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美國實驗室：三大**高校研發(fā)清潔能源材料
DQZHAN訊：美國實驗室：三大**高校研發(fā)清潔能源材料
康寧、3M尋科研機構(gòu)聯(lián)袂
主要的高校研究所有15家，科研機構(gòu)則包括國家可再生能源實驗室、橡樹嶺國家實驗室、阿貢國家實驗室等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)嶒炇业膿?jù)點慢慢摸索新材料的“足跡”，眼前的這幅“藏寶圖”布局越來越明晰了。新型無機非金屬是這周要展開探尋的“寶藏”，這種20世紀中期以后發(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)學所不可缺少的物質(zhì)基礎。
據(jù)記者統(tǒng)計，無機非金屬材料在美國的研究據(jù)點主要有22個。其中，主要的高校研究所有15家，分別是麻省理工大學、斯坦福大學、康乃爾大學、西北大學、加州大學伯克利分校、賓夕法尼亞大學、加州理工學院等，科研機構(gòu)則包括國家可再生能源實驗室、橡樹嶺國家實驗室、Argonne(阿貢)國家實驗室、美國勞倫斯伯克力國家實驗室、埃姆斯實驗室等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，主要涉足無機非金屬材料研究的高校研究領域雖各有側(cè)重，但**高校的研究方向卻呈現(xiàn)很大相似性，如加州大學洛杉磯分校(UCLA)、麻省理工大學、西北大學，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非金屬當中的先進陶瓷。據(jù)了解，UCLA材料科學與工程學院教授約翰˙d˙麥肯齊，研究領域是玻璃(1295,2.00, 0.15%)科學、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還設有專門的無機非金屬材料研究實驗室，“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洛杉磯分校的跨學科研究中心，它的資金來源于美國能源部科學辦公室。”一位UCLA材料科學專業(yè)的校內(nèi)人士向記者表示。談及實驗室現(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。米姆將進行載波生成基本機制的系統(tǒng)研究、能量轉(zhuǎn)換以及運輸，從分子和納米級設計復合材料，這些材料將被用來明顯改善有機太陽能電池和超級電容器的性能。目前還正在和加州大學伯克利分校，堪薩斯大學、華盛頓大學以及國家可再生能源實驗室進行項目合作。而*值得關(guān)注的項目則是“在能源管理中被廣泛運用的電化學電容器，因為他們可以幾分鐘完全充滿電而電池需要花費幾個小才被充滿電，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。”上述校內(nèi)人士告訴記者。
無獨有偶，西北大學和*早成立材料專業(yè)的麻省理工大學也在涉足清潔能源研究。其中，麻省理工大學涉及先進陶瓷領域研究的主要有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計、合成先進無機材料及相關(guān)設備，其當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。而西北大學和阿貢國家實驗室建立了西北阿爾貢科學與工程研究所，培養(yǎng)研究合作的能源、生物和環(huán)境系統(tǒng)和國家**。新學院建立在當前合作的領域——太陽能電池發(fā)展高性能計算?？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辦公室，其實美國能源部才是實力*為**的機構(gòu)。能源部是美聯(lián)邦政府在基礎科學研究方面*主要的管理和資助機構(gòu)，下設24個國家實驗室和技術(shù)中心，如世界**的橡樹嶺國家實驗室、阿貢國家實驗室。
國家實驗室“**”“親民”齊頭并進
鑒于無機非金屬材料在工業(yè)生產(chǎn)和生活中的重要性，美國多個大型國家實驗室紛紛重點或涉足該領域的研究工作。其中，美國國家可再生能源實驗室、橡樹嶺國家實驗室、Argonne(阿貢)國家實驗室、美國勞倫斯伯克力國家實驗室、埃姆斯實驗室是研究成果頗豐的5個代表。為加快科學突破需要，建立新的21世紀能源經(jīng)濟，美國能源部斥資3.77億美元在國內(nèi)各大學、國家實驗室、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**科學家團體，致力于解決下列領域的重大問題：太陽能、儲能、材料科學、生物燃料、先進核能系統(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**大學承擔研發(fā)。