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中国“栋梁之材”产业跨越走向全球

近日,6集大型工业纪录片《栋梁之材》 在央视财经频道播出, 以全景式的视角, 展示了支撑中国制造 高质量发展的新材料产业体系, 呈现短短几十年间, 中国完成的新材料产业上的跨越。 …

近日,6集大型工业纪录片《栋梁之材》

在央视财经频道播出,

以全景式的视角,

展示了支撑中国制造

高质量发展的新材料产业体系,

呈现短短几十年间,

中国完成的新材料产业上的跨越。

材料强则制造强。

身量纤纤却含金量十足的新材料,

不断拥抱千行百业,加速飞入千家万户。

在这新一轮科技革命和产业变革的关键领域,

国有企业锚定自主创新,后发追赶全力竞速,

产业规模迅速壮大,关键材料相继突破

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超万吨轧制力,薄至毫米级

超级工程结构用钢在这里诞生

鞍钢鲅鱼圈分公司的轧制车间,世界罕见的5.5米四辊双机架宽厚钢板轧机,正马力全开。

它顶配超过一万吨的轧制力,足足可将1100毫米厚的钢坯擀薄至440毫米,有了它,这家世界第三的钢企,每年可以生产200万吨优质宽厚板钢材,支撑起包括航空母舰在内的大型船舶、油气储罐、核电壳体等超级工程的结构用钢。

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精选的铁矿石磨制成粉,混入石灰,烧结成块。煤,置身1000摄氏度的高温下,干馏化为焦炭。

把它们分层堆入百米高炉,鼓入高温气体,复杂的化学反应进行后,铁水从底部流出。送至转炉脱去多余的杂质,再加入合金元素。铁碳合金在浇铸中凝固,碳恰好填补铁原子间的空隙,铁已成钢。

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钢坯出加热炉进入轧制产线。用高压水冲去氧化铁皮后,钢板冷却至1100摄氏度,工人们要抓住这个开轧的良机。万吨压力下,轧辊反复挤压,超过300毫米厚的钢坯,被擀至180毫米薄,延长至4米。

第一阶段的轧制过后,钢板自然降温到880摄氏度。这被认为是二次轧制的最佳温度。几经进出,钢板越擀越薄,厚度从180毫米降至70毫米,伸长至18米。理想的晶体结构已经形成。

此时,需要将钢板从750摄氏度,迅速降温至350摄氏度以下,目的是把晶体的状态牢牢固定,从而锁住钢材的性能。

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早在汉朝的古籍中就记载了“火与水合为焠”,敲击迫使晶体破碎,过冰水把强度和韧性牢牢锁住,古老的手工淬火和如今工业化的轧制,在决定钢材韧性上异曲同工。

1996年,中国粗钢产量突破1亿吨,中国钢铁正式进入快速发展时代,此后,中国不仅连续26年保持粗钢产量世界第一,还不断突破品类,今天已能够冶炼包括高温合金、精密合金在内的1000多个钢种,轧制加工超过4000种规格的钢材,这在世界范围内绝无仅有。

“会飞的金属”:铝合金托举国产大飞机展翅飞天

现代航空,几乎是伴随着铝合金发展起来的,行业内甚至有“一代铝合金,一代飞行器”的说法。

轻金属铝在航空航天领域广受重视,也是迄今为止这个领域用量最大的轻质结构材料,铝由此得名“会飞的金属”。

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中铝东轻,是中国第一个大型综合铝加工企业——

包括中国第一颗人造卫星、“神舟”系列飞船、“长征”系列火箭,新一代国产大型运输机在内的众多国之重器上的铝材都出自这里。

2022年10月1日,这里即将生产用作国产大飞机机翼壁板的铝合金材料。

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不同金属的原材料,被依次加入熔炼炉。700摄氏度的合金液体落入底盘,沉积至75厘米后,底盘开始匀速下降。

