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韓高榮  浙江大學(xué)

曹 欣  中建材玻璃新材料研究院集團(tuán)有限公司，劉 涌  浙江大學(xué)

玻璃是人類社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料，在建筑建材、交通運(yùn)輸、信息顯示、航空航天、國防軍工等方面完美地融入了人類生活。聯(lián)合國把2022年設(shè)立為國際玻璃年，是聯(lián)合國首次以單一材料來命名的年份。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，先進(jìn)玻璃材料在各個領(lǐng)域的重要作用日益凸顯。

先進(jìn)玻璃材料研發(fā)熱點

一、信息顯示玻璃材料

隨著新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，新型顯示與5G通訊、AI、智能汽車等深度融合，加快向大型化、薄型化、高清化發(fā)展，已成為我國萬億級戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。TFT-LCD、OLED等新型顯示用玻璃基板品質(zhì)要求高、生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜、工藝難度大，代表著全球現(xiàn)代玻璃規(guī)模化制造領(lǐng)域的最高水平。攻克高世代超薄玻璃基板關(guān)鍵技術(shù)與裝備難題，迫在眉睫，意義重大。

二、光子功能玻璃材料

具有特定的線性和非線性光學(xué)應(yīng)用的新型玻璃組分和結(jié)構(gòu)是構(gòu)建玻璃基光量子芯片的材料基礎(chǔ)；建立超短脈沖激光與無機(jī)玻璃相互作用的唯象模型，設(shè)計并構(gòu)筑各類波導(dǎo)、等離激元、光子晶體等微納結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)用于全固態(tài)全光元器件、光量子玻璃芯片的全光調(diào)制、電光調(diào)制、邏輯運(yùn)算等各種功能，為面向下一代光通信、量子計算等前沿領(lǐng)域等重大需求提供技術(shù)支撐。

三、智能功能玻璃材料

2020年全國建筑運(yùn)行階段能耗10.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能源消費(fèi)總量的21.3%，排放21.62億噸CO2，占全國碳排放總量的21.7%。實現(xiàn) “雙碳”環(huán)境目標(biāo)，亟需發(fā)展下一代高效節(jié)能玻璃技術(shù)。基于外場驅(qū)動變色的智能玻璃——Smart Window，公認(rèn)為建筑節(jié)能玻璃研發(fā)的一個里程碑。近年來在全無機(jī)電致變色玻璃、高性能可見光-近紅外分段調(diào)控的雙頻電致變色玻璃、一體式大面積電致變色玻璃材料和技術(shù)正在成為產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點。

四、先進(jìn)玻璃材料低碳制造技術(shù)

在國家“雙碳”戰(zhàn)略實施背景下，針對先進(jìn)玻璃材料工業(yè)低碳綠色發(fā)展的需求，開展低碳原料配方體系、先進(jìn)玻璃材料制造的新型低碳能源系統(tǒng)和碳捕集及資源化再利用的研究，突破玻璃生產(chǎn)工藝過程中低碳原料替代、低碳流程再造、熔窯綠氫燃燒、碳捕集和轉(zhuǎn)化再利用一體化等系列減碳、零碳關(guān)鍵技術(shù)。創(chuàng)新先進(jìn)玻璃工業(yè)顛覆性低碳制造技術(shù)，為我國先進(jìn)玻璃工業(yè)的“零碳”升級發(fā)展目標(biāo)提供有力技術(shù)支撐。

五、先進(jìn)玻璃材料制造核心裝備

面向信息顯示、新能源、半導(dǎo)體等領(lǐng)域先進(jìn)玻璃材料自主制造的重大需求，開發(fā)高世代OLED玻璃用氣電復(fù)合加熱熔窯、彌散增強(qiáng)貴金屬通道、長程高溫成形錫槽、精密溫控退火窯、超凈超平精密面研磨等核心裝備，柔性玻璃一次成形“展平-下拉”工藝的熔、制、退火關(guān)鍵裝備，高韌超強(qiáng)微晶玻璃下拉-壓延成形、晶化裝備，空間工程用大尺寸曲面特種玻璃的模壓成形裝備，光伏薄型玻璃的物理強(qiáng)化裝備，半導(dǎo)體領(lǐng)域用高純石英玻璃化學(xué)氣相沉積、勻化、滲氫裝備，低碳?xì)淠苋紵叭鄹G系統(tǒng)，為實現(xiàn)先進(jìn)玻璃材料自主制造提供關(guān)鍵裝備支撐。

