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美國實(shí)驗(yàn)室:三大**高校研發(fā)清潔能源材料

DQZHAN訊:美國實(shí)驗(yàn)室:三大**高校研發(fā)清潔能源材料
康寧、3M尋科研機(jī)構(gòu)聯(lián)袂
主要的高校研究所有15家,科研機(jī)構(gòu)則包括國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室、橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室等5所;在公司方面的研究優(yōu)勢則集中在康寧和3M就像再次展開“新材料藏寶圖”一樣,沿著全球?qū)嶒?yàn)室的據(jù)點(diǎn)慢慢摸索新材料的“足跡”,眼前的這幅“藏寶圖”布局越來越明晰了。新型無機(jī)非金屬是這周要展開探尋的“寶藏”,這種20世紀(jì)中期以后發(fā)展起來的物質(zhì),具有特殊性能和用途的材料,已經(jīng)成為了現(xiàn)代新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、現(xiàn)代國防和生物醫(yī)學(xué)所不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。
據(jù)記者統(tǒng)計(jì),無機(jī)非金屬材料在美國的研究據(jù)點(diǎn)主要有22個。其中,主要的高校研究所有15家,分別是麻省理工大學(xué)、斯坦福大學(xué)、康乃爾大學(xué)、西北大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、賓夕法尼亞大學(xué)、加州理工學(xué)院等,科研機(jī)構(gòu)則包括國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室、橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、Argonne(阿貢)國家實(shí)驗(yàn)室、美國勞倫斯伯克力國家實(shí)驗(yàn)室、埃姆斯實(shí)驗(yàn)室等5所;在公司方面的研究優(yōu)勢則集中在康寧和3M。
三大美國高校研究方向求同存異
據(jù)記者了解,主要涉足無機(jī)非金屬材料研究的高校研究領(lǐng)域雖各有側(cè)重,但**高校的研究方向卻呈現(xiàn)很大相似性,如加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)、麻省理工大學(xué)、西北大學(xué),其研究方向都在于清潔能源材料(燃料電池,鋰電池,超級電容器,熱電材料,太陽能電池),其原料涉及新型無機(jī)非金屬當(dāng)中的先進(jìn)陶瓷。據(jù)了解,UCLA材料科學(xué)與工程學(xué)院教授約翰˙d˙麥肯齊,研究領(lǐng)域是玻璃(1295,2.00, 0.15%)科學(xué)、陶瓷、電氣性能,材料的非晶材料回收,他曾被選為美國國家工程院院士,還被美國陶瓷協(xié)會授予了梅爾獎和托萊多獎。
在UCLA還設(shè)有專門的無機(jī)非金屬材料研究實(shí)驗(yàn)室,“分子工程能源材料能源前沿研究中心是一個總部在加州大學(xué)洛杉磯分校的跨學(xué)科研究中心,它的資金來源于美國能源部科學(xué)辦公室。”一位UCLA材料科學(xué)專業(yè)的校內(nèi)人士向記者表示。談及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)階段研究,他還告訴記者:“可再生能源技術(shù)的廣泛采用需要在效率和成本兩方面的顯著改善。米姆將進(jìn)行載波生成基本機(jī)制的系統(tǒng)研究、能量轉(zhuǎn)換以及運(yùn)輸,從分子和納米級設(shè)計(jì)復(fù)合材料,這些材料將被用來明顯改善有機(jī)太陽能電池和超級電容器的性能。目前還正在和加州大學(xué)伯克利分校,堪薩斯大學(xué)、華盛頓大學(xué)以及國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行項(xiàng)目合作。而*值得關(guān)注的項(xiàng)目則是“在能源管理中被廣泛運(yùn)用的電化學(xué)電容器,因?yàn)樗麄兛梢詭追昼娡耆錆M電而電池需要花費(fèi)幾個小才被充滿電,大力發(fā)展清潔能源能夠調(diào)整世界能源結(jié)構(gòu),減少對化石能源資源的需求與消費(fèi)。”上述校內(nèi)人士告訴記者。
