English|[登录][注册][会员中心]
Cre.net

首页 > 人物访谈

二十余年坚持心存咬定青山之志 脚踏实地研发探寻磁制冷奥秘

——
来源:中国稀土网站 日期:2020-04-01 加入收藏
编者按:科研工作是一项需要持续投入人力、物力的工作,是科研人员的创新探索,科研中的每一点一滴进展都凝结了科研人员的心血和汗水。包头稀土研究院磁制冷团队就是万千科研团队中的一员,他们已经坚持在室温磁制冷领域开展了二十余年的研究工作。这二十载寒暑苦乐参半,坚持不易。但整个团队在黄焦宏教授带领下,始终坚定初心,不断探寻室温磁制冷技术的奥秘,最终将室温磁制冷技术的研究推进到了新的高度。

特别是最近十年,由黄焦宏教授牵头包头稀土研究院磁制冷团队先后主持承担了国家级科研项目10项,省级及国内外横向项目二十多项。团队被评选为内蒙古“草原英才”团队,是行业内能同时开展磁制冷材料、磁热效应直接测量及仪器、永磁磁场系统及磁制冷机设计、研究与开发的为数不多的团队,长期的努力和坚持获得了国内外同行高度认可。

“中国稀土”近日采访了黄焦宏教授和他的团队,黄教授对团队的工作和发展历程做了简要回顾,笔者如实记录,以飨读者。

      一、紧盯国际热点 选定钻研方向

    1997年,美国埃默斯(Ames)实验室和美国宇航公司先后发表了具有巨磁热效应的室温磁制冷材料Gd5Si2Ge2和室温磁制冷样机的论文,当时在包头市稀土应用技术研究所工作的黄焦宏和其老师徐来自研究员敏锐地认识到这是一个具有前瞻性的重大课题,二十多年的故事拉开了序幕。

    磁制冷是典型的稀土应用项目,包头市稀土之乡,理应尽早开展该项目的研究。于是,两位老师积极筹划,四处游说,寻求支持和合作。最终包头稀土研究院、包头钢铁学院共同申报了“稀土磁制冷技术开发”课题,1999年底,获得科技部“九五”攻关项目的支持,支持经费200万元,磁制冷研究的种子撒在了鹿城广阔的田野里。为了更好的开展研究工作,在2000年黄焦宏调入稀土院,在多方的大力支持下,开始组建磁制冷研究团队和磁制冷实验室。至此,磁制冷技术研究在鹿城发了芽,开始坚强生长,迎接它的不止是和煦的阳光,也有北方特有的寒霜,而为它挡风遮雨,扫雪御寒的正是黄焦宏这个团队里十几颗炽热的心。

      二、材料和原型机齐头并进 逐步获得行业认可

    刚开始,实验室可谓是一穷二白,既要组建实验室,又要同时开展课题研究。创业难,是每一个新事物要面对的最基本的挑战。小到零零碎碎的实验工具的采购,大到实验经费的申请,每一样都不能马虎,来不得半点敷衍。黄焦宏和他的团队清楚,熬不过这一关,心中的理想,人生的追求都会戛然而止。

    解决了生存和基本科研条件,最大的科研问题摆在了面前,团队要朝那个方向发展?磁制冷研究源于材料,但是她的终极目标确实要开发出能够实用的磁制冷机。横亘在团队面前的是一坐坐高山,材料性能的表征,材料的制备和测试,材料的成型,用于驱动的磁场,机器的机电一体化,一长串目标浮现在团队的视野里。

    饭一口口吃,科研一步步走。黄焦宏和他的团队开始了有他们鲜明特色的研究之旅,那是一条条编年史。最初,他们从实验手段入手,发展到以实验设备仪器设计制作为突破口,硬生生切进了磁制冷研究的核心领域。缺乏设备仪器,在用其他团队的设备熔炼实验样品的同时,又自行成功设计制作了简易的磁热效应直接测量仪器,并成为了表征磁制冷材料性能的快速检测方法。这样一种测量仪能够直接测量磁制冷材料的绝热温变Tad,与传统的磁化曲线测量法相比,简单方便,费用低廉。后来这个研究获得了国家专利,填补了国内空白。