此时,结晶器外壁开始冲入冷水,内部的铝合金溶液在冷水的冲击下渐渐凝固,顺序地结出晶体。

8个小时后,长6.5米,宽1.62米的铝锭缓缓出炉。此时铝锭的体温仍有300摄氏度,降至室温后,铝锭被送到轧制产线。

与轧制钢材的万吨压力不同,这里仅需千吨压力就可以轻松将铝锭压扁,厚度明显降低。

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热处理之后,原本应该平整的板材,此时呈现波浪,这是板材由内向外表现出的对压力的反抗。

在8000吨拉伸机面前,屈服强度超过300兆帕的高强韧铝合金宽板被瞬间展平。处理后的板材,可以消除90%以上的残余应力,确保在生命周期内不会翘曲变形。

至此,最新一代超高强高韧铝合金材料熔炼完成,彻底突破国外技术封锁,用作国产大飞机机翼壁板,成功托举国产大飞机展翅飞天。

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按照行业共识,从1930年起,铝合金每三十年更新一代,强度提高100兆帕,中国仅用十几年时间就完成了从国际上第二代铝合金到目前最先进的第四代的跨越,助推国产航空航天装备快速升级换代。

强度超千兆帕!钛合金成为航空业的核心材料之一

钛,被认为是继铁和铝之后崛起的第三金属,其强度和重量比是金属之最,不怕600摄氏度的高温,也不惧零下196摄氏度的严寒,耐酸、耐碱、耐盐,永不生锈,几乎具有理想金属材料的全部属性。

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在享誉世界的中国钛谷——陕西宝鸡,这里出产的成品钛合金价格不菲,能达到高强钢的几十倍。

宝钛集团的工程师们即将为机翼横梁打造高强高韧钛合金。

首先,把按照比例混合好的钛合金原料压制成一个个小块,并焊接成一个大块头,再进行熔炼。

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钛在常温下十分温顺,一旦加热,马上就会变得性如烈火,因此,熔炼必须在真空环境中进行。为了保证高强高韧钛合金内部化学成分均匀,这样的熔炼还需要再进行两次。

三次熔炼后,就要进行钛材制作最关键的一步。不同于钢,钛的锻造温度区间非常窄,锻造的过程中,每一个10摄氏度的温度区间,都要匹配相应的压下力。

在锻造过程中如果出现一点点失误,钛合金棒材只能降级处置。而这样精密的锻造,一根棒材至少要经历8次。

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成品高强钛合金,强度可以超过1000兆帕。

今天,钛合金已经成为航空业的核心材料之一,几乎适用于制造飞机上的任何部件,伴随着更加深入的开发和利用,钛在未来的发展一定会有更具想象力的空间。

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“点石成金”的特种水泥

水泥是迄今为止使用最多的人造材料。而制造这种材料的原料,却是自然界最常见的石头,石灰石。

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在中国建材集团的水泥工厂中,隋同波创新团队要试制强度高达60兆帕的水泥熟料,挑战工厂生产的理论极限。

配料车间,磨碎的石灰石和黏土,经传送带进入辊压粉磨机,粉碎制得粒径80至200微米的水泥生料。

在水泥厂的制高点,水泥生料从112米的高处飘然而下。约2分钟后,热态物料到达底部,进入旋转的庞然大物。

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直径5.5米的圆筒内,巨型喷火枪制造出超过20米的烈焰,温度瞬间提升到1420摄氏度。在高温烈焰的催动下,物料温度提升到1420摄氏度,完成熟化,形成硅酸盐熟料。

接下来,十多台巨型风机将高温水泥熟料从1420摄氏度迅速降温至60摄氏度左右,最终形成硅酸盐矿物和少量的玻璃体,水泥熟料制成,遇水硬化的能力已经蕴藏其中。

抽检结果显示,这一批次的熟料强度超过60兆帕。

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在绿色工厂,我们见证了科学家指挥自然界最常见的石头,合成人类历史上最重要的材料之一。水泥熟料添加石膏研磨成粉,掺砂石与水混合,就变成人们最常见的混凝土。