無獨(dú)有偶,西北大學(xué)和*早成立材料專業(yè)的麻省理工大學(xué)也在涉足清潔能源研究。其中,麻省理工大學(xué)涉及先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域研究的主要有4位教授,分別是亞明˙蔣、Cima˙邁克爾J、林恩-w-霍布斯和Tuller-哈利L。其中,亞明˙蔣教授的研究主要集中在設(shè)計(jì)、合成先進(jìn)無機(jī)材料及相關(guān)設(shè)備,其當(dāng)前主題包括新的陰極和陽極材料的鋰離子電池在電活性材料的相轉(zhuǎn)變。而西北大學(xué)和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室建立了西北阿爾貢科學(xué)與工程研究所,培養(yǎng)研究合作的能源、生物和環(huán)境系統(tǒng)和國家**。新學(xué)院建立在當(dāng)前合作的領(lǐng)域——太陽能電池發(fā)展高性能計(jì)算??v觀美國**高校研究所,其“幕后推手”不得不提,很多科研資金都是來自于美國能源部科學(xué)辦公室,其實(shí)美國能源部才是實(shí)力*為**的機(jī)構(gòu)。能源部是美聯(lián)邦政府在基礎(chǔ)科學(xué)研究方面*主要的管理和資助機(jī)構(gòu),下設(shè)24個國家實(shí)驗(yàn)室和技術(shù)中心,如世界**的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室。
國家實(shí)驗(yàn)室“**”“親民”齊頭并進(jìn)
鑒于無機(jī)非金屬材料在工業(yè)生產(chǎn)和生活中的重要性,美國多個大型國家實(shí)驗(yàn)室紛紛重點(diǎn)或涉足該領(lǐng)域的研究工作。其中,美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室、橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、Argonne(阿貢)國家實(shí)驗(yàn)室、美國勞倫斯伯克力國家實(shí)驗(yàn)室、埃姆斯實(shí)驗(yàn)室是研究成果頗豐的5個代表。為加快科學(xué)突破需要,建立新的21世紀(jì)能源經(jīng)濟(jì),美國能源部斥資3.77億美元在國內(nèi)各大學(xué)、國家實(shí)驗(yàn)室、非盈利組織、私營企業(yè)建立46個能源前沿研究中心(EFRCs)。EFRCs集合了**科學(xué)家團(tuán)體,致力于解決下列領(lǐng)域的重大問題:太陽能、儲能、材料科學(xué)、生物燃料、先進(jìn)核能系統(tǒng)以及碳捕獲與封存等。美國以及8個國家超過110個機(jī)構(gòu)、近700名**研究員,1100名博士后、研究生和本科生以及技術(shù)人員將參與到EFRC的研究工作中。
46個研究中心均為美國**大學(xué)承擔(dān)研發(fā)。其中涉及無機(jī)非金屬材料的項(xiàng)目,包括由亞利桑那大學(xué)承擔(dān)的項(xiàng)目,研發(fā)重點(diǎn)為“利用無機(jī)—有機(jī)復(fù)合材料來提高太陽能轉(zhuǎn)換為電能的效率”,此外,麻省理工學(xué)院、馬薩諸塞大學(xué)、西北大學(xué)、南加州大學(xué)的研發(fā)項(xiàng)目都與該領(lǐng)域密切相關(guān)。在美國能源部所屬部門中,常規(guī)負(fù)責(zé)新材料研究的是美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL),是***重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,總部設(shè)在密蘇里州堪薩斯市。NREL主要涉及太陽光轉(zhuǎn)換為電、風(fēng)能發(fā)電、生物質(zhì)燃料及生物質(zhì)高價(jià)值工業(yè)產(chǎn)品制造、利用可再生原料制作及儲存氫燃料的研究、開發(fā)和應(yīng)用工作。與NREL及能源前沿研究中心的**運(yùn)作相比,橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室在該領(lǐng)域的研究顯得更加“親民”,更加貼近生產(chǎn)和生活。
橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory,簡稱ORNL)是美國能源部所屬*大的科學(xué)和能源研究實(shí)驗(yàn)室,許多科學(xué)領(lǐng)域在國際上處于**地位,成立于1943年,原稱克林頓實(shí)驗(yàn)室,現(xiàn)有雇員3800多人和客座研究人員大約3000人,年度經(jīng)費(fèi)超過10億美元。ORNL主要從事6個方面的研究,包括中子科學(xué)、能源、高性能計(jì)算、復(fù)雜生物系統(tǒng)、先進(jìn)材料和國家**。其中涉及無機(jī)非金屬材料的領(lǐng)域是:高溫材料實(shí)驗(yàn)室、建筑技術(shù)中心以及材料科學(xué)與工程部陶瓷科學(xué)與技術(shù)組,旨在開發(fā)新型材料、新型材料加工能力、新連接技術(shù)和新能源效益的產(chǎn)品。據(jù)悉,10年來,通過工業(yè)需要和科研相結(jié)合,該項(xiàng)目降低能源強(qiáng)度(也稱為單位產(chǎn)值能耗)25%和減少了工業(yè)碳足跡。從上游材料的研發(fā)到下游產(chǎn)品的生產(chǎn)上,三個研究中心又各司其職。其中,高溫材料實(shí)驗(yàn)室為各種各樣的樣品如涂層、薄膜、復(fù)合材料等提供高溫?zé)醾鬟f和熱分析設(shè)備;建筑技術(shù)中心主要職責(zé)是為建筑業(yè)提供建筑外殼、加熱和冷卻以及設(shè)備的測試和分析訣竅;材料科學(xué)與工程部陶瓷科學(xué)與技術(shù)組則主要致力于先進(jìn)陶瓷、陶瓷及金屬基復(fù)合材料高溫疲勞和蠕變行為的研究。