    于是,故事得以延续和发展,梦想变成了一个个时光的脚印。2001年初,团队设计研制了国内第一台磁液体磁制冷机样机,创新的思想并没有因为失败失去一分光泽。2001年底,又设计研制了国内第一台往复式室温磁制冷样机(图1),样机经过2003-2005年间持续不断的改进设计获得了17.8C制冷温差(图2),室温磁制冷的可行性得到了最真切的证明。2006年,美国科学杂志《SCIENCE》对这一成果进行了报道。

    在材料研发上,2000-2002年,开展了金属Gd和Gd5Si2Ge2磁制冷材料磁热性能研究,磁制冷材料的神秘面纱被这群人揭了开来。2003-2007年,开展La(FeCoSi)13BX合金磁热效应研究,制备技术和材料成分也有了自己的创新。2002-2005年,经过持续研究和改进,设计研制了国内首台自动磁热效应直接测量仪器(图3),为材料的快速检测立下汗马功劳。进无止境,2013-2017年设计研制了全自动磁热效应直接测量仪器(图4),测量温度范围为50C 70C,拓展了课题组研究材料的范围。2017-2019年,设计研制的全自动磁热效应宽温区直接测量仪器(图5),测量温度范围为150C 70C,该测量仪器拓宽了测量温区范围。而材料的研发,也随着工具的拓展不断加速,不断进步,最终不同形状,性能优异的磁制冷材料被装到了一台台磁制冷机里,成就了一个个美好的故事。
\
图1. 2001年设计研制的往复式室温磁制冷样机
 
\\
图2. 2003-2005年改进设计研制的往复式室温磁制冷样机及运行曲线
\
图3. 自动磁热效应直接测量仪器
\ 
图4. 全自动磁热效应直接测量仪器
\ 
图5. 宽温区全自动磁热效应直接测量仪器

    当然,还要提一提磁制冷机里不可或缺的大家伙,那个永磁体。黄焦宏团队开发磁制冷技术的法宝之一就是各种各样体积小,却拥有超高磁场强度的磁场系统。这些磁场系统不但撑起来团队自己的原型机,而且漂洋过海,成为了国内外许多研究团队磁制冷机的心脏。

    材料,制冷机,磁场系统和测试仪器,在不断的摸索中,黄焦宏团队形成了四位一体的特色研究风格,不断的交流和互补,在室温磁制冷领域获得了广泛的认可。

      三、磁制冷保温柜横空出世 接近技术突破边界

    2016年,团队的“复合式永磁室温磁制冷机研制”项目获得了内蒙古科技进步奖一等奖,2017年“稀土磁制冷材料及磁制冷冷藏柜”项目中国稀土学会和中国稀土行业协会的中国稀土科学技术奖一等奖,“烧结La(FeCoSi)13BX合金磁热效应机理的研究”项目获得内蒙古自然科学三等奖。这些奖励是政府和同行对研究团队这些年辛勤工作的肯定,特别是近些年在室温磁制冷及研发领域的成果。

    2014年,设计研制的复合式室温磁制机(冷藏柜)项目通过了由内蒙古科技厅组织的鉴定,最大制冷温差达到23C,最低制冷温度达到零下1度,制冷空间117升,其成果达到了国际先进水平。2014年12月31日在网络上正式报道,比海尔与美国展出的磁制冷酒柜还早了十天。该项研究成果在国内趋于领先地位,在国际上也是最早报道的,其成果水平不低于美国、法国、日本等。

    2015年,团队继续设计研制了室温磁制冷酒柜,2016-2018年,设计研制了复合式室温磁制冷冷藏柜商业样机,最大制冷温差达到24C,最低制冷温度接近零度,冷藏室温度保持在510C,制冷空间155升(图6)。直至目前,国际上只有少数几个国家开展了研制磁制冷商业冷藏柜的设计研究工作。
\\
图6. 复合式室温磁制冷冷藏柜商业样机及运行曲线