从用于火箭发射台的超耐高温水泥,到用于建设公路铁路、跨海大桥甚至飞机跑道的高性能水泥,再到用于油、气钻井工程的超快硬水泥以及巨型水坝用的低热水泥。最近40年,中国人发明了60余种特种水泥,为一个个超级工程提供了强大支撑。

挑战世界纪录!“能软能硬”的陶瓷

陶瓷,是中国的名片,世界的瑰宝,英文中陶瓷和中国甚至共用了一个单词。

进入现代社会,陶瓷已不只是沟通中外文化的使者。在工业领域,陶瓷早已大显身手。

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山东,淄博。在中国建材集团的一个厂房里,隐藏着两个研究工业陶瓷的顶尖团队。他们的最新成果将刷新我们对于陶瓷的认识。

厂房东头的团队由李伶带领,她要挑战人类的常识,让陶瓷具有弹性。他们的作品是陶瓷弹簧。

陶瓷弹簧的秘密在于组分与外形的精巧配置。新制弹簧样品已经在测试设备上安装完毕。挑战的目标是25%的压缩量,也就是50毫米的弹簧要往下压缩12.5毫米,这几乎是陶瓷材料弹性的理论极限。

测试开始,压盘缓缓向下。

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达到12.5毫米的设定值,陶瓷弹簧没有像普通陶瓷一样碎裂。松开,再次下压。经过45次冲压,陶瓷弹簧完好无损。

包括中国在内,全球只有3个国家有能力生产陶瓷弹簧。目前已知的弹性压缩量纪录是20%,李伶团队最新烧制的陶瓷弹簧,完成了25%的世界纪录挑战。

厂房另一边,制造轴承的氮化硅陶瓷球是张伟儒团队为之骄傲的作品。

这种陶瓷,硬度仅次于金刚石,重量只有钢材的三分之一,被认为是目前综合性能最好的结构功能一体化陶瓷之一。由其制成的陶瓷轴承,转速可达每分钟60万转,耐高温达到1200摄氏度,更奇特的是它具有自润滑的特性。

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工厂内,即将开启新一批氮化硅陶瓷轴承球的制备。

高纯度原料,被压制成陶坯,送至热等静压机。厚重的金属门之内,可以同时产生2000个大气压的高压和2000摄氏度的高温,在这样的极端条件下,陶坯的致密度将得到显著提升。

进入氮化硅陶瓷的内部,我们可以看到一个四面体的结构,硅原子位于四面体的中心,4个氮原子分别位于四面体的顶点,这个结构之间的空隙越少,氮化硅整体的结构强度就越高。高致密化氮化硅陶瓷的强度可以超过1000兆帕。

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陶瓷球中残留的空隙被逐渐排空,出炉的氮化硅陶瓷球已经具备坚实的内心,五道研磨抛光程序则帮助它获得镜面级的光滑外表。

合格的碳化硅陶瓷球出厂后,将被运往世界各地,踏上遥远的征途。

在这里生产的各种尺寸的黑色陶瓷球,被广泛应用于精密机床、电动汽车、能源化工、航空航天等领域。为我国高端装备发展提供了坚实的材料支撑。

厚度仅0.03毫米的柔性玻璃,

实现连续折叠100万次不破损

大尺寸显示玻璃,是信息时代玻璃材料竞争的高点。

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在中国建材集团旗下蚌埠中光电的工厂中,超1300℃的高品质玻璃液,缓缓流入装满锡熔液的锡槽,两种溶液比重不同,如同油悬浮于水面。玻璃液在锡熔液之上均匀摊开,在拉边机作用下慢慢变薄。

