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《中國建材報》——搭建先進研發平臺 促進行業技術進步
時間:2014/5/18 10:12:00

搭建先進研發平臺 促進行業技術進步

2014-5-7 15:10:51  中國建材報   





汪洪









建筑節能是我國節能減排的重點之一。我國建筑能耗約占*總能耗的27 %,隨著經濟社會的發展,這一比例呈繼續上升趨勢,而建筑總能耗中50%左右是通過玻璃門窗損耗的,玻璃門窗已成為建筑節能*薄弱也是*具節能潛力的環節。作為建筑節能與薄膜技術方面的知名專家,汪洪博士于2010年經國家中組部“千人計劃”引進來中國建筑材料科學研究總院工作,開拓建筑節能玻璃新方向。中國建筑材料科學研究總院成立于上世紀50年代,是國內建筑材料與無機非金屬材料專業*大規模的綜合型研究機構和技術開發中心。建材總院是“洛陽浮法”的技術發源地,也是我國多項玻璃深加工技術的開拓者,多年來積累大量的經驗和人才隊伍,為國民經濟與國防做出過重要貢獻,但在建筑節能玻璃領域,涉足較晚。此次引進,使建材總院在建筑節能玻璃方向的力量得到了極大增強。

汪洪教授1984年畢業于北京大學地球物理學系。1986年赴美國伊利諾大學 (University of Illinois at Urbana-Champaign) 攻讀研究生,獲地質學碩士和材料科學與工程博士學位。畢業后進入SONY公司直屬的美國材料研究公司 (Materials Research Corp.) 任高級工程師,三年后加入松下電器直屬的研發機構,美國等離子體公司 (Plasmaco,Inc.),參與研制了世界上*臺60英寸彩色高清晰度等離子體顯示屏。1999年至2009年在全球前三大玻璃公司之一,美國加蒂安工業公司 (Guardian Industries Corporation) 的研發中心任主任材料科學家。其間承擔過多項材料及工藝研究課題,主持并參加過基于磁控濺射技術的多種節能鍍膜玻璃產品,包括陽光控制膜,單銀、雙銀Low-E可鋼化產品,汽車紅外反射型鍍膜風擋玻璃等,從設計,工藝開發直至投產的全過程。曾策劃,組建中心材料分析實驗室并任*任主管,采用多種現代薄膜分析技術(物理、化學、機械、光學、微觀結構表面等) 進行了大量產品故障分析,對提高鍍膜產品化學,機械耐用性和可鋼化產品熱穩定性等關鍵性能有深入研究,并提出多種獨到解決方案。2007年后任真空玻璃項目技術負責人,同時參與了等離子體顯示屏光學濾波片項目。已在相關領域獲得十多項美國專利。自2010年回國服務以來,擔任綠色建筑材料國家重點實驗室副主任,國家玻璃深加工工程技術研究中心首席科學家,建筑節能與太陽能玻璃加工技術北京市重點實驗室主任,和浮法玻璃新技術國家重點實驗室客座教授。

建材研究總院為汪洪博士專門組建了以玻璃科學研究院薄膜技術研究室為基礎的研發團隊,并先后投入資金近千萬元,在綠色建筑材料國家重點實驗室建立了國際*水平的功能性薄膜實驗室。汪洪博士分析了行業的現狀及本團隊的優勢,確立了低輻射(Low-E)節能鍍膜玻璃、玻璃表面耐劃傷涂層、太陽光譜選擇性吸收涂層和安全真空玻璃制造技術為主要研究方向。在總院的大力支持和團隊成員的共同努力下,他帶領的團隊近幾年成功申請并承擔包括十二五國家科技支撐計劃課題、國家自然科學基金面上項目、科研院所技術開發專項等在內的多項國家與行業重大科研項目,較快地取得了一批成果,逐漸建立了在行業中的影響力。同時,汪洪團隊積極推進科研成果產業化,將實驗室研發成果向信義玻璃工程有限公司、新福興玻璃有限公司、武漢長利、中建材(內江)玻璃高新技術有限公司、益科博能源技術(上海)有限公司等國內玻璃深加工、鍍膜玻璃、太陽能利用等行業的龍頭企業進行推廣,社會效益逐漸顯現,經濟效益逐步提高。

低輻射(Low-E)節能

玻璃制造技術

我國已成為世界上節能鍍膜玻璃的制造大國,擁有Low-E鍍膜生產線100條以上,為世界*。目前我國中高端Low-E節能玻璃生產技術及裝備絕大多數來源于西方發達國家,中低端設備基本上模仿國外產品,產品開發和生產依靠經驗,工藝控制缺少科學、系統性的保障體系,急需加強相關的應用基礎與技術研究。汪洪教授在2010年就根據在國外多年研發的經驗,總結出節能鍍膜玻璃產品開發的流程,并在數次國內相關行業會議上進行報告,向國內同行進行宣傳推廣。

