美国实验室：三大顶尖高校研发清洁能源材料

康宁、3M寻科研机构联袂

主要的高校研究所有15家，科研机构则包括国家可再生能源实验室、橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室等5所;在公司方面的研究优势则集中在康宁和3M就像再次展开“新材料藏宝图”一样，沿着全球实验室的据点慢慢摸索新材料的“足迹”，眼前的这幅“藏宝图”布局越来越明晰了。新型无机非金属是这周要展开探寻的“宝藏”，这种20世纪中期以后发展起来的物质，具有特殊性能和用途的材料，已经成为了现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。

据记者统计，无机非金属材料在美国的研究据点主要有22个。其中，主要的高校研究所有15家，分别是麻省理工大学、斯坦福大学、康乃尔大学、西北大学、加州大学伯克利分校、宾夕法尼亚大学、加州理工学院等，科研机构则包括国家可再生能源实验室、橡树岭国家实验室、Argonne(阿贡)国家实验室、美国劳伦斯伯克力国家实验室、埃姆斯实验室等5所;在公司方面的研究优势则集中在康宁和3M。

三大美国高校研究方向求同存异

据记者了解，主要涉足无机非金属材料研究的高校研究领域虽各有侧重，但顶尖高校的研究方向却呈现很大相似性，如加州大学洛杉矶分校(UCLA)、麻省理工大学、西北大学，其研究方向都在于清洁能源材料(燃料电池，锂电池，超级电容器，热电材料，太阳能电池)，其原料涉及新型无机非金属当中的先进陶瓷。据了解，UCLA材料科学与工程学院教授约翰˙d˙麦肯齐，研究领域是玻璃科学、陶瓷、电气性能,材料的非晶材料回收，他曾被选为美国国家工程院院士，还被美国陶瓷协会授予了梅尔奖和托莱多奖。

在UCLA还设有专门的无机非金属材料研究实验室，“分子工程能源材料能源前沿研究中心是一个总部在加州大学洛杉矶分校的跨学科研究中心，它的资金来源于美国能源部科学办公室。”一位UCLA材料科学专业的校内人士向记者表示。谈及实验室现阶段研究，他还告诉记者：“可再生能源技术的广泛采用需要在效率和成本两方面的显着改善。米姆将进行载波生成基本机制的系统研究、能量转换以及运输，从分子和纳米级设计复合材料，这些材料将被用来明显改善有机太阳能电池和超级电容器的性能。目前还正在和加州大学伯克利分校，堪萨斯大学、华盛顿大学以及国家可再生能源实验室进行项目合作。而最值得关注的项目则是“在能源管理中被广泛运用的电化学电容器，因为他们可以几分钟完全充满电而电池需要花费几个小才被充满电，大力发展清洁能源能够调整世界能源结构，减少对化石能源资源的需求与消费。”上述校内人士告诉记者。

无独有偶，西北大学和最早成立材料专业的麻省理工大学也在涉足清洁能源研究。其中，麻省理工大学涉及先进陶瓷领域研究的主要有4位教授，分别是亚明˙蒋、Cima˙迈克尔J、林恩-w-霍布斯和Tuller-哈利L。其中，亚明˙蒋教授的研究主要集中在设计、合成先进无机材料及相关设备，其当前主题包括新的阴极和阳极材料的锂离子电池在电活性材料的相转变。而西北大学和阿贡国家实验室建立了西北阿尔贡科学与工程研究所，培养研究合作的能源、生物和环境系统和国家安全。新学院建立在当前合作的领域——太阳能电池发展高性能计算。纵观美国顶尖高校研究所，其“幕后推手”不得不提，很多科研资金都是来自于美国能源部科学办公室，其实美国能源部才是实力最为顶尖的机构。能源部是美联邦政府在基础科学研究方面最主要的管理和资助机构，下设24个国家实验室和技术中心，如世界一流的橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室。

国家实验室“高端”“亲民”齐头并进

鉴于无机非金属材料在工业生产和生活中的重要性，美国多个大型国家实验室纷纷重点或涉足该领域的研究工作。其中，美国国家可再生能源实验室、橡树岭国家实验室、Argonne(阿贡)国家实验室、美国劳伦斯伯克力国家实验室、埃姆斯实验室是研究成果颇丰的5个代表。为加快科学突破需要，建立新的21世纪能源经济，美国能源部斥资3.77亿美元在全国各大学、国家实验室、非盈利组织、私营企业建立46个能源前沿研究中心(EFRCs)。EFRCs集合了一流科学家团体，致力于解决下列领域的重大问题：太阳能、储能、材料科学、生物燃料、先进核能系统以及碳捕获与封存等。美国以及8个国家超过110个机构、近700名高级研究员，1100名博士后、研究生和本科生以及技术人员将参与到EFRC的研究工作中。

