打破國際壟斷 浙大教授給玻璃穿上“神奇外衣”

【中玻網】

　　我國是玻璃生產制造大國，自主知識產權的中國“洛陽浮法”是世界三大浮法工藝技術之一，產量占全 球總產量的60%以上。但其中約八成是技術含量和附加值都較低的普通建筑玻璃，功能單一、不節(jié)能、不導電，也由此產生了建筑能源大量消耗、高 檔建筑用低輻射玻璃全部依賴進口、光伏發(fā)電領域缺少重要基礎材料等系列問題。

　　“鍍膜，是浮法玻璃實現(xiàn)低輻射和透明導電功能的最 優(yōu)途徑，但長期以來，我國沒有自主知識產權的在線低輻射鍍膜技術和裝備?！睘樘嵘袊ＡУ膰H話語權，浙江大學材料科學與工程學院韓高榮教授帶領著國內唯 一長期穩(wěn)定從事浮法在線鍍膜技術研發(fā)的產學研團隊，開展了長達近二十年的科研攻關。

　　在今年的國家科學技術獎勵大會上，由韓高榮領銜的“浮法在線氧化物系列功能薄膜制備成套技術及應用”項目，獲得國家技術發(fā)明獎二等獎。團隊突

 破四大難點，取得四項重大技術發(fā)明，終于為中國玻璃穿上了高性能的“神 奇外衣”，成功打破國際壟斷。

　　破工藝之難，令不可能成為可能

　　國際社會普遍認為，浮法工藝退火區(qū)不適合實現(xiàn)低輻射鍍膜，原因在于浮法玻璃工藝中退火區(qū)溫度低，有效鍍膜時間不足10秒，但是低輻射功能又要求膜厚大于300納米，因此玻璃在退火區(qū)內的沉積速率必須大于30納米/秒才能滿足在線工藝的要求。

　　2001年起，韓高榮便下定決心：“國外另外兩大浮法玻璃生產工藝制備的低輻射玻璃對我們專 利封鎖，我們就必須在洛陽浮法的工藝線上變不可能為可能！”

　　這份執(zhí)拗推動韓高榮帶領團隊突 破難題，終于打破了國際上對浮法退火窯不適合作為鍍膜工藝區(qū)間的論斷。

　　第 一個核心突 破便是鍛造了“外衣”制備的工藝——薄流層爆發(fā)形核快速沉積方法的發(fā)明。這一方法建立起流層厚度、沉積速率的定量關系，通過催化劑水含量和薄流層厚度的調控，將退火區(qū)內的沉積速率從17納米/秒大幅提升至45納米/秒，超越了國外同類技術。

　　同時，在高速爆發(fā)形核下獲得的氧化物薄膜，由100~300納米的亞微米顆粒構成，每個亞微米顆粒由上萬個5~10納米大小的晶粒取向聚集而成，具有典型的微納結構特征，物理、化學穩(wěn)定性更加出眾，也為新型產品的誕生奠定了基礎。

　　破材料之難，新技術原創(chuàng)新產品

　　第二大難點在于產品，即在新工藝下生產出多功能低輻射的鍍膜玻璃。

　　根據基爾霍夫定律，輻射率越小，反射率越大，節(jié)能效果越好。同時，輻射率越小，載流子濃度和遷移率越大，導電性能越好。在現(xiàn)實的應用場景下，中遠紅外低輻射功能要求材料載流子濃度高、遷移率大；近紅外遮陽功能要求對太陽輻照透過?。豢梢姽飧咄腹δ軇t要求材料禁帶寬度大、折射率小。因此單一材料難以滿足多功能低輻射的要求。

　　據此，能夠滿足北方寒冷地區(qū)和南方夏熱冬冷地區(qū)節(jié)能要求的兩種鍍膜玻璃在項目中誕生了。

　　其一是項目組發(fā)明了高透低輻射玻璃鍍膜技術，輻射率低至0.13、透過率高達80%的高透低輻射鍍膜玻璃，是目前在線鍍膜玻璃產品最 優(yōu)值，能夠滿足嚴寒地區(qū)的節(jié)能要求，實現(xiàn)了我國氧化物低輻射鍍膜玻璃產品從無到有的突 破。

