获多项发明专利并投入企业生产,青岛这位高校教师为提质增效“破局”

2024-04-18 08:20 半岛都市报·半岛新闻客户端阅读 (86909) 扫描到手机

半岛全媒体记者 尹彦鑫

凭借新材料转化成产品,企业三年累计实现销售收入近1.5亿元;石墨烯薄膜找到应用场景打破燃料电池极板外国技术垄断……如今,“新质生产力”已经成为了一个热词,关键核心技术是新质生产力的内核,也是推动经济高质量发展的第一动力。中国石油大学材料科学与工程学院副院长曹宁团队坚持以新材料赋能新质生产力,在能源与环境相关领域不断进行新型功能材料方面的应用基础研究,取得了多项发明专利并投入企业生产,为摆脱垄断、为企业提质增效贡献力量。

曹宁

双废利用变废为宝

碳材料是“双碳”目标下能源行业发展新质生产力的重要物质基础,如何提高碳材料的利用效率,将废弃物转化为碳材料再利用,实现变废为宝,是曹宁主攻的研究方向。

“随着‘双碳’目标的提出,我更加意识到了我这个研究方向大有可为,作为一名高校科研人员,依托良好的科研平台我有信心也有能力在这方面取得突破,时间不负有心人,经过团队的攻坚,我们在这方面取得了一定的成果。”曹宁告诉记者,目前已经有多项研究成果投入了企业生产,转化为生产力,帮助企业提高营收。

“氢能是未来国家能源体系重要组成部分,代表着新能源的发展方向,但是氢能的长距离运输需要进行压缩才能方便储存和运输。压缩机的关键部位是钢材,而我们知道钢材普遍存在氢脆问题,这个关键技术突破不了,氢气压缩机就无法商用,无法量产。”记者了解到,为了攻克这个难题,曹宁团队不断尝试新方法,最终通过构建金属氧化膜化学转化模型,并基于该模型,发展了新型表面渗碳技术,从而解决了这一难题。

曹宁给学生们讲解。

“关键核心技术被攻克之后,青岛一企业成为国内领先的具有独立自主知识产权的液驱氢气压缩机生产制造商,也成为了青岛市24条重点产业链中氢能和储能产业链的链主企业。”曹宁介绍。

“石墨烯材料是由单层碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的片状结构的新材料,2014年,我就对其产生了兴趣,探索研究其适用场景,经过多年的研究之后,我们研发出了传统钢铁材料表面石墨烯薄膜的CVD制备技术,这个技术在新能源方面的有着广阔的应用场景。”曹宁说,“该成果基于固态相变和原子扩散理论,利用多元催化CVD技术,在传统不锈钢和低碳钢表面实现石墨烯薄膜绿色、廉价制备。”

值得一提的是,石墨烯薄膜实现了双废——废钢铁、废气(二氧化碳)的再利用,变废为宝。“我们都知道石墨烯是由碳元素组成,而废钢材和二氧化碳中有大量的碳元素,这一技术的使用可以极大减少‘双废’,实现了经济效益与环境效益的双赢。”

据介绍,这一新技术的应用打破了在燃料电池双极板领域的外国垄断。“之前燃料电池双极板为日本垄断,采用的是钛合金表面磁控溅射技术,使用寿命不超过4000小时,成本高,利润大头都被外国企业赚取。”曹宁介绍,目前这一技术正在与青岛一企业开展合作研发。

新技术应用,企业实现销售额1.5亿元

如今,钛合金在各行各业中都有着应用,其中就包括种植牙领域。钛合金是现阶段主流的种植牙材料,目前,全球种植牙市场呈寡头垄断格局,主要由欧美几家企业控制,据报道,种植体器械市场前6家企业占据了高达78%的市场份额。

都知道钛及钛合金是种植牙的主要材料,为何国内企业无法与外国企业竞争呢?一个很大的问题是技术壁垒。“我们知道,钛对人体没有任何副作用,生物相容性好,而且钛合金种植牙能够很好的恢复牙体形态和功能,色泽稳定,外观美观,是永久的修复体。”曹宁表示,作为种植牙必须要求外表坚硬内部韧性好,但是钛是一种比较软的金属,之前国内技术不是很成熟,无法保证纯钛种植体兼具表面强度和整体韧性的要求,因此市场上以外国进口的种植体为主,“即使有技术能够做到,但是由于各种局限很难实现量产,投入商用的成本较高。”

为了攻克这一技术难题,曹宁带领团队成员屡次尝试。“我们通过五年多的实验,按照医疗器械国家标准,开发了新型固体渗碳剂,并且形成具有自主知识产权的技术专利,实现了传统固体渗碳技术在定制化口腔纯钛种植体中的应用,并且成本价格得到很好的控制。”记者了解到,这项专利技术已得到了应用。

“由于实现了关键突破,我们国产的种植体逐渐得到了推广,相对于外国种植体在价格上有优势,价格更亲民,不少医疗机构都愿意采购,在用户那里反馈的效果也很好。”曹宁介绍,在这项专利技术的加持下,山东一企业近三年累计实现销售收入近1.5亿元,获得山东省专利奖,这项技术在青岛市科技进步奖的评比过程中也获得二等奖,目前已完成公示。

曹宁获得的各种专利、奖励证书。

研发海洋溢油应急处置吸油毡

石油是重要的能源,衍生了各种产品,但是也产生了高硫石油焦等固废。“废弃物是放错了位置的资源,这一直是我所信奉的。”如何实现石油化工固体废物资源化利用,也一直是曹宁研究的重点,“石油相关产品的研究是我们学校的优势,借助学校这个高平台,我也得以能够进行深入的研究,也取得了一些科技成果,其中授权发明专利4件,有2件已经成功实现了成果转化。”

曹宁带领学生们分析实验数据。

记者了解到,碳基油水分离材料及产品研发就是其中一个重要的成果。“我们通过对碳基功能材料的孔道结构设计与绿色制备,研发了新型海洋溢油应急处置材料和实验室安全保障材料。这一成果不仅解决了高硫石油焦等固废资源化利用问题,也形成了兼具选择性吸附与阻燃特性的碳材料表面改性技术。”曹宁介绍,通俗一点讲,就是这一产品能够应对海上溢油起火的情况。

“海上溢油事件发生后,使用该产品,能够快速将油吸附起来,同时如果发生溢油起火的情况后还能起到阻燃的效果。”曹宁介绍,目前这一项技术已经转化并形成产品。

高校作为重要的科研场所,不仅承担着教书育人的职责,同时还是重要的研究基地,是科研成果频出的地方,中国石油大学(华东)材料科学与工程学院的曹宁团队只是其中的一个缩影。曹宁表示,将继续秉持科学家精神,深入对于无机功能材料相关领域的研究,基于国家能源转型的战略需求,为碳普及和碳的高值化利用作出贡献。