冷却之后,经过裁切,最终形成面积达5.5平方米,厚度却只有0.5毫米的超薄玻璃。

这种生产工艺由中国自主研制,被称为洛阳浮法,发明至今延续使用了50余年,同英国皮尔金顿、美国匹兹堡齐名,并称世界三大浮法工艺。

而优化洛阳浮法工艺并用其制造信息显示玻璃是中国工程院彭寿院士团队的创举。

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如今,彭寿院士团队要启动更加极限的挑战。目标是制备一种柔性显示玻璃,这种玻璃最常见的应用,就是眼下市场上热销的折叠屏手机。

为了实现连续折叠100万次不破损,弯折半径小于1毫米的目标,工程师首先采用多道先进工艺,制造出厚度只有0.2毫米的超薄高铝玻璃原片。

超薄高铝玻璃原片被整齐地固定在特制的喷淋架,药液冲击玻璃的表面,玻璃不堪药液腐蚀,渐渐消瘦。

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10分30秒,减薄机停止工作。超薄玻璃被再次减薄7倍,蜕变成厚度只有0.03毫米的柔性玻璃。

16个采样点,最厚和最薄之间误差只有一毫米的千分之二。数据表明这是一次成功的减薄。

按照一天折叠100次计算,支持百万次弯折不破损的柔性玻璃可以让折叠手机使用超过27年,彭寿院士团队创造了新的世界纪录。

玻璃纤维新工艺:4微米超细丝织成超薄电子布

隶属于中国建材集团的全资子公司——泰山玻纤,是中国首条万吨池窑玻璃纤维产线的诞生地。15条生产线马力全开,这里年产玻璃纤维可达138万吨。

把这个数字放大八倍,是全球一年的产能。其中,中国占比超六成。今天的中国早已成为全球第一大玻璃纤维生产国。

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1600℃高温,玻璃瞬间熔化。重力作用下,玻璃液从铂铑合金漏嘴中流出,下落过程中急速冷却,0.01秒瞬间固化成纤,最细的时候,直径只有4微米,相当于头发丝的十二分之一。这是材料专家祖群用玻璃做原料制备的一种具有特殊性能的纤维材料。

玻璃纤维距离我们并不遥远,它常被编制成布,层层铺设形成骨架,再灌入树脂加热固化,做成强度模量提升10倍以上的特种纤维增强复合材料,这种材料有一个更为人们所熟知的名字,玻璃钢。

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印刷线路板是所有电子产品的核心器件,由玻璃纤维织成的电子布,在其中起到重要的支撑和绝缘作用。

随着电子科技不断进步,电子产品日趋轻薄和小型化,这要求电子布要更薄,玻璃纤维要更细。

一年之前,唐志尧团队攻克了4微米超细丝的量产难题。下一步,就是利用细丝编织薄布,把超薄电子布的厚度降低到14微米以内。

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把纱线摊成扁平的丝束,是生产超薄电子布的关键,这种工艺被称为开纤。

圆柱形的纱线互相交织,纤维布的厚度至少是单根纤维的4倍,而且存在大量孔隙,消除孔隙,正是开纤工艺要解决的难题。

40根直径4微米的玻璃纤维被捻成纱线,经过编织,产品就下线了。

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显微镜下,最新一批生产的电子布,厚度只有13微米,纱线间的空隙消失不见。这正是理想超薄电子布该有的形态。

作为世界上使用最广泛的复合材料,小到家用电器,大到汽车轮船,甚至风机叶片,这种由玻璃纤维制成的复合材料已经无处不在。

T1000级碳纤维:一束“黑黄金”拉动两架C919国产大飞机

碳纤维凭借着细如发丝,轻如鸿毛,强如钢铁的优异性能,早已在工业领域站稳了脚跟,只是它还贵如黄金,制造难度堪比芯片,世界上能够生产它的国家屈指可数,中国是其中之一。

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中国建材集团所属中复神鹰是中国首个万吨级碳纤维生产基地,主要生产T700级、T800级及以上碳纤维,T,是指拉伸强度,是衡量碳纤维的关键指标。