其中涉及無機非金屬材料的項目，包括由亞利桑那大學承擔的項目，研發(fā)重點為“利用無機—有機復合材料來提高太陽能轉(zhuǎn)換為電能的效率”，此外，麻省理工學院、馬薩諸塞大學、西北大學、南加州大學的研發(fā)項目都與該領域密切相關(guān)。在美國能源部所屬部門中，常規(guī)負責新材料研究的是美國國家可再生能源實驗室(NREL)，是***重點實驗室，總部設在密蘇里州堪薩斯市。NREL主要涉及太陽光轉(zhuǎn)換為電、風能發(fā)電、生物質(zhì)燃料及生物質(zhì)高價值工業(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)和應用工作。與NREL及能源前沿研究中心的**運作相比，橡樹嶺國家實驗室在該領域的研究顯得更加“親民”，更加貼近生產(chǎn)和生活。
橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory，簡稱ORNL)是美國能源部所屬*大的科學和能源研究實驗室，許多科學領域在國際上處于**地位，成立于1943年，原稱克林頓實驗室，現(xiàn)有雇員3800多人和客座研究人員大約3000人，年度經(jīng)費超過10億美元。ORNL主要從事6個方面的研究，包括中子科學、能源、高性能計算、復雜生物系統(tǒng)、先進材料和國家**。其中涉及無機非金屬材料的領域是：高溫材料實驗室、建筑技術(shù)中心以及材料科學與工程部陶瓷科學與技術(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，該項目降低能源強度(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，高溫材料實驗室為各種各樣的樣品如涂層、薄膜、復合材料等提供高溫熱傳遞和熱分析設備;建筑技術(shù)中心主要職責是為建筑業(yè)提供建筑外殼、加熱和冷卻以及設備的測試和分析訣竅;材料科學與工程部陶瓷科學與技術(shù)組則主要致力于先進陶瓷、陶瓷及金屬基復合材料高溫疲勞和蠕變行為的研究。
**公司覓科研機構(gòu)跨國合作 研究的價值正是在于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
目前，美國無機非金屬材料研發(fā)已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，像美國康寧、3M等全球行業(yè)領導企業(yè)已在國際布局研發(fā)網(wǎng)絡。美國康寧是特殊玻璃和陶瓷材料的全球領導制造商，1851年成立于美國紐約州的康寧市。康寧公司是世界上頭個實現(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?？祵幍闹饕邪l(fā)及生產(chǎn)領域集中在特殊玻璃、陶瓷材料、聚合物和應用光學等方面的專業(yè)技術(shù)。憑借著160年在材料科學和制程工藝領域的知識，康寧公司成為電信、顯示科技、環(huán)境科技及生命科學領域的市場***，曾六次榮獲美國陶瓷學會技術(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?？祵幑疽恢狈e極參與中國的發(fā)展，并與中國的**科研機構(gòu)積極合作。2011年6月，位于上海嘉定的“中國科學院上海硅酸鹽研究所-康寧聯(lián)合實驗室”正式成立，這是康寧公司在中國大陸設立的頭個聯(lián)合研發(fā)實驗室。聯(lián)合實驗室的頭個項目是熱電轉(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、先進陶瓷外，新型建筑材料也是重要的無機非金屬材料。美國3M公司便是這一領域中研發(fā)實力雄厚的代表。
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全稱明尼蘇達礦務及制造業(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是國際公認的研發(fā)領域的企業(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，從運輸、建筑到商業(yè)、教育和電子、通信等各個領域，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)設有分支機構(gòu)，產(chǎn)品在200多個國家和地區(qū)銷售。在城市建設中，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還積極與科研機構(gòu)合作。2010年3月，3M公司與國家可再生能源實驗室(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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