先進(jìn)玻璃材料國內(nèi)外研發(fā)態(tài)勢

國際上已經(jīng)形成以企業(yè)為核心的創(chuàng)新模式。美國康寧公司的蘇利文研發(fā)中心設(shè)有全世界規(guī)模最大、最完善的玻璃材料及工業(yè)技術(shù)研發(fā)基地，以正向研發(fā)為主體實現(xiàn)對玻璃相關(guān)領(lǐng)域全面覆蓋，能針對新興領(lǐng)域需求快速開發(fā)產(chǎn)品并進(jìn)行技術(shù)迭代，支撐了康寧公司當(dāng)前在電子玻璃領(lǐng)域的國際壟斷地位。德國肖特集團(tuán)美因茨研究中心主要專注于光刻機(jī)玻璃、柔性電子玻璃、低膨脹玻璃和微晶玻璃等專門技術(shù)產(chǎn)品，其在半導(dǎo)體器件、航空航天等領(lǐng)域具有顯著技術(shù)優(yōu)勢。日本AGC主要專注于規(guī)模效益顯著的電子玻璃、交通玻璃及低碳領(lǐng)域。法國圣戈班集團(tuán)以先進(jìn)建筑玻璃、安全玻璃為核心業(yè)務(wù)。日本NEG僅聚焦于電子玻璃領(lǐng)域。此外，德國蔡司在玻璃精密加工領(lǐng)域擁有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。

在高等院校與研究機(jī)構(gòu)方面，研究力量主要包括美國賓夕法尼亞州立大學(xué)、北德克薩斯州立大學(xué)、英國謝菲爾德大學(xué)、法國蒙彼利埃大學(xué)、丹麥奧爾堡大學(xué)、德國耶拿大學(xué)、卡爾斯魯厄理工學(xué)院、西班牙國際科學(xué)院馬德里玻璃與陶瓷研究所、巴西圣卡洛斯聯(lián)邦大學(xué)、日本東京大學(xué)等。他們主要由大學(xué)教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組構(gòu)成，圍繞玻璃的結(jié)構(gòu)理論、大數(shù)據(jù)模型、分子動力學(xué)模擬、熱動力學(xué)、玻璃工藝、功能薄膜玻璃、溶膠凝膠玻璃、微晶玻璃、特種功能玻璃和3D打印玻璃等領(lǐng)域中的某一個或幾個方向開展基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，為發(fā)達(dá)國家的優(yōu)勢企業(yè)提供技術(shù)儲備。

國內(nèi)從事先進(jìn)玻璃材料研究的機(jī)構(gòu)以研究院所和高校為主。中建材玻璃新材料研究院已成為國內(nèi)本領(lǐng)域最大的前沿技術(shù)綜合研發(fā)體，集理論創(chuàng)新-技術(shù)創(chuàng)新-裝備開發(fā)-工程實踐能力于一體，涵蓋信息、能源、交通、空天、半導(dǎo)體、生物等領(lǐng)域玻璃材料，在國內(nèi)玻璃科學(xué)研究領(lǐng)域呈現(xiàn)明顯的頭部集聚效應(yīng)。武漢理工大學(xué)主要圍繞特種微晶玻璃、電子玻璃、MOF玻璃、玻璃表面功能化等前沿方向開展基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究；浙江大學(xué)主要關(guān)注于材料基因組、數(shù)值仿真、玻璃表界面研究與技術(shù)開發(fā)；中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)聚焦于能源玻璃、玻璃結(jié)構(gòu)理論；北京大學(xué)深圳研究生院開展先進(jìn)玻璃復(fù)合交叉材料研究；北京工業(yè)大學(xué)主要從事電子玻璃、玻璃性能檢測與標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)；華東理工大學(xué)的研究領(lǐng)域主要在封接玻璃方面；華南理工大學(xué)主要從事發(fā)光玻璃的研究；東華大學(xué)主要研究方向是玻璃纖維；陜西科技大學(xué)主要從事輕工器皿玻璃的研究。中科院上海光機(jī)所、西安光機(jī)所、杭州光機(jī)所、長春理工大學(xué)、昆明理工大學(xué)、安徽師范大學(xué)等的課題組則以光學(xué)玻璃、光纖為主要研究方向。

企業(yè)方面，主要有福耀集團(tuán)、洛玻集團(tuán)、中國建筑材料科學(xué)研究總院、南玻集團(tuán)、信義玻璃、彩虹集團(tuán)、成都光明光電等，其中：福耀集團(tuán)以汽車玻璃制造為核心業(yè)務(wù)，具有全球領(lǐng)先優(yōu)勢；洛玻集團(tuán)主要從事新能源玻璃和電子玻璃研發(fā)制造；南玻集團(tuán)、信義玻璃與福萊特集團(tuán)以太陽能玻璃、節(jié)能玻璃制造為主；中國建筑材料科學(xué)研究總院以石英玻璃的研發(fā)為重點；彩虹集團(tuán)、東旭集團(tuán)主要從事電子玻璃生產(chǎn)制造；成都光明光電主要從事光學(xué)玻璃的研發(fā)制造。