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我國是玻璃生產製造大國，自主智慧財產權的中國“洛陽浮法”是世界三大浮法工藝技術之一，產量佔全球總產量的60%以上。但其中約八成是技術含量和附加值都較低的普通建築玻璃，功能單一、不節能、不導電，也由此產生了建築能源大量消耗、高檔建築用低輻射玻璃全部依賴進口、光伏發電領域缺少重要基礎材料等系列問題。
“鍍膜，是浮法玻璃實現低輻射和透明導電功能的最優途徑，但長期以來，我國沒有自主智慧財產權的線上低輻射鍍膜技術和裝備。”為提升中國玻璃的國際話語權，浙江大學材料科學與工程學院韓高榮教授帶領著國內唯一長期穩定從事浮法線上鍍膜技術研發的產學研團隊，開展了長達近二十年的科研攻關。
在今年的國家科學技術獎勵大會上，由韓高榮領銜的“浮法線上氧化物系列功能薄膜高效製備成套技術及應用”專案，獲得國家技術發明獎二等獎。團隊突破四大難點，取得四項重大技術發明，終於為中國玻璃穿上了高效能的“神奇外衣”，成功打破國際壟斷。
破工藝之難，令不可能成為可能
國際社會普遍認為，浮法工藝退火區不適合實現低輻射鍍膜，原因在於浮法玻璃工藝中退火區溫度低，有效鍍膜時間不足10秒，但是低輻射功能又要求膜厚大於300奈米，因此玻璃在退火區內的沉積速率必須大於30奈米/秒才能滿足線上工藝的要求。
2001年起，韓高榮便下定決心：“國外另外兩大浮法玻璃生產工藝製備的低輻射玻璃對我們專利封鎖，我們就必須在洛陽浮法的工藝線上變不可能為可能！”
這份執拗推動韓高榮帶領團隊突破難題，終於打破了國際上對浮法退火窯不適合作為鍍膜工藝區間的論斷。
第一個核心突破便是鍛造了“外衣”高效製備的工藝——薄流層爆發形核快速沉積方法的發明。這一方法建立起流層厚度、沉積速率的定量關係，透過催化劑水含量和薄流層厚度的調控，將退火區內的沉積速率從17奈米/秒大幅提升至45奈米/秒，超越了國外同類技術。
同時，在高速爆發形核下獲得的氧化物薄膜，由100~300奈米的亞微米顆粒構成，每個亞微米顆粒由上萬個5~10奈米大小的晶粒取向聚集而成，具有典型的微納結構特徵，物理、化學穩定性更加出眾，也為新型產品的誕生奠定了基礎。
破材料之難，新技術原創新產品
第二大難點在於產品，即在新工藝下生產出多功能低輻射的鍍膜玻璃。
根據基爾霍夫定律，輻射率越小，反射率越大，節能效果越好。同時，輻射率越小，載流子濃度和遷移率越大，導電效能越好。在現實的應用場景下，中遠紅外低輻射功能要求材料載流子濃度高、遷移率大；近紅外遮陽功能要求對太陽輻照透過小；可見光高透功能則要求材料禁頻寬度大、折射率小。因此單一材料難以滿足多功能低輻射的要求。
據此，能夠滿足北方寒冷地區和南方夏熱冬冷地區節能要求的兩種鍍膜玻璃在專案中誕生了。
其一是專案組發明了高透低輻射玻璃鍍膜技術，輻射率低至0.13、透過率高達80%的高透低輻射鍍膜玻璃，是目前線上鍍膜玻璃產品最優值，能夠滿足嚴寒地區的節能要求，實現了我國氧化物低輻射鍍膜玻璃產品從無到有的突破。
其二是專案組發明了遮陽低輻射玻璃鍍膜技術，製備了透過率可調（50%~80%）的水晶藍、水晶黃等系列鍍膜玻璃，兼具遮陽與低輻射功能，是國際首創的透過率可調的系列遮陽低輻射鍍膜玻璃產品，這種產品在團隊所處的杭州就特別適用。
韓高榮說：“氧化物薄膜的典型微納結構特徵十分有利於原位摻雜，我們原創的浮法線上原位摻雜和異質多層複合調控技術為生產新產品提供了條件。”
破效能之難，在戰略領域新裝上陣
在浙江大學材料科學與工程的國家重點實驗室裡，光度式橢圓偏振光譜儀對專案組研發的每一片玻璃進行測試，以保證玻璃內部結構與效能的穩定。
在精密儀器的鏡頭下，我們看到了其中一款玻璃內的全新結構——被稱為“類金字塔型陷光結構”。這種結構正是專案組基於薄流層爆發形核快速沉積方法，引入了晶面調整劑與霧度調整劑，建立了晶面擇優取向與霧度調控技術，可以滿足“神奇外衣”下太陽能電池的吸光要求。
在光伏發電這一戰略領域，具有導電率高、耐高溫、成本低特點的FTO透明導電玻璃是新興的重點產品。而在此專案之前，FTO鍍膜技術與產品一直被國外壟斷，制約了我國建築光伏一體化等重點領域的發展。
專案組將其作為第三大突破方向，在成功獲得類金字塔型陷光結構的同時，發明了夾層複合膜層透明導電玻璃技術。這是一種在國際上率先獲得的電阻率小，霧度可調、耐熱的新型透明導電玻璃產品，完全可以替代進口產品，滿足建築光伏一體化對透明導電基板的要求。
更可貴的是，專案研發的高效節能和透明導電這兩類新產品，可對浮法玻璃生產線進行不停產、低成本改造，快速實現從普通浮法玻璃到高效能鍍膜玻璃的產品升級。
正如專案組在千禧年初立下的志願，定要推動我國從玻璃大國向玻璃強國的轉變。
破量產之難，高效清潔更低成本
浮法退火區線上鍍膜面臨動態連續、複雜環境、大跨度、長週期等一系列嚴苛條件，大面積均勻高效鍍膜被國際同行視為技術“禁區”。韓高榮說：“針對這一挑戰，我們發明了浮法退火區線上鍍膜成套技術和裝備，解決了大面積均勻高效鍍膜難題。”
其成功的關鍵是發明了浮法退火區線上鍍膜的核心裝備，並同步開發了熱油迴圈、冷壁式石墨結構、篩網均勻布氣等技術，實現了單日大面積連續均勻鍍膜達40000平方米，厚度偏差小於10奈米，成分偏差小於1%，“神奇外衣”不再稀缺。
為保證清潔化生產，實現低成本，專案首創了主原料低溫冷凝回收與廢氣處理技術，將鍍膜原料利用率提高至75%，降低鍍膜成本三分之一，尾氣排放遠低於國家標準。
中國建築材料聯合會在對專案驗收時這樣評價，專案成套技術和裝備“解決了膜層干涉著色、大面積顏色均勻性難控制的世界性技術難題”。
從基礎理論、核心技術、產品開發到關鍵裝備的全鏈條創造發明，韓高榮帶領團隊原創技術，打破壟斷；專案技術已在國內外十餘條浮法玻璃生產線轉化實施，在上萬項建築工程推廣應用，同類技術產品全球市場佔有率約50%，累計新增銷售額52億元。
而專案技術利用浮法玻璃生產餘熱，產品生產無二次能耗，高效環保。以鍍膜玻璃產品平均節能25%計算，每年減排二氧化碳約900萬噸，節約標煤約300萬噸，為我國建築節能戰略的實施提供了重要支撐，必將為我國“雙碳”目標的實現作出貢獻。
（原標題《突破四大難點，浙大教授給玻璃穿上“神奇外衣”》。編輯丁珊）
