电能高效高质转化全国重点实验室成功“拿捏”世界最轻固体
耐高温1400℃！这种材料的生产设备长沙造
长沙晚报全媒体记者 徐运源
研发名片
电能高效高质转化全国重点实验室由湖南大学、合肥工业大学、湖南中科电气股份有限公司三方共建，面向国家“双碳”目标、高端工业制造、海洋安全的重大需求，聚焦电磁、电热、电声高效高质转化等方向，重点解决水下远程探测、高品质钢材生产与高端材料制备的国家急需，打造电能高效高质转化国家战略科技力量。
把一朵鲜艳的玫瑰花放在几毫米厚的气凝胶上，点火炙烤气凝胶，玫瑰花不受影响，依旧保持鲜艳的盛开状态……气凝胶这种具有极佳隔热保温效果的材料看似不起眼，却在汽车发动机、动力电池隔热、航空航天、石油运输管道等领域发挥关键作用，对于保障国计民生意义重大。
然而，生产气凝胶的核心装备曾经大量依赖进口，一度面临“卡脖子”。电能高效高质转化全国重点实验室主任罗安院士带队破局，联合企业麦格米特持续攻关，研发的相关核心设备在国内市场成“独一份”，依托核心设备生产的气凝胶年产值突破30亿元。
如今，实验室联合企业研发的系列高频微波电热转化系统，已在气凝胶、石墨烯、密胺泡绵等高端材料的生产制备中得到广泛应用。
成功“拿捏”世界最轻固体
气凝胶，被称作世界最轻的固体和“冻住的烟”。这种新材料看似“脆弱”其实坚固耐用，最高能承受1400℃的高温。但要将它固化制备出来非常考验技术水平。
高频微波电热转化系统是气凝胶等高端材料制备的核心装备。“就像家用微波炉为食品加热一样，高频微波电热转化系统是大型的微波加热装备，利用工业微波穿透性强、速度快、均匀性好的特点进行加热，把材料迅速固化下来。”实验室副主任何志兴教授介绍。
在气凝胶的制备过程中，需要微波功率稳定输出，如果微波功率不稳定，生产的材料有的固化得好、有的固化得差，品质就会大打折扣。这其中，作为高频微波电热转化系统的重要组成部分，电源在实现大功率高稳定微波发射方面是关键一环。
麦格米特全球研发中心主任方旺林回忆，在麦格米特进入市场前，国内已有企业在生产气凝胶材料，但核心装备多为进口，而且用到的电源多为传统的变压器电源，效率比较低，故障率也比较高。
“以前，制备材料时如果坏了一个电源，一批新材料就废了。我们与罗安院士团队合作，利用开关电源替代变压器电源，才把可靠性做起来，国内现在生产气凝胶的公司，固化段设备基本上都是我们提供的。”对此，方旺林颇为自豪。
作为罗安院士团队的核心成员，何志兴印象深刻的一个细节是，在研发超高频微波电热转化系统时，特种电源电压要达到2万伏。
“以前从没有做过这么高电压的特种电源，刚开始心里是有点打鼓的。”何志兴说，后来在罗院士的指导下，把安全措施做好，严格按照规范化流程不断调试，尝试了多种方案，用了将近3年的时间才突破了2万伏高稳定电压的难题。
随着技术的解决，新一代超高频微波电热转化系统进入验证阶段，即将量产投入使用。届时，制备气凝胶等高端材料不仅可以进一步提高品质，还可以进一步降低成本，完全媲美国际先进水平。
装备改变品质，品质影响世界
进入电能高效高质转化全国重点实验室，一楼大厅的两组标语格外醒目。右边“实事求是，敢为人先”的湖湘精神为人所熟知，左边的“装备改变品质，品质影响世界”又该如何理解？
“这是我们的科研理念，罗老师一直跟我们强调，要把论文写在祖国大地上，要把科研成果形成装备去实际应用，解决实际问题，比如通过电能转换装备可以生产出高品质特殊钢、超薄铜箔、高端材料，通过这些应用就可以改变世界。”何志兴告诉记者。
遵循这些科研理念，罗安院士带领实验室团队瞄准国家重大战略需求和产业发展需要，持续攻关取得了一批原创性引领性成果。
电磁搅拌系统装备研发曾是我国电磁冶金领域的难题。罗安院士和团队经历了数百次方案论证与完善，首创了无齿槽电磁搅拌技术，研制出了世界最宽3.6米宽厚板坯电磁搅拌系统、我国首套30吨双通道电磁加热装备，使我国进入该领域的世界领先行列。
近年来，团队又着眼于国家新的战略需求，重点攻关海洋水声探测、通信及海底供电核心技术与装备，研制的海岛特种电源装备已应用于南海、东海诸多岛屿……
“我们未来的目标是在电磁转化领域继续领跑世界，在电热转化领域要达到整体国际先进。”展望未来，35岁的何志兴信心满满。
研发者说
“人才是创新的第一资源，实验室将培养更多高精尖人才，以及掌握坚实专业技能的创新型人才；同时与企业建立联合研发中心，通过技术研发和产品转化助推企业实现技术革新，从而助力湖南和长沙打造具有核心竞争力的科技创新高地。” ——何志兴
走进长沙新设研发机构50强系列报道之三
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