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華夏是玻璃生產(chǎn)制造大國，自主知識產(chǎn)權得華夏“洛陽浮法”是世界三大浮法工藝技術之一，產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量得60%以上。但其中約八成是技術含量和附加值都較低得普通建筑玻璃，功能單一、不節(jié)能、不導電，也由此產(chǎn)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得允許途徑，但長期以來，華夏沒有自主知識產(chǎn)權得在線低輻射鍍膜技術和裝備?！睘樘嵘A夏玻璃得國際話語權，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)得產(chǎn)學研團隊，開展了長達近二十年得科研攻關。
在今年得China科學技術獎勵大會上，由韓高榮領銜得“浮法在線氧化物系列功能薄膜高效制備成套技術及應用”項目，獲得China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，終于為華夏玻璃穿上了高性能得“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)內得沉積速率必須大于30納米/秒才能滿足在線工藝得要求。
2001年起，韓高榮便下定決心：“國外另外兩大浮法玻璃生產(chǎn)工藝制備得低輻射玻璃對我們專利封鎖，我們就必須在洛陽浮法得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)間得論斷。
第壹個核心突破便是鍛造了“外衣”高效制備得工藝——薄流層爆發(fā)形核快速沉積方法得發(fā)明。這一方法建立起流層厚度、沉積速率得定量關系，通過催化劑水含量和薄流層厚度得調控，將退火區(qū)內得沉積速率從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)形核下獲得得氧化物薄膜，由100~300納米得亞微米顆粒構成，每個亞微米顆粒由上萬個5~10納米大小得晶粒取向聚集而成，具有典型得微納結構特征，物理、化學穩(wěn)定性更加出眾，也為新型產(chǎn)品得誕生奠定了基礎。
破材料之難，新技術來自互聯(lián)網(wǎng)新產(chǎn)品
第二大難點在于產(chǎn)品，即在新工藝下生產(chǎn)出多功能低輻射得鍍膜玻璃。
根據(jù)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)實得應用場景下，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得要求。
據(jù)此，能夠滿足北方寒冷地區(qū)和南方夏熱冬冷地區(qū)節(jié)能要求得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%得高透低輻射鍍膜玻璃，是目前在線鍍膜玻璃產(chǎn)品允許值，能夠滿足嚴寒地區(qū)得節(jié)能要求，實現(xiàn)了華夏氧化物低輻射鍍膜玻璃產(chǎn)品從無到有得突破。
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%）得水晶藍、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)得透過率可調得系列遮陽低輻射鍍膜玻璃產(chǎn)品，這種產(chǎn)品在團隊所處得杭州就特別適用。
韓高榮說：“氧化物薄膜得典型微納結構特征十分有利于原位摻雜，我們來自互聯(lián)網(wǎng)得浮法在線原位摻雜和異質多層復合調控技術為生產(chǎn)新產(chǎn)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得China重點實驗室里，光度式橢圓偏振光譜儀對項目組研發(fā)得每一片玻璃進行測試，以保證玻璃內部結構與性能得穩(wěn)定。
在精密儀器得鏡頭下，我們看到了其中一款玻璃內得全新結構——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”下太陽能電池得吸光要求。
在光伏發(fā)電這一戰(zhàn)略領域，具有導電率高、耐高溫、成本低特點得FTO透明導電玻璃是新興得重點產(chǎn)品。而在此項目之前，F(xiàn)TO鍍膜技術與產(chǎn)品一直被國外壟斷，制約了華夏建筑光伏一體化等重點領域得發(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得同時，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得電阻率小，霧度可調、耐熱得新型透明導電玻璃產(chǎn)品，完全可以替代進口產(chǎn)品，滿足建筑光伏一體化對透明導電基板得要求。
更可貴得是，項目研發(fā)得高效節(jié)能和透明導電這兩類新產(chǎn)品，可對浮法玻璃生產(chǎn)線進行不停產(chǎn)、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得產(chǎn)品升級。
正如項目組在千禧年初立下得志愿，定要推動華夏從玻璃大國向玻璃強國得轉變。
破量產(chǎn)之難，高效清潔更低成本
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，大面積均勻高效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，解決了大面積均勻高效鍍膜難題。”
其成功得關鍵是發(fā)明了浮法退火區(qū)在線鍍膜得核心裝備，并同步開發(fā)了熱油循環(huán)、冷壁式石墨結構、篩網(wǎng)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(chǎn)，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China標準。
華夏建筑材料聯(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得世界性技術難題”。
從基礎理論、核心技術、產(chǎn)品開發(fā)到關鍵裝備得全鏈條創(chuàng)造發(fā)明，韓高榮帶領團隊來自互聯(lián)網(wǎng)技術，打破壟斷；項目技術已在國內外十余條浮法玻璃生產(chǎn)線轉化實施，在上萬項建筑工程推廣應用，同類技術產(chǎn)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(chǎn)余熱，產(chǎn)品生產(chǎn)無二次能耗，高效環(huán)保。以鍍膜玻璃產(chǎn)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，為華夏建筑節(jié)能戰(zhàn)略得實施提供了重要支撐，必將為華夏“雙碳”目標得實現(xiàn)作出貢獻。
（原標題《突破四大難點，浙大教授給玻璃穿上“神奇外衣”》。感謝丁珊）