今天,中国工程师连峰要向T1000发起挑战。

碳纤维原液在压力的作用下,经喷丝板被挤出,形成数千个细流,经过空气后进入凝固浴,这种工艺被称为干喷湿纺。

这是T700级以上高性能碳纤维低成本、大规模稳定生产的关键技术,全球仅三个国家掌握。

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进入氧化炉、碳化炉,纤维摆脱非碳元素,硬度随之显著提高。碳纤维终于按照工程师规定的路线进化完成,24000根5微米的黑色丝线聚集在一起。

拉力测试仪的结果显示,升级的碳纤维抗拉伸强度超过6400兆帕,这几乎是超高强钢的六倍,达到T1000级。

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一束一米长的T1000级碳纤维重量仅0.5克,却可以承担500公斤的力量,取筷子粗细的一束,足足可以拉动两架C919国产大飞机。

未来,T1000级的碳纤维将有力支撑中国包括大型客机、运载火箭等国之重器的制造和众多超级工程的建设。

这张塑料薄膜让锂电池能量密度提升5%

锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液构成。

隔膜使电池正、负极分隔,既要防止正、负极接触而短路,又要确保电解质离子顺利通行,是锂电池四大核心材料中科技含量最高、实现国产化最晚的组件。

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电池内部,寸土寸金,隔膜越薄,留给正负极材料的空间就越多,同等体积下,电池能量密度也就会越高。

经历多年攻关,中国工程师不仅突破了国外技术垄断,还在不断挑战厚度和安全性的极限。

今天,中国建材集团工程师张绪杰要用一种主要成分是超高分子量聚乙烯最新测试的原料,挑战5微米锂电池隔膜。此前,最薄的纪录是7微米。

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拉伸工艺,是隔膜制备的关键环节。

被夹子固定的膜片,以50米每分钟的速度通过产线。膜片在纵横两个方向被同步进行拉伸,面积扩大七倍,厚度逐渐变薄。分子链之间巨大的作用力,确保了膜片不撕裂。

这种湿法双向同步拉伸工艺,可以让微孔接近圆形,大小更均匀,从而提升隔膜的性能和安全性,代表着全球领先的技术水平。

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这一批次检测结果显示,隔膜的厚度仅5微米,可以让锂电池的能量密度提升5%。这正是塑料薄膜在电池内部施展的“魔法”,也是中国科学家在高分子材料领域的又一次重要突破。

合成橡胶打破轮胎行业“魔鬼三角”,

完成零下40到150多摄氏度的极限挑战

今天,全世界每年生产超过2500万吨橡胶,近七成是合成橡胶,超过一半的合成橡胶用来做轮胎。

轮胎行业有个“魔鬼三角”:滚动阻力、抗湿滑性能、耐磨性能,分别对应油耗、安全性和使用寿命。

在轮胎行业,这三者分明是彼此矛盾,相互制约。而来自中国石化的合成橡胶材料专家王雪要做的就是通过开发高性能橡胶,让这三者保持最大限度的平衡。

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四个碳的丁二烯和八个碳的苯乙烯,两种石油制品在这里都是原料,被分别泵入反应釜,待温度升至50摄氏度,丁基锂适时登场,负责指挥两种单体,按照特定的组合方式聚合成弹性的长链。

两个小时后,白色乳状胶花析出。这是合成橡胶的最初形态。经过分子结构测试和性能评价后,王雪判断,这个配方可以送往规模化的产线了。

硫化的橡胶既不会因加热而变黏,也不会遇冷而变硬,始终柔软而富有弹性。有了硫化的橡胶,世界上才出现了可以更好地吸收道路颠簸的充气轮胎。

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得益于优化的橡胶,中国已经可以批量化生产国际领先的AB级轮胎。

