一颗5克拉的中国梦，看华创三同如何打破纳米粉体材料垄断

这不是普通的“白色粉末”——


造得了流光溢彩的宝石，做得了烤瓷牙，更是“国之重器”不可或缺的关键材料……眼前这瓶看上去和面粉差不多的白色粉末，堪称材料界的“六边形战士”。


它的学名叫多元纳米粉体材料，按“克”卖的话，最贵可达到上百元。看似平平无奇，却让海归博士靳星和团队成员们在实验室里埋头研发了10余年。


4年前，靳星回国创业，在被国外垄断的高端纳米粉体领域，闯出一条创新成果产业化之路。如今，自主研发的多元纳米粉体材料终端产品已应用于新能源、深空探索、精密光学等这些高科技、高附加值领域。


无悔的选择


在华创三同的展厅里，一颗5克拉大小的宝石吸人眼球。


“这宝石，也是用多元纳米粉体材料制成的？肉眼完全看不出差别！”面对记者的疑问和惊讶，靳星似乎早已习惯。


接过宝石，又拿来一瓶粉末，他介绍，人造宝石不仅外形与天然宝石无异，物理、化学性质也几乎没有差别。天然的蓝宝石是氧化铝，人造蓝宝石也是。“就像河流里的冰和冰箱里的冰，只要掌握好多元纳米粉体材料的配方和粒径，就能实现人造宝石。”


当然，制作红蓝宝石，对于多元纳米粉体材料来说，属实是“大材小用”。对于华创三同来说，真正的“炫技之作”在于高端光学、电学领域的应用。


多元纳米粉体材料应用范围广泛，可用于电子设备、电池、生物医药等领域。同时根据前瞻研究院相关报道，纳米粉体材料由于技术含量高、产品应用广、具有良好的市场前景和发展空间，在新材料行业中成长性较好，市场规模大约在千亿元左右。


目前国际上比较常用的纳米粉体材料制备方法主要包括固相法、气相沉积法、液相沉淀法、溶胶凝胶法等，但这些方法同时也有相应的瓶颈和缺陷。例如使用固相法制备纳米粉体材料时，颗粒粒径往往偏大，对设备的精度要求也较高，同时进行多元材料混合时还容易出现不均匀的情况。


而液相法的问题在于，其往往可以在实验室中得到状态较好的纳米粉体，但在大规模工业生产时粉体稳定性面临挑战。


华创三同所研发的多元纳米粉体材料，凭借纳米级粒径、原子位掺混的优越特性，正应用于透明装甲、飞行器头部红外整流罩等核心部件，承担起“国之重器”关键材料国产替代的重任。而这，正是靳星回国的初衷。


2020年，32岁的靳星从美国佛蒙特大学博士毕业后入职中国科学院过程工程研究所担任副研究员。在那里，他深切感受到所做的成果缺少产业化量产，而做纯粹的科研并不是他的理想。


在进行大量前期调研后，靳星了解到国内对于多元纳米粉体材料的需求持续旺盛，但一直面临着国外垄断的“卡脖子”难题，很多制造企业、军工单位只能依靠进口。


一个强烈的“材料报国”念头，在靳星心中冉冉升腾——“实现在中国没有买不到、做不出的功能化多元纳米粉体材料的梦想！”


彼时，靳星的大学导师——清华大学科研院副院长李水清教授已在纳米颗粒材料研发和规模化合成领域深耕15年以上。当靳星把创业想法告诉恩师时，立即得到了他的大力支持。


2022年，靳星成为乌镇实验室纳米颗粒材料气相合成研究团队执行负责人，并创立桐乡华创三同科技发展有限公司。“无论是产品研发、设备工艺，还是生产线，国内没有任何人做过。”靳星知道，这是一条布满荆棘的创新之路，但他无怨无悔。