    梅花想自苦寒来,多年的辛勤付出,换来了不断扩大的温差,渐渐变冷的冰箱,对应的是砰砰跳动的火热心灵。奖励固然重要,但对于黄焦宏团队而言,磁制冷机的前方还有更加光明的未来要去实现。

      四、一步一个脚印 终会获得国内外同行认可

    行业内,同时开展磁制冷材料、材料测量及测量仪器、磁场、磁制冷机设计研究与开发只有这一个团队。经过多年的努力,在国际上终于获得了较高的知名度及影响力,获得了国内外同行的高度认可。先后受邀请赴美国、法国、西班牙、瑞士、台湾等以及国内特邀、邀请作学术报告,黄焦宏教授有了许多许多外国朋友。与多个国家的科研、高校部门、公司合作联合开展了多项合作课题的研究,技术精进,友谊天长,科研也是一项充满奇迹的事业,而这些奇妙时刻,大部分都化作了黄焦宏教授办公室墙上的照片,都是黄教授自己照的。

    由于在磁制冷方面的学术影响力,争取到了“第四届国际室温磁制冷会议”(国际制冷学会系列会议,两年举行一次)2010年在包头召开,来自20多个国家的100多位外国学者、企业工程师参加了本次会议,这是这些年来少有的由鹿城本土学者召集的学术会议了。

    国际合作,取长补短,先后与西班牙、巴西、瑞士、德国、加拿大、韩国、丹麦、法国、俄罗斯、日本以及国内的高等院校、企业等合作(图8),这些合作充分说明黄焦宏团队的研究与开发水平得到了美国、日本、欧洲等各国同行的认可。这些合作即加强了与上述国家的科研开发的合作,又增强了包头稀土院的实力,扩大了在国内外的影响力。

    科研的结果充满了不确定性,科研的过程却是确定的。不确定的只是收获的结果,确定的却包含了太多太多,里面有对事业的热爱,对信念的坚持,对未知世界的探索,对名利的淡泊。非君子不得安于平凡中的伟大,无数的科研工作者恰恰就是这样一群君子,用坚定的初心,一片片的为人类解开未知的面纱。
 

·稀土磁制冷材料的重要领军人
——包头稀土研究院磁制冷专家黄焦宏先生访谈

·稀土纳米功能材料的领跑者
——中国科学院院士严纯华先生访谈

·以人为本 科学管理 优质高效 技术领先
——徐州彭源金石稀土材料厂总经理刘建国先生访谈

·解放思想 求真务实 产研结合 开拓创新
——包头稀土研究院院长杨占峰先生访谈

·用稀土抢占未来科技发展的制高点
——中国稀土控股有限公司董事长、江苏省稀土行业协会理事会会长蒋泉龙先生访谈

·以人为本 技术创新 保护环境 和谐共赢
——包头市新源稀土高新材料有限公司董事长兼总经理冀代雨先生访谈

·招商富商 共谋发展
——包头稀土高新区管委会副主任郭甫欣访谈

·团结协作、锐意进取、充满活力的领导团队带头人
——包头稀土研究院院长赵增祺先生访谈

综合信息 总记录数为 18569 2022年07月01日 更新数为 5
市场行情 总记录数为 72160 2022年07月01日 更新数为 4
稀土企业 总记录数为 712 2021年04月27日 更新数为 2
稀土专利 总记录数为 7609 2022年02月18日 更新数为 2
稀土标准 总记录数为 430 2017年08月08日 更新数为 2

English| 关于我们| 联系方式| 郑重声明| 服务合作| 留言板 | 加入收藏

备案号:蒙ICP备05001521号
蒙·网警15029002000116 
版权所有 CRE.NET 电话:0472-5179242 E-mail:cre@cre.net