　　其二是項目組發(fā)明了遮陽低輻射玻璃鍍膜技術，制備了透過率可調（50%~80%）的水晶藍、水晶黃等系列鍍膜玻璃，兼具遮陽與低輻射功能，是國際首 創(chuàng)的透過率可調的系列遮陽低輻射鍍膜玻璃產品，這種產品在團隊所處的杭州就特別適用。

　　韓高榮說：“氧化物薄膜的典型微納結構特征十分有利于原位摻雜，我們原創(chuàng)的浮法在線原位摻雜和異質多層復合調控技術為生產新產品提供了條件?！?/p>

　　破性能之難，在戰(zhàn)略領域新裝上陣

　　在浙江大學材料科學與工程的國家重點實驗室里，光度式橢圓偏振光譜儀對項目組研發(fā)的每一片玻璃進行測試，以保證玻璃內部結構與性能的穩(wěn)定。

　　在精 密儀器的鏡頭下，我們看到了其中一款玻璃內的全新結構——被稱為“類金字塔型陷光結構”。這種結構正是項目組基于薄流層爆發(fā)形核快速沉積方法，引入了晶面調整劑與霧度調整劑，創(chuàng)建了晶面擇優(yōu)取向與霧度調控技術，可以滿足“神 奇外衣”下太陽能電池的吸光要求。

　　在光伏發(fā)電這一戰(zhàn)略領域，具有導電率高、耐高溫、成本低特點的FTO透明導電玻璃是新興的重點產品。而在此項目之前，F(xiàn)TO鍍膜技術與產品一直被國外壟斷，制約了我國建筑光伏一體化等重點領域的發(fā)展。

　　項目組將其作為第三大突 破方向，在成功獲得類金字塔型陷光結構的同時，發(fā)明了夾層復合膜層透明導電玻璃技術。這是一種在國際上率先獲得的電阻率小，霧度可調、耐熱的新型透明導電玻璃產品，完全可以替代進口產品，滿足建筑光伏一體化對透明導電基板的要求。

　　更可貴的是，項目研發(fā)的節(jié)能和透明導電這兩類新產品，可對浮法玻璃生產線進行不停產、低成本改造，快速實現(xiàn)從普通浮法玻璃到高性能鍍膜玻璃的產品升級。

　　正如項目組在千禧年初立下的志愿，定要推動我國從玻璃大國向玻璃強國的轉變。

　　破量產之難，清潔更低成本

　　浮法退火區(qū)在線鍍膜面臨動態(tài)連續(xù)、復雜環(huán)境、大跨度、長周期等一系列嚴苛條件，大面積均勻鍍膜被國際同行視為技術“禁區(qū)”。韓高榮說：“針對這一挑戰(zhàn)，我們發(fā)明了浮法退火區(qū)在線鍍膜成套技術和裝備，解決了大面積均勻鍍膜難題?！?/p>

　　其成功的關鍵是發(fā)明了浮法退火區(qū)在線鍍膜的核心裝備，并同步開發(fā)了熱油循環(huán)、冷壁式石墨結構、篩網均勻布氣等技術，實現(xiàn)了單日大面積連續(xù)均勻鍍膜達40000平方米，厚度偏差小于10納米，成分偏差小于1%，“神 奇外衣”不再稀 缺。

　　為保證清潔化生產，實現(xiàn)低成本，項目首 創(chuàng)了主原料低溫冷凝回收與廢氣處理技術，將鍍膜原料利用率提高至75%，降低鍍膜成本三分之一，尾氣排放遠低于國家標準。

　　中國建筑材料聯(lián)合會在對項目驗收時這樣評價，項目成套技術和裝備“解決了膜層干涉著色、大面積顏色均勻性難控制的世界性技術難題”。

　　從基礎理論、核心技術、產品開發(fā)到關鍵裝備的全鏈條創(chuàng)造發(fā)明，韓高榮帶領團隊原創(chuàng)技術，打破壟斷；項目技術已在國內外十余條浮法玻璃生產線轉化實施，在上萬項建筑工程推廣應用，同類技術產品全 球市場占有率約50%，累計新增銷售額52億元。

　　而項目技術利用浮法玻璃生產余熱，產品生產無二次能耗，環(huán)保。以鍍膜玻璃產品平均節(jié)能25%計算，每年減排二氧化碳約900萬噸，節(jié)約標煤約300萬噸，為我國建筑節(jié)能戰(zhàn)略的實施提供了重要支撐，必將為我國“雙碳”目標的實現(xiàn)作出貢獻。