如今,中国石化合成橡胶材料专家邵明波团队也已经成功研制出新型氢化丁腈橡胶,这种橡胶既能耐受零下40摄氏度的极寒,也能承受150多摄氏度的炎热。

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煤炭实现从“黑”到“白”的神奇嬗变

据《山海经》记述,中国早在六七千年前就发现和使用煤。燃烧,是它最普遍的应用,剧烈氧化释放的热量,推动了动力变革,进而开启了工业时代。

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长久以来,煤炭极力地满足人们的需求,足迹遍布全球。事实上,煤的碳氢比例通常在1.5到1左右,在石油、天然气等众多化石能源中煤的热值较低,但含碳量明显高于其他能源。这表明,我们聚焦煤炭的燃料属性时,忽略了它还适合做材料。

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国家能源集团副总工程师闫国春,用煤做原料生产化工产品,开辟了煤炭清洁高效利用新途径。

通过复杂的化学反应,煤炭朴素黝黑的形象消失殆尽,显现清澈透明。在催化剂的作用下,它神奇地结出晶体。

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通过催化,聚合,生成固态颗粒。白色颗粒再经过特殊的催化,终于成为PGA(聚乙醇酸)。

PGA可不是一般的化学品,而是材料界的稀有物种。利用PGA(聚乙醇酸)可以生产许多塑料制品,阻隔性比传统塑料高10倍以上,使用后的PGA制品,还可以在土壤、海水等环境中自然降解。

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过去几年,中国利用优势煤炭资源,让煤化工再度复出,煤制聚乙烯、聚丙烯树脂颗粒等石油化工中熟悉的身影,经全自动化包装线被源源不断地送出车间。

中国人不仅激活了煤炭做材料的潜能,更拓宽了人类使用材料的边界,未来,面向碳达峰、碳中和战略目标,我们必将持续探索煤炭高效清洁利用新路径。

“挂在墙上的油田”

安徽蚌埠,拥有世界上单体规模最大的光伏建筑一体化项目。

项目充分利用中国建材集团自主研发的发电玻璃取代了大部分外墙材料和屋顶材料,12万平方米建筑表面,覆盖了68079块发电玻璃。

仅这一栋建筑,每年可以发电超过1100万千瓦时,可以节约燃煤约4700吨,减排二氧化碳1.06万吨。

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这种发电玻璃,被誉为“挂在墙上的油田”。它们能够发电的秘密,隐藏在玻璃表面3微米厚的铜铟镓硒薄膜上。

当太阳照射时,薄膜内部会产生电子运动,从而实现发电。这种薄膜的核心层由铜、铟、镓、硒四种元素组成,它们经过复杂的化学反应,能够合成一种特殊的化合物,以高光学吸收半导体材料的身份承担起光电转换的重任。

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如何将微米级厚度的薄膜均匀涂布在大尺寸玻璃基板上,是对新一代薄膜发电装备提出的更高要求,这也是蒋继文最关心的事。

把磁条安装到靶材内,放置进真空腔体,接通电源后,磁场像一双无形的手,稳稳地控制着靶材粒子向外溅射的分布。

基板玻璃匀速向前,铜、铟、镓三种元素被轰击,以雾化状态溅射,均匀落座玻璃基板的表面。

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蒋继文将完成镀膜的发电玻璃分割,直径微米级的金属刀头,慎重下刀,1米见方的玻璃,迎着刀头分成百余条大小相同的子电池,一道道细线之间,是相互独立的太阳能子电池,它们彼此串联,通过调整子电池的宽度,可以实现电压、电流的最佳匹配,从而确保发电玻璃输出功率最大化。

六年之前,这条产线的投产,实现了中国铜铟镓硒薄膜发电玻璃从0到1的突破,并实现了超过20%的光电转换效率。

到今天,这里每年可以生产300兆瓦发电玻璃,一年的产量可以安装在200万平方米幕墙、屋顶,发电3.4亿千瓦时,足够10万个家庭使用一年。

塑料+碳纤维=储氢新方案

1807年,瑞士人制造了使用氢气的内燃机汽车,到20世纪50年代,氢能大量应用在航空航天领域,我国的长征二号、三号、五号运载火箭,都用液氢作为燃料。

在碳中和背景下的今天,氢变得更加炙手可热。因为氢混氧气直接燃烧,热值高于煤炭和石油,生成的产物仅仅是水。

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氢和氧同时进入燃料电池还可以发电。但危险与挑战并存,氢气易燃易爆,氢能的储存运输亟待解决。