**公司覓科研機(jī)構(gòu)跨國合作 研究的價(jià)值正是在于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
目前,美國無機(jī)非金屬材料研發(fā)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),像美國康寧、3M等全球行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)已在國際布局研發(fā)網(wǎng)絡(luò)。美國康寧是特殊玻璃和陶瓷材料的全球領(lǐng)導(dǎo)制造商,1851年成立于美國紐約州的康寧市??祵幑臼鞘澜缟项^個實(shí)現(xiàn)0.4毫米玻璃商業(yè)化量產(chǎn)的生產(chǎn)者,也*先發(fā)明并制造出玻璃燈泡,使愛迪生的發(fā)明成為現(xiàn)實(shí)??祵幍闹饕邪l(fā)及生產(chǎn)領(lǐng)域集中在特殊玻璃、陶瓷材料、聚合物和應(yīng)用光學(xué)等方面的專業(yè)技術(shù)。憑借著160年在材料科學(xué)和制程工藝領(lǐng)域的知識,康寧公司成為電信、顯示科技、環(huán)境科技及生命科學(xué)領(lǐng)域的市場***,曾六次榮獲美國陶瓷學(xué)會技術(shù)成就獎。隨著液晶顯示器的普及,其核心部件玻璃基板的技術(shù)研發(fā)也備受企業(yè)關(guān)注。目前,全球TFT-LCD的玻璃基板供應(yīng)中有99%以上的份額集中在美國康寧、日本旭硝子等幾大廠商手中。此外,在大尺寸上影液晶屏幕玻璃基板市場,美國康寧占據(jù)51%的市場,以溢流熔融法制程生產(chǎn)為主。康寧公司一直積極參與中國的發(fā)展,并與中國的**科研機(jī)構(gòu)積極合作。2011年6月,位于上海嘉定的“中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所-康寧聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”正式成立,這是康寧公司在中國大陸設(shè)立的頭個聯(lián)合研發(fā)實(shí)驗(yàn)室。聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的頭個項(xiàng)目是熱電轉(zhuǎn)換材料研究,開發(fā)新的高性能熱電材料可以幫助車輛余熱高效利用與電氣化,實(shí)現(xiàn)更好的汽車燃油效率,降低尾氣排放。除了特種玻璃、先進(jìn)陶瓷外,新型建筑材料也是重要的無機(jī)非金屬材料。美國3M公司便是這一領(lǐng)域中研發(fā)實(shí)力雄厚的代表。
美國3M是世界有名的多元化跨國企業(yè),且是道瓊斯30種工業(yè)成分指數(shù)股票之一。3M全稱明尼蘇達(dá)礦務(wù)及制造業(yè)公司,成立于1902年,總部位于美國明州**圣保羅市。是世界有名的多元化科技的**型跨國企業(yè)。3M是國際公認(rèn)的研發(fā)領(lǐng)域的企業(yè)先驅(qū)。百年來,3M的產(chǎn)品已深入人們的生活,從家庭用品到醫(yī)療用品,從運(yùn)輸、建筑到商業(yè)、教育和電子、通信等各個領(lǐng)域,極大地改變了人們的生活和工作方式?,F(xiàn)代社會中,世界上有50%的人每天直接或間接地接觸到3M公司的產(chǎn)品。3M公司在全球超過65個國家和地區(qū)設(shè)有分支機(jī)構(gòu),產(chǎn)品在200多個國家和地區(qū)銷售。在城市建設(shè)中,如何降低建筑能耗又充分利用資源,成為政府和每一個家庭共同關(guān)心的話題。
在新型建筑材料領(lǐng)域,3M不斷研發(fā)新型節(jié)能環(huán)保材料。例如,其研發(fā)的極景多層光學(xué)微附建筑隔熱防爆膜,使普通玻璃具有了**的隔熱效果能阻隔高達(dá)97%的紅外線,并會隨太陽正射角度變化而提高7%-9%的隔熱效能。3M還積極與科研機(jī)構(gòu)合作。2010年3月,3M公司與國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)簽署一系列合作研究和開發(fā)協(xié)議。協(xié)議涉及三大**領(lǐng)域:薄膜光伏、聚光太陽能發(fā)電和生物燃料,并共同開發(fā)具備成本競爭力且可大規(guī)模生產(chǎn)的新型可再生電力和燃料能源的關(guān)鍵技術(shù),以滿足市場對清潔能源的需求。

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