汪洪團隊2012年完成了*中文節能鍍膜玻璃設計開發平臺的開發,集成了常用光學設計軟件與玻璃光學、熱工性能計算等多個軟件的功能,可計算模擬不同膜系結構鍍膜玻璃的光譜數據。開發平臺利用模擬結果或國際玻璃數據庫中數據(International Glazing Database)構建中空玻璃結構,計算得到中空玻璃的光譜,再按照ISO9050、ISO10292、ISO15099等標準方法,將鍍膜玻璃設計中的單片及中空玻璃的光譜、光學及熱工計算一次完成,大大方便了使用,提高了工作效率;用這款軟件開發的雙銀可鋼高透膜系與國際知名產品 PPG Solarban60, Cardinal LoE2 272等處于同一水平。在此基礎上,2013年又開發了膜系結構反演和優化軟件模塊。這套軟件與Low-E鍍膜玻璃在線測量系統結合,可對Low-E玻璃膜面反射光譜、玻璃面反射光譜、透射光譜以及面電阻等核心性能,進行快速橫向均勻性掃描測量和縱向均勻性監測測量,及時反饋產品性能,控制產品質量,降低調試成本。軟件還可實時分析膜系中各膜層厚度,使產品工藝控制具有明確的方向和目標,保證的產品生產的一致性。

下一階段,汪洪博士率領的團隊將采用國際先進的理念與方法,將低輻射膜系光學模型設計、鍍膜工藝技術、在線光電檢測技術、設定光學目標反演膜系優化智能技術、自動化控制等多項技術結合,建立以計算機輔助膜系設計與計算機在線測試技術為主體的節能鍍膜玻璃智能化制造技術體系。

玻璃表面耐劃傷

涂層制造技術

目前我國中低檔玻璃“產能過!、萬元GDP能耗高,每年大量出口廉價的玻璃原片與低附加值玻璃產品,高檔玻璃反而需要進口;玻璃深加工率遠低于發達國家、玻璃深加工的技術與裝備與國際先進水平存在較大差距是浮法玻璃行業中存在的共性問題。汪洪教授針對玻璃行業技術升級換代的需要,抓住對電子玻璃硬質保護膜的市場契機,由科技部院所基金項目資助,開展了玻璃表面類金剛石(DLC)薄膜的課題研究。

類金剛石薄膜具有類似于金剛石的高強度、高硬度、低摩擦系數,并且可見光波段光學吸收小,在玻璃表面作為大面積平板玻璃表面硬質保護薄膜具有巨大的市場需求,薄膜可廣泛應用于建筑節能玻璃*外層保護膜,玻璃衛浴、玻璃桌板等家用玻璃表面,高鐵、飛機等前風擋玻璃以及風沙較大的惡劣環境下使用的軍用吉普、越野車前風擋玻璃,紅外掃描窗口玻璃,以及現今市場上廣泛普及的觸摸屏電腦、智能手機等玻璃基板的耐劃傷、防指紋的高端玻璃產品。

汪洪教授帶領團隊開展的玻璃表面DLC薄膜制造技術研究,解決了透明薄膜不耐磨、耐磨薄膜不透明的難題,克服了DLC薄膜與玻璃基底結合性差,難于附著的問題,成功制備出耐摩擦、耐劃傷、抗腐蝕且同時具有良好光學透過性的類金剛石鍍膜玻璃,并且系統研究了類金剛石薄膜結構、成分對光學、力學性能的影響,闡明影響機制。目前制備的DLC鍍膜玻璃透光度比未鍍膜玻璃僅降低2~3%、鍍膜玻璃表面摩擦系數小于0.2、劃傷實驗的臨界載荷由鍍膜前的7.6N提高到12N、表面水接觸角*高可達105°。相關科研成果受到國際電子玻璃巨頭康寧公司及國內多家企業的關注,目前正在積極洽談開展中試合作的可能性。

太陽光譜選擇性

吸收涂層制備技術

太陽能光譜選擇性吸收涂層是太陽能光熱利用的核心材料,其主要技術指標,如太陽光譜吸收率、熱輻射率、熱穩定性和化學穩定性等,直接影響集熱器的熱轉換效率。近兩年,我國平板太陽能熱水器用光譜選擇性吸收涂層的需求量以每年25%的比例遞增,因此具有廣闊的市場前景。