中国建材集团的一座工厂中,正在制造存储气态氢气的容器。

长约10米,直径50厘米,厚度为5厘米的无缝钢管,通过电磁感应系统完成初步加热,管口的钢材逐渐达到熔点。

随后,喷枪开始工作。1000摄氏度的高温火焰如同利刃,耐心地将坚硬的线条打磨出均匀的弧度。10分钟后,瓶口已经成型。

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像这样的钢制储罐可以储存气态氢气300立方米,足够一辆汽车行驶3000公里。

但受到重量的限制,这种钢瓶适用于工业冶金、加氢站等固定场景。

当塑料的轻便搭配上碳纤维的韧性和抗压性,他们组合出击,就是另一种物美价廉的储氢装置了。

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三段长0.5米,直径30厘米,厚度为6毫米的塑料圆管被固定,在高温和压力的相互作用下,连接处的坯料慢慢熔合一体。

碳纤维材料按照预先设计的路线,以每分钟200米的速度将塑料内胆紧紧包裹,直至缠绕铺层达到设计要求的强度,成为便于携带的另一种储氢容器。

据能源机构预测,到2050年,氢能在全球整个能源结构中占比将超过12%。在中国,氢能源无人机已经上岗高压线网巡视,城市里的两轮单车、四轮客车和城轨列车也都“氢”装上阵。

氢能源的发展与应用,中国正在加速向前。

从稀土“黑马”到永磁材料,中国率先量产!

永磁材料,是一类经过磁化就可以长久保持较强磁性的材料。磁性最强的永磁材料是稀土永磁材料。

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目前广泛使用的稀土永磁材料是围绕稀土“钕”开发的钕铁硼永磁材料,但是钕储量稀少并且价格较高。

中国工程院院士、中国钢研副总工程师李卫带领团队选中了稀土界的一匹“黑马”,铈。

铈在地壳中的含量仅为0.0046%,但却是丰度最高的稀土元素。铈和钕相伴相生,却比不上钕广受追捧。据统计,我国每年闲置的稀土铈达数万吨。

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浙江宁波,是全球最大的铈磁体生产基地。李卫院士即将尝试把铈的占比前所未有地提高到50%,让经过驯化的铈更大程度取代资源相对匮乏的钕。

铈、镨、镧等元素按比例投放至真空熔炼炉熔化成液态。向下倾斜,滚烫的铈合金液体经旋转的圆滚,向外飞溅,以液滴为单位冷却。

这种快速凝固技术,可以让内部形成的晶粒更加细小,这是李卫院士带队创新的重要工艺之一。

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把金属片研磨制得粒径仅3微米的粉末。在无氧的密封箱中,每800克粉末集结并被压制成块,再由工人将一个个小块搬运到30厘米见方的石墨盒内。它们统统被送进烧结炉。

炉内,超过1000摄氏度的高温,把粉末推向融化的临界点,颗粒间的距离拉近直至粘结成一体,它们化零为整,已经团聚成坚实的块状磁体了。

再经11道复杂的工序,铈占比超过50%的稀土永磁材料制作完成。

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量产的铈磁体被第一时间送到实验室。矫顽力、磁能积等各项指标均非常理想。

用富有的铈代替稀少的钕,不仅会大幅降低稀土永磁材料的成本,更大的意义在于,将极大地推动稀土永磁材料的可持续发展和稀土资源的平衡利用。

未来,物美价廉且性能优异的铈磁体将被用来制造各类器件,应用到交通、能源、电子信息、医疗、航空航天等装备之中,为智能制造和节能减排发展绿色低碳经济贡献力量。

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作者: 王斌

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