一些列高精尖科技开始“解密”其神秘面纱,从军用走向民用服务,“陶瓷前驱体技术现已经广泛应用于高铁、汽车漆面、普通机车、光伏玻璃等产品上,未来还将延伸至家装、卫浴厨电等产品上。在我们现有的合作单位中,已经出现了一些广为消费者所认知的厨卫品牌,这也响应了国家推动‘军民融合’的号召!” 张宗波如是说。

  张博士演讲中提到几个有趣的实验,可拿来略窥含硅新材料应用之一斑。

  其一,是防冰防凝露实验,实验对比了普通铝板与具有陶瓷前驱体涂层的铝板在水滴冻结成冰后的效果——普通铝板上,冰滴牢牢粘附在表面,而拥有陶瓷涂层的铝板上,冰滴如光滑的棋子一样滑脱下去,耐高温、耐低温、易清洁是这种材料的一大特性;

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  其二、这种新材料还具有耐磨、抗氧化、低附着力、耐超高温的特性,将陶瓷涂层覆盖和无涂层覆盖的金属板经过2小时的1000℃氧化后,覆有涂层的金属板在显微镜下基本无变化,而未覆涂层的金属板,已出现肉眼可见的斑斑锈蚀。

  此外,含硅新材料还可应用在家电产品精细图案的构建上,“一般的颜料,基本上都是化学生色,色彩的表现源于分子结构对光的选择性吸收,成色范围窄,且分子结构在常温下比较活泼,容易被破坏,某物用久了褪色,就是这个道理;而陶瓷前驱体涂层,是一种光子晶体,它是物理生色,色彩表现源自人们对分子微结构的干涉,可以伴随着角度的变化形成虹彩效果,并且原材料选择范围广,绿色环保,无毒无害,耐温耐磨。”

  张宗波言下的含硅新材料,小到锅具外涂层,大到量子点电视的屏幕,小到油烟机的油槽,大到冰箱的面板,都可以应用。

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  在演讲的最后,张博士打起了自己的“小广告”:“本研究团队设计、合成系列含硅新材料,可稳定批量制备;含硅新材料在竣工、民用领域均有广阔应用空间,尤其在家电方面具备巨大的应用潜力;我们团队未来的研究方向包括,绝缘高导热涂层,智能相应材料、柔性传感器、自修复防护材料。”他希望通过自己的演讲,吸引更多企业关注到中国新材料的发展应用。

  产学研结合 解决技术转化“最后一公里”问题

  作为一名搞学术的“耿直Boy”,张宗波直言目前部分中国家电企业仍主要依靠规模取胜,在技术研发与应用上有待进一步加强。

  张宗波反思说:“国外为什么在研发和技术上优于我们,很大程度上是企业在参与技术的研发中起关键作用,国外很多诺贝尔奖获得者是从企业中走出来的。但现在中国的企业,不是立竿见影能变现的技术,就不愿研发;研发投入在企业中的占比也少。基础研究,共性技术转换到最终应用,可能需要很长时间,企业可以平衡技术与应用的结合点,但完全忽视基础领域的建设,终有一天要受制于人。”

  他呼吁社会和企业,“适当地向中间地段靠拢,这是一个趋势,是保障一国制造业具备核心竞争力的基础。只有做出了自己的成果,才不会在别人给你设置一个门槛的时候,成为你企业进步中迈步过去的‘坎儿’。”

  张博士的话多有例证,譬如,中国彩电企业之困以及国家发展智能制造过程中的伺服电机之困。

  近日,国内彩电企业发布三季报,被称作“史上最差财报”,这与原材料涨价、市场需求不旺、汇兑波动等因素密不可分,但大家不可忽视一个重要的隐性因素,即面板价格居高不下,彩电上下游产业链利润,大部分为面板企业所攫取,而中国本土彩电品牌鲜少掌握面板前沿技术,拥有先进面板技术的企业恰如扼住了下游制造企业利润的脖子。

  而在发力智能制造过程中,中国企业遭遇国外工业机器人“伺服电机”之困也屡次见诸报端,技术的缺乏,转瞬便是擎肘之困。

  张宗波言道:“家电企业谈智能也好,谈高端也好,材料科学是基础,一款好的产品必须以材料作为载体,绝缘材料、半导体、芯片等都与新材料的进步密不可分。”他提到一个例子,“我了解到,国内不少热水器企业的搪瓷内胆,在制造过程中要经过高温高压锻造,非常耗能;而且搪瓷粉目前还被国外垄断,需要进口,成本核算下来不低。而化学所研究的含硅新材料,可以以聚合方式制成搪瓷,节能效果更好、防腐效果更好,以前应用在航天技术中,现在完全可以降低一些性能(因为相较于复杂的空间环境,地面环境较为简单),以更优异的性价比提供给企业。材料不受制于人,是国家实现战略强国目标的重要一环。”

  “谈到家电智能化,大家目前将关注重点都放在软件搭载上。殊不知,通过含硅材料,也可以助理家电智能实现。”张宗波语出惊人,“以冰箱为例,我们的新材料,可以感受食品温湿度变化,体现出温度的变形量,如果食品变质,我们新材料的色彩会变化,灵敏度很高,也非常实用。可以说,在某种程度上,企业与我们科研院所的交流是隔绝的。”

  “家电协会的姜风理事长提到,现在油烟机烟罩的清洁,是很多消费者的痛点,企业的难点,如果油烟机产品涂上一层含硅新材料涂层,这一难题会迎刃而解,不仅易清洁、耐腐蚀、耐刮擦,而且会延长机器使用寿命。”

  “我们的含硅新材料还能助力家电的美观化,就是前面提到的色彩变化,透明度变化等。在外观方面,工业设计是一方面,但是承载工艺的材料也不可忽视。”

  习近平总书记在十九大报告中指出,创新是引领发展的第一动力,加强应用基础研究,拓展实施国家重大科技项目,突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新,为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供了有力支撑。作为技术研究,共性技术的重要组成,新材料在家电中的应用还是一个比较新的课题,但这个课题已经徐徐展开,张宗波说,“我们最近为国内一厨电品牌提供的新材料解决方案已经从实验室走向应用,届时的成品会让消费者眼前一亮。”

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