华创三同火焰法


2022年华创三同，凭借“一种基于火焰的功能化多元纳米颗粒材料的高通量合成技术”项目，在日内瓦国际发明特别展上荣获金奖。清华大学能动系李水清教授及其课题组成员为主要获奖人。


该项目发明了基于旋流雾化火焰的多元纳米颗粒高通量合成技术，及其在线激光诊断和精确调控方法，在达到多种元素原子位均匀掺混的同时实现了连续性、高产率的产业化能力，目前已完成知识产权转移，于2022年3月在乌镇实验室落地成立桐乡华创三同科技发展有限公司。


华创三同主要利用火焰法合成高端的纳米金属氧化物材料，主要包括BaTiO3、LLZO、YSZ、BCZYYb、YAG、KNN等材料，这些材料主要应用于电子陶瓷、储能、锂电、光纤及牙科等领域。


华创三同定位的是多元氧化物的纳米材料的合成，如果进行单一的金属氧化物纳米材料制备，火焰法已是TiO2等粉体材料的主流技术，例如德国赢创集团的P25产品，初创企业并不具有优势，但多元性纳米材料符合未来纳米材料发展趋势和市场需求，而且技术壁垒远高于单元粉体。靳星表示：“例如在电池电解质方面，我们使用火焰法将五种金属氧化物掺杂得到了固态电解质，即使放大到纳米尺度其混合情况依然十分均匀。”


同时，火焰法是一种拥有较强“平台性”属性的技术，其可以灵活生产不同种类的纳米粉体材料，并保证大规模生产和实验室级别拥有同样的产品性能。此外，由于固相法、液相法等传统工艺已经发展多年，突破空间不大，相比之下，火焰法的应用能够更灵活，技术迭代方向也会更多。


火焰法的生产设备主要包括原料调配和进给系统、反应系统、收集输运系统等。由于火焰法为新型技术，相关生产设备没有完善的产业链，在此方面华创三同进行了原创开发，核心设备完全自主设计，并通过上游技术实力较强的供应商进行设备生产。


除了设备，火焰法合成纳米材料的核心还在于对快速复杂的合成过程的诊断、建模和精确调控。火焰法的制备过程十分迅速，通常在数秒内完成，因此在短时间内稳定反应区流场、控制火焰温度、完成材料转化过程的识别和判定就需要大量的经验和科研能力。


靳星表示“华创三同在核心技术方面进行了大量的专业布局，涵盖了多种产品，火焰法的核心技术是华创三同最大的市场壁垒。同时，华创三同的目标市场是被国外垄断的高端产品，和目前国内稳定量产的中端产品不会产生冲突。”


从“0到1”


多元纳米粉体材料的科技含量，就在一个“细”字上。


将粉体从500纳米做到200纳米、300纳米相对来说比较容易。但从200纳米再做到几十纳米，难度呈几何级数的增长。


如何“做”出这些肉眼都看不见的纳米级粉体？“市面上没有生产设备，那就自己造！”

从“0到1”的突破，总是伴随着“在希望和绝望中煎熬”的经历。那段时间，靳星和研发团队在吃透机器构造原理、控制设计思路等基础上，完成了自主样机的设计方案，并突破关键部件研制难题，最终造出首台样机。


同年，华创三同核心技术获得日内瓦国际发明展金奖，并完成国家招商局领投的数千万元天使轮融资。


从样机到市场，其间路途漫漫。今年开年，靳星和他的团队很忙。一边研发生产相关企业下单定制的多元纳米粉体材料，一边对接厂址搬迁事宜。


“开年后就有很多客户陆续找来，想跟我们团队定制新产品的开发和迭代。”靳星说，对于今年的市场形势，他们非常有信心。


短短2年多，华创三同将科技成果迅速转化为现实生产力，并与航天科技八院、航天科工二院等单位建立紧密合作，洲泉工业园产线建成后，年产值预估可达近亿元。


文章来源： 36氪，信息新报，发布第一时间的故事

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来源：贤集网
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