2011年中期,經過周密調研,汪洪教授決定進入這一領域。兩年多來,團隊通過對吸收材料與膜系結構進行優化設計,在較短時間內成功開發出適合于平板太陽能熱水器使用的低溫太陽光譜選擇性吸收涂層。其主要指標達到國外同類產品水平,申報發明專利3項,并將在中國建材集團內的鍍膜生產線上進行產業化。2013年,又受客戶委托,基于本征半導體吸收原理開發了適用于中溫太陽能熱源的多層吸熱膜系,獲得了極低的輻射率(2%)與較高的吸收率(90%),吸熱/放熱比達到40以上,遠高于現有的商業產品;該項技術成果已申報國內發明專利3項,并將申報國外發明專利;以該涂層為核心材料的光熱轉換腔式集熱器目前正在進行產業化生產示范,有助于解決華北地區部分冬季取暖與夏季空調耗能問題,減少北京周邊排放,緩解霧霾。

安全真空玻璃制造技術

真空玻璃可以有效降低玻璃兩側對流和傳導散熱,其與低輻射鍍膜玻璃結合是目前節能效果*好的建筑節能玻璃。目前國際范圍內存在的主要技術瓶頸是鋼化真空玻璃制造技術尚未突破,因此真空玻璃無法直接作為安全玻璃使用。

真空玻璃不能鋼化的問題在于封接溫度較高,使鋼化玻璃應力在封接過程中喪失,所以有必要降低封接玻璃粉燒結溫度。而通常低溫封接粉都含有大量氧化鉛,造成對人類健康的擔心,因此低溫無鉛封接粉是當前發展的方向。建材總院在封接玻璃粉方面承擔過863等國家級項目,具有多年積累。在汪洪博士組織下,在較短時間內就開發出達到國際水平的無鉛低溫玻璃封接粉,并申請了發明專利。

汪洪博士根據國際上封接技術的*新進展,提出研制具有紅外光譜吸收特性的封接玻璃粉,采用光輻射加熱代替電加熱封接方式,可*大限度降低真空玻璃封接溫度。經過團隊的努力,由建材總院開發的紅外吸收封接粉可降低封接溫度達40℃,使鋼化玻璃應力衰減控制在5%以內,突破了鋼化真空玻璃的制造技術,并申報發明專利3項。此外,結合玻璃科學院在夾層航空玻璃領域多年的研發基礎,開發出安全夾層真空玻璃,通過研究溫度、壓力對膠片粘結強度和真空玻璃質量損壞程度的影響,確定了合理的夾層工藝制度,并采取特殊保護措施保護真空玻璃抽氣口,經檢測證明:該夾層真空玻璃既符合國標針對建筑用夾層安全玻璃標準,又符合建材行標中真空玻璃節能性標準。并于2013年12月26日通過了由建材聯合會組織的成果鑒定,達到國際先進水平。目前已成功在國內多項建筑工程上得到了應用,并申報發明專利1項。

材料高通量

制備與表征技術

材料基因組是材料科學領域的新型系統性研究方法,它以加速新材料的“發現-生產-應用”速度為基本目的,通過革新材料研究方法和技術平臺,用高通量并行迭代替代傳統試錯法中的多次順序迭代,將材料“發現-生產-應用”的周期大幅降低,并且逐步由“經驗指導實驗”向“理論預測、實驗驗證”的材料研究新模式轉變,進而在材料科技工業領域引發一系列技術和商業模式上的變革。

“材料基因組計劃”是材料科學與工程發展的新方向,也將是我國新世紀材料發展戰略中重要的組成部分。汪洪教授敏感地捕捉到這一趨勢,在國內積極參與推動中國版材料基因組計劃的設立與實施,分別在中國工程院和中國科學院組織的咨詢項目中擔任專家,多次參與組織研討會,在會議上做“材料高通量制備與表征”相關報告,并受化工出版社邀請組織編寫一本“材料基因組計劃”相關的專著。同時推薦引進組合材料科學創始人、國家“千人計劃”專家項曉東博士來總院擔任兼職教授,在該領域奠定了建材研究總院的地位,擴大了總院的影響力,為后續在總院開展該領域的研發創造了條件。

團隊建設

汪洪教授治學嚴謹、視野開闊、造詣深厚、方向清晰,他引入國際化理念進行團隊建設,根據成員的專業特長與性格特點進行職業發展設計,充分發揮每個人優勢,形成了多層次、多專業背景、分布合理的研發團隊;率領團隊既快速發展又充分發揮專長,大大提高了總院在建筑節能玻璃與薄膜技術的整體研發水平。他們的目標是:成為*首屈一指的功能薄膜和玻璃深加工研發中心。


新聞鏈接:http://www.cbmd.cn/jsh/Info-7354.html




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