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这里研制的超导电缆既省电费还省空间

作者:沙龙体育 发布时间:2020-10-19 19:15 点击数:

  说起电子元器件,您可能会感觉到陌生。其实,在我们的身边,处处都有它的存在。从身边随处可见的手机、电脑、彩电等电器,到高空架设或深埋地下的电缆,从动车的“心脏”,到汽车的“内核”……可以说,它已经成为人们日常生活不可或缺的一部分。

  中国已是世界上最大的消费类电子产品的生产国,也是全球电子元器件及组件的主要生产基地之一。

  但是,国内电子元器件企业生产的主导产品中,大部分都属于技术含量较低的中低档产品。数据显示,中国电子元器件产量占全球产量的1/3以上,但产值却不到1/7。与之形成强烈反差的是具有功能集成特性的新型电子器件在国内短缺,每年仅混合集成器件的进口量就超过300亿元。技术核心竞争力匮乏严重,阻滞了中国电子信息产业的良性发展。

  而在成都,有这么一个实验室,一直立足于电子信息材料及器件的发展前沿,为核心技术的自主研发而战。一批批成都原创的高精尖器件也因此在这里诞生,并成功走向市场。

  目前实验室有中国科学院院士1人,中国工程院院士1人,国家“千人计划”入选者5人,长江学者特聘教授6人,长江学者讲座教授2人,国家杰出青年基金获得者5人,国家自然科学基金委员会“创新群体”1个,博士生导师42人,教授62人。

  近5年,实验室承担各类科研项目230余项,总经费达5.95亿元。同时,实验室致力于科研成果的推广和应用,取得了4亿多元的间接经济效益和良好社会效益。

  随着经济发展,城市里写字楼越建越多。试想,如果各写字楼空调、电脑“火力全开”,输电就成了问题。“你想,到时得安装多少电缆啊!”电子科技大学微固学院教授陶伯万感慨地说,但关键问题是,在很多城市的地下空间,各种缆线挤得几近“满员”,这么多“新同学”该往哪里放呢?

  这时就需要超导电缆隆重登场。陶伯万告诉记者,9根常规电缆才能完成的任务,1根细细的超导电缆就能轻松解决,理论上还能实现“零损耗”。

  陶伯万记得,1997年,他刚刚到电子科大工作,由中国工程院院士李言荣主持的高温超导双面薄膜研究项目就已开始进行,“在国内起步是很早的”。不过,这种曾引发全世界研究热潮的材料,在世界范围内都发展缓慢。“最主要的是技术难题。”他说,YBCO高温超导材料需要做成薄膜,覆盖在镍合金金属基带上,要求所有晶粒排列整齐。但超导材料和基带不匹配,很容易出现扩散问题而导致“队伍”混乱,“所以我们要在上面做很多过渡层,就像架桥一样,让它们俩慢慢匹配起来。”记者昨日在实验室看到一条已完成的0.1毫米厚高温超导带材上,一共覆盖了3层过渡层和一层超导层,每层材料都以微米计。

  在此基础上,李言荣院士又大胆提出了一个创想。“国外做带材,都只做一面,如果我们能把双面都覆盖,通电电流可以达到两倍,相当于成本消减了一半。”陶伯万说。

  陶告诉记者,目前,国内外许多同行还只能在基带的一面进行涂覆,他们则能实现两面涂覆,在厚度0.1毫米宽度1厘米的带材上所通电流能达到400安,属于国内先进水平。但美中不足的是,受设备所限,目前还只能制作到100米以内。但他有信心,不久之后,在成都,在许多大城市,超导电缆将逐渐取代当前的传统电缆,为市民节省电费,还城区地下空间整洁干净。

  2012年,致力于智能功率半导体研发制造的成都星芯微电子科技有限公司完成注册,入驻双流物联网产业园区。

  很少有人知道,这家公司的首席科学家兼“技术总监”是国际知名半导体器件及微电子学专家、中科院院士陈星弼,背后的科研团队则来自电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室旗下的功率半导体技术重点实验室。

  “简单点说,功率半导体就是进行电能处理的半导体产品。”星芯微电子科技有限公司总经理甯小霖说,在可预见的将来,电能将一直是人类消耗的能源,但无论是水电、核电、火电还是风电,甚至是各种电池提供的化学电能,大部分均无法直接使用,都需要通过功率半导体这个“桥梁”进行功率变换后才能使用。

