大众网记者 毛道光 青岛报道
“新质生产力”作为当下的热词备受关注。所谓新质生产力，是以创新起主导作用，具有高科技、高效能、高质量特征，符合新发展理念的先进生产力质态。在山东青岛，中国石油大学(华东)材料科学与工程学院副院长曹宁率领研发团队用新材料赋能新质生产力，通过不断开展碳材料结构一体化设计开发，突破了传统钢材和不锈钢表面石墨烯薄膜制备技术，从而打破了燃料电池极板外国技术的垄断，实现了技术的国产化替代，助力国内企业“提质增效”。
十年磨一剑
新型石墨烯薄膜打破国外垄断
碳材料是“双碳”目标下能源行业发展新质生产力的重要物质基础，如何提高碳材料的利用效率，将废弃物转化为碳材料再利用，实现变废为宝，是曹宁主攻的研究方向。
“随着‘双碳’目标的提出，我们团队利用二氧化碳和废钢材开发了新型石墨烯薄膜制备方法，解决了兼具耐蚀/低界面电阻的氢燃料电池极板用材和富碳固废的环境污染与资源化利用问题。”曹宁告诉记者，目前已经有多项研究成果投入到企业生产，转化为生产力，帮助企业提高营收。
“氢能是未来国家能源体系重要组成部分，代表着新能源的发展方向，但是氢能的长距离运输需要进行压缩才能方便储存和运输。压缩机的关键部位是钢材，而我们知道钢材普遍存在氢脆问题，这个关键技术突破不了，氢气压缩机就无法商用，无法量产。”记者了解到，为了攻克这个难题，曹宁团队不断尝试新方法，最终通过构建金属氧化膜化学转化模型，并基于该模型，发展了新型表面渗碳技术，从而解决了这一难题。
“石墨烯材料是由单层碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的片状结构的新材料，2014年，我就对其产生了兴趣，探索研究其适用场景，经过多年的研究之后，我们研发出了传统钢铁材料表面石墨烯薄膜的CVD制备技术，这个技术在新能源方面也有着广阔的应用场景。”曹宁说，“该成果基于固态相变和原子扩散理论，利用多元催化CVD技术，在传统不锈钢和低碳钢表面实现石墨烯薄膜绿色、廉价制备。”
这一新技术的应用打破了在燃料电池双极板领域的外国垄断。曹宁告诉记者，“之前燃料电池双极板为西方和日本垄断，采用的是钛合金表面磁控溅射技术，使用寿命不超过4000小时，成本高，利润大头都被外国企业赚取。新技术应用后实现了国产化的替代，成本大大降低。”
“关键核心技术被攻克之后，青岛一企业成为国内领先的具有独立自主知识产权的液驱氢气压缩机生产制造商，也成为了青岛市24条重点产业链中氢能和储能产业链的链主企业。”曹宁介绍，这一技术正应用于该企业，相关产品将会陆续投入到市场中。
新技术应用
助力企业实现销售额1.5亿元
新材料应用不仅在燃料电池双极板领域，曹宁团队还将其带到了种植牙领域。钛合金是现阶段主流的种植牙材料，不仅外表坚硬，其内部的韧性非常好。但此前国内技术不是很成熟，无法保证纯钛种植体兼具表面强度和整体韧性的要求，因此市场上以外国进口的种植体为主。即使有技术能够做到，也由于各种局限很难实现量产，投入商用的成本较高。
为了攻克这一技术难题，曹宁带领团队成员屡次尝试。“我们通过五年多的实验，按照医疗器械国家标准，开发了新型固体渗碳剂，并且形成具有自主知识产权的技术专利，实现了传统固体渗碳技术在定制化口腔纯钛种植体中的应用，并且成本价格得到很好的控制。”记者了解到，这项专利技术已得到了应用。
“由于实现了关键突破，我们国产的种植体逐渐得到了推广，相对于外国种植体在价格上有优势，价格更亲民，不少医疗机构都愿意采购，在用户那里反馈的效果也很好。”曹宁介绍，在这项专利技术的加持下，参与研发的合作企业近三年累计实现销售收入近1.5亿元，获得山东省专利奖，这项技术在青岛市科技进步奖的评比过程中也获得二等奖，目前已完成公示。
固废资源化利用
能应对海上溢油 能做催化剂载体
石油作为地球重要的能源，从燃料到工业原料，甚至是纺织品、沥青，都是其在不同温度下产生的衍生品，与人类生活密切相关，但同时也会产生高硫石油焦等固废。
如何实现高硫石油焦等固废资源化利用，也是曹宁团队研究的重点。为此，他们依托中国石油大学(华东)的平台优势，进行深入研究，最终掌握了关键核心技术，并取得了技术突破。其中授权发明专利4件，有2件已经成功实现了成果转化。
记者了解到，碳基油水分离材料及产品研发就是其中一个重要的成果。“我们通过对碳基功能材料的孔道结构设计与绿色制备，研发了新型海洋溢油应急处置材料和实验室安全保障材料。这一成果不仅解决了高硫石油焦等固废资源化利用问题，也形成了兼具选择性吸附与阻燃特性的碳材料表面改性技术。”曹宁介绍，通俗一点讲，就是这一产品能够应对海上溢油起火的情况。
“海上溢油事件发生后，使用该产品，能够快速将油吸附起来，同时如果发生溢油起火的情况后还能起到阻燃的效果。”曹宁介绍，目前这一项技术已经转化并形成产品。
此外，曹宁团队还突破了高硫石油焦碳基材料低温活化制备技术，将这些固废做成了诸如木薯粉、纤维素等非粮生物质的催化剂载体。“相对于目前市场常见的氧化物催化剂载体，新型碳材料载体在生物质转化成乙醇酸催化剂过程中，抗盐效率明显提升了4倍，这也使固废实现了资源化利用。”曹宁说。
目前，曹宁作为中国石油大学(华东)材料科学与工程学院副院长，已累计培养研究生35人，这批学生也已逐步成长为新能源新材料领域的骨干人才。曹宁表示，未来将继续秉持科学家精神，深入对于无机功能材料相关领域的研究，基于国家能源转型的战略需求，为碳普及和碳的高值化利用作出贡献。
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