46个研究中心均为美国一流大学承担研发。其中涉及无机非金属材料的项目，包括由亚利桑那大学承担的项目，研发重点为“利用无机—有机复合材料来提高太阳能转换为电能的效率”，此外，麻省理工学院、马萨诸塞大学、西北大学、南加州大学的研发项目都与该领域密切相关。在美国能源部所属部门中，常规负责新材料研究的是美国国家可再生能源实验室(NREL)，是国家级重点实验室，总部设在密苏里州堪萨斯市。NREL主要涉及太阳光转换为电、风能发电、生物质燃料及生物质高价值工业产品制造、利用可再生原料制作及储存氢燃料的研究、开发和应用工作。与NREL及能源前沿研究中心的高端运作相比，橡树岭国家实验室在该领域的研究显得更加“亲民”，更加贴近生产和生活。[!--empirenews.page--]

橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory，简称ORNL)是美国能源部所属最大的科学和能源研究实验室，许多科学领域在国际上处于领先地位，成立于1943年，原称克林顿实验室，现有雇员3800多人和客座研究人员大约3000人，年度经费超过10亿美元。ORNL主要从事6个方面的研究，包括中子科学、能源、高性能计算、复杂生物系统、先进材料和国家安全。其中涉及无机非金属材料的领域是：高温材料实验室、建筑技术中心以及材料科学与工程部陶瓷科学与技术组，旨在开发新型材料、新型材料加工能力、新连接技术和新能源效益的产品。据悉，10年来，通过工业需要和科研相结合，该项目降低能源强度(也称为单位产值能耗)25%和减少了工业碳足迹。从上游材料的研发到下游产品的生产上，三个研究中心又各司其职。其中，高温材料实验室为各种各样的样品如涂层、薄膜、复合材料等提供高温热传递和热分析设备;建筑技术中心主要职责是为建筑业提供建筑外壳、加热和冷却以及设备的测试和分析诀窍;材料科学与工程部陶瓷科学与技术组则主要致力于先进陶瓷、陶瓷及金属基复合材料高温疲劳和蠕变行为的研究。

顶尖公司觅科研机构跨国合作 研究的价值正是在于产业化生产。

目前，美国无机非金属材料研发已实现产业化生产，像美国康宁、3M等全球行业领导企业已在国际布局研发网络。美国康宁是特殊玻璃和陶瓷材料的全球领导制造商，1851年成立于美国纽约州的康宁市。康宁公司是世界上首家实现0.4毫米玻璃商业化量产的生产者，也最先发明并制造出玻璃灯泡，使爱迪生的发明成为现实。康宁的主要研发及生产领域集中在特殊玻璃、陶瓷材料、聚合物和应用光学等方面的专业技术。凭借着160年在材料科学和制程工艺领域的知识，康宁公司成为电信、显示科技、环境科技及生命科学领域的市场领导者，曾六次荣获美国陶瓷学会技术成就奖。随着液晶显示器的普及，其核心部件玻璃基板的技术研发也备受企业关注。目前，全球TFT-LCD的玻璃基板供应中有99%以上的份额集中在美国康宁、日本旭硝子等几大厂商手中。此外，在大尺寸上影液晶屏幕玻璃基板市场，美国康宁占据51%的市场，以溢流熔融法制程生产为主。康宁公司一直积极参与中国的发展，并与中国的一流科研机构积极合作。2011年6月，位于上海嘉定的“中国科学院上海硅酸盐研究所-康宁联合实验室”正式成立，这是康宁公司在中国大陆设立的首个联合研发实验室。联合实验室的首个项目是热电转换材料研究，开发新的高性能热电材料可以帮助车辆余热高效利用与电气化，实现更好的汽车燃油效率，降低尾气排放。除了特种玻璃、先进陶瓷外，新型建筑材料也是重要的无机非金属材料。美国3M公司便是这一领域中研发实力雄厚的代表。

美国3M是世界著名的多元化跨国企业，且是道琼斯30种工业成分指数股票之一。3M全称明尼苏达矿务及制造业公司，成立于1902年，总部位于美国明州首府圣保罗市。是世界著名的多元化科技的创新型跨国企业。3M是国际公认的研发领域的企业先驱。百年来，3M的产品已深入人们的生活，从家庭用品到医疗用品，从运输、建筑到商业、教育和电子、通信等各个领域，极大地改变了人们的生活和工作方式。现代社会中，世界上有50%的人每天直接或间接地接触到3M公司的产品。3M公司在全球超过65个国家和地区设有分支机构，产品在200多个国家和地区销售。在城市建设中，如何降低建筑能耗又充分利用资源，成为政府和每一个家庭共同关心的话题。

在新型建筑材料领域，3M不断研发新型节能环保材料。例如，其研发的极景多层光学微附建筑隔热防爆膜，使普通玻璃具有了卓越的隔热效果能阻隔高达97%的红外线，并会随太阳正射角度变化而提高7%-9%的隔热效能。3M还积极与科研机构合作。2010年3月，3M公司与国家可再生能源实验室(NREL)签署一系列合作研究和开发协议。协议涉及三大创新领域：薄膜光伏、聚光太阳能发电和生物燃料，并共同开发具备成本竞争力且可大规模生产的新型可再生电力和燃料能源的关键技术，以满足市场对清洁能源的需求。