  中国则是全球功率半导体最大的市场,国内市场需求超过700亿人民币,占据了全球50%的份额。但功率半导体中最核心的芯片,“尤其是高端芯片”,大都依赖进口。

  在成都,陈星弼院士带领着团队开始探索,希望有朝一日能够生产出完全自主创新、性能又不输于国外的产品。

  “在上世纪90年代,陈院士就已经申请到了专利,中美都有。”甯小霖说,“这些专利经过了电子工业部的评审,确定属于‘国内首创、国际领先’”。他用了一个比喻来说明它的先进之处:“就像袁隆平院士通过他的创新解决了中国人的吃饭问题;我们通过自主创新,使国产芯片超越国外的同类型芯片,让产品的性能可以和国外的高端芯片比肩。”

  2012年,星芯微电子科技有限公司成立,标志着这项诞生在成都的国际专利终于走出了高校实验室,走向了市场。“我们的目标是在2016年产值达到3个亿。”甯小霖说。

  2014年初,川煤集团旗下部分煤矿的工人在下井时,腰上多了一个手机大小的便携式装置———红外瓦斯报警仪。

  别小看这个小装置,它可以解救生命于危难。因为,只要井底瓦斯达到一定浓度,就会被它灵敏的“鼻子”捕捉到,不仅会现场发出“嘀嘀”的报警声,还会通过无线网络,将信号传递到自动控制中心,通风装置便会调整换气参数,让井底的瓦斯浓度重新回到安全值以内。

  “它和传统的报警仪有不一样的原理,具有响应速度快、量程宽、校验周期长、灵敏度高等特点。”电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室研发人员罗文博副教授说,这个瓦斯报警仪,就诞生在该实验室,是不折不扣的“成都造”。

  罗文博副教授说,以前的瓦斯报警仪的“鼻子”,也就是最核心的传感器,大都是进口货。2007年,电子薄膜与集成器件国家重点实验室启动了对瓦斯报警仪核心元件传感器的研发。

  而利用红外光谱探测瓦斯,需要热释电系数高的材料,系数越高,“鼻子”的灵敏度就越高。如何才能把这种材料制作成0.2微米厚的薄膜,让它涂覆到制作传感器的基底上,性能还不打折扣,就成了技术的关键。实验室在长达7年的实践中,掌握到了这种生长技术,让成都造“鼻子”的灵敏度比国外同类产品高出了十倍以上,成本则降到国外同类产品的1/3。

  2013年年底,川煤集团和电子科技大学共同组建了川煤科技有限公司这家高新技术企业,目前,公司生产基地有两处,到2015年将形成年产3万套瓦斯报警仪,年产值1亿左右的能力。

  连续三天,本报推出“成都实验室”系列报道,在读者群中引起强烈反响。基于此,一场由成都商报牵头发起的“实验室之旅”即将开始。昨天,我们发布了本次活动的参观者征集令,在首日电线名读者打进电话。其中,不少人都属于“家庭组团式”报名,父母想带着孩子畅游科研殿堂;还有企业家跃跃欲试,想找到恰当的合作项目,也想走进实验室一探究竟。

  早上9点过,在银行工作的陈女士率先打进商报热线,想为自己和儿子报名。她是90年代毕业的大学生,“对实验室还停留在过去简陋的印象中,没想到现在发展这么快。”陈女士提到,他读初一的儿子正处于“对理想茫然”的阶段,成绩在年级上名列前茅,却不知道自己的兴趣在哪里,“让他去见识下大师级的科研人物,说不定对他是一种鼓舞和刺激。”

  而何先生则在电话里说,他是成都本地的一个职业经理人,一直对科研项目很热衷,希望在高校中找到合适的科研成果,合作转化成应用产品,“我对工业制造类的比较感兴趣。”

  今天,我们将继续开通成都商报热线,向市民征集“实验室之旅”的成员。为了使这次参观更符合你的心意,请你在电话报名时留下你的姓名、年龄、职业及联系方式,并告知你对哪所高校实验室或哪个领域的实验更感兴趣。成都商报将从报名市民中选出两批前往参观,具体的点位及参观时间将择日公布。


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