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　　10月28日上午消息，今日2017未來科學大獎頒獎典禮暨未來論壇年會在京舉辦。會上，斯坦福大學材料科學與工程系教授崔屹發表演講稱，納米科技在三個方面的應用包括高能鋰電池、新型布料、過濾PM2.5。

 

　　崔屹表示，納米技術做成的高能鋰電池，能解決電池的安全問題，杜絕著火現象。經過12年研究，隨著鋰電池研究的不斷深入，未來電動車會取代燃油車。

 

　　崔屹稱，人體散熱正常情況下50%靠紅外線，但現在所有的布料是對紅外線不透明的。我們研究發現聚乙烯是對紅外線透明的，但是對可見光也是透明的，納米孔的聚乙烯能阻擋可見光，讓保鮮膜、垃圾袋變成了布料，衣服可回收變成納米孔再變成布料，實現完全的可回收。

 

　　崔屹表示，3年前我們發現基本上所有的口罩對PM2.5都不管用。經過研究，發現納米纖維技術過濾效果很好，納米纖維技術空氣阻力很低，產生的靜電比較強，能把不帶電的PM2.5顆粒完全的抓住。（張澤宇）

 

　　以下為演講實錄：

 

　　謝謝組委會的邀請，參加未來論壇，首先祝賀我們三位獲獎者，感謝組委會辦這么好的會議。

 

　　納米科技到底能夠做什么，現在主要應用在能源和環境上面。剛才從楊教授的報告里，大家可以看到，我們確實面臨的能源問題很大，到底怎么減少二氧化碳的排放，怎么能夠遠離化石能源，同時已經造成環境污染怎么辦，水的污染，空氣的污染，土壤的污染等等，我們要修復這些問題。我是12年前加入斯坦福大學，當時想從新材料納米材料角度可以做什么，能源轉換，太陽能電池，能源存儲，鋰電池，電動汽車等等，催化一系列的。

 

　　今天舉幾個例子跟各位分享一下，納米材料、納米科技能夠產生的新技術，回到科學，產生新的技術，能夠對能源和環境有所影響。

 

　　這是三個今天要挑的例子，高能鋰電池，新型的布料，能夠冷卻身體，能夠保溫，PM2.5過濾，在北京，大家感受比較深。12年前不明顯，今天看電池技術變得很明顯，手機、無人機、電動汽車，太陽能、風能入網，大規模儲能，太陽能、風能怎么儲存下來，這是很重要的問題，帶來很多的商業機會。分析一下，看現有的電池技術，我們處于什么樣的狀態。

 

　　技術不斷地發展，能量密度一公斤能儲存多少度電，220瓦時每公斤，我們想到500，一輛特斯拉的車開400公里，500瓦時每公斤，特斯拉可以開八百到一千公里，比燒油的車跑的還遠，價格是不是還能降，砍掉一半，老百姓能付得起，循環壽命想要三千次，一萬次，不是七年鋰電池，手機用三年鋰電池就不行了，能不能做15-25年，能不能充電速度不是一個小時到兩個小時，十分鐘以內，最后能不能做安全性，絕對安全，不要起火、爆炸。這里面有很多問題，也帶來了對科學上，我們怎么做，提供了機會，我想這個還會持續很長時間，才能把所有問題都解決，但是意義非常重大，帶來的是革命性的變化。從電動汽車，從能源，讓可持續能源能夠大量使用，變得很重要。

 

　　很重要的材料，把電池能量密度提高，500瓦時每公斤，現在用石墨，能不能用硅和金屬鋰，儲存能量是石墨的10倍，這樣的材料能夠做好，電動車可以跑很遠，生產一公斤提供的成本，提供的能量多了，存每度電的價格會掉下去。正極材料也一樣，從現用的在磷酸鐵鋰，能不能用硫能不能做好，特別便宜，過去兩年，中國電動汽車行業大規模起來，現在又回落，沒有足夠多的鈷故做電動車，必須發展特別便宜的材料，這些很重要的材料，儲存鋰離子量很大，很多材料問題會出現。

 

　　拿硅做例子，原子結構變成顆粒，當鋰充電，體積膨脹四倍，材料發生破裂，不穩定，過去30年想把硅用到鋰電池上做不成。出現很大問題，用納米科技辦法很可能解決這些問題，我12年前加入斯坦福大學的時候，開始用納米科技的辦法，到底問題多大。

 

　　當鋰離子充到中間，八百納米直徑，體積膨脹，撐爆了，材料破裂，導致材料用不好，但是小的顆粒也在充，小的能夠存活，用這樣的技術，要知道納米材料小到一定程度不會破裂，八百會破，一百五十不會破，將來工業界想把硅負極用上，提供了很重要的參考，什么樣大小顆粒可以用。

 

　　第二個問題可以顯現，除了體積膨脹破裂，還有界面不穩定，因為充電的時候膨脹，放電的時候收縮，一個材料充電放電收縮四倍，不穩定，電池現在的技術解決不了這個問題。

 

　　我們大概十年前，從硅的納米線開始，發現解決破裂問題，一大問題解決了，后來又發明了河殼結構的納米線、空心結構，我們經歷了11代材料設計，一個一個問題，包括界面問題也解決的差不多了。

 

　　怎么把現在發現的科學、材料上的新發現，以及技術上新發現進行產業化，2008年創辦一個公司Amprius，在無錫市，現在電池做到的程度，全世界能力最高，290瓦時每公斤，現有220，第二條生產線是最先進的技術，現在放到美國，400瓦時每公斤，有這樣的技術電動汽車，很快特斯拉尺寸的車，四百公里的每次充電可以到600公里以上，甚至七百公里。將來應用是全方位的，除了現在的手機、無人機，電動汽車，將來做大了之后，也可以進入大規模儲能。

 

　　經過這么12年的研究，其實這個鋰電池對將來的影響非常有前途，從現在的技術，我們的石墨和三元配比，MMC配比，硅負極進入，400瓦時每公斤，金屬鋰和鋰硫電池，甚至600瓦時每公斤都成為可能。500瓦時每公斤的時候，基本上電動汽車可以取代所有燃油車，除了特別長距離的車難以取代之外，會馬上發生。硫正極怎么做金屬鋰，材料科學上有很多挑戰，納米科學的辦法有很多進展，成為可能性，可能會走10-15年，需要很多年輕人進入，才能把這一塊問題完全解決掉。

 

　　回到電池安全性，這么高能量密度的電池，能不能完全解決安全性問題，過去10-20年電池出世，從索尼到三星，還有車的出事，波音飛機出事，電池安全性一直存在，所以需要大家從科學角度來想怎么解決這些問題。

 

　　最近我們實驗室發明一個新技術，綠色滅火劑在高分子纖維里，放到鋰電池的隔膜上，當電池發生短路，即將著火爆炸的時候，溫度上升，高分子熔化，把滅火劑放到電池里全都釋放出來，讓它著不火，為什么不把滅火劑放到電解液里，一旦溶解之后，影響電池性能，離子導電率很差，電池沒法用。納米包附的辦法，最后釋放，可能徹底解決這個問題，我們的目標將來電池怎么用，發生怎么樣的事故，堅決不著火，如果做到這樣的話，每個人都會很放心地把電池放到所有的應用上。

 

　　第二個例子，最近的新發明，Thermal textile，上千年的歷史，新發明可能會需要，現在全世界能源消耗，13%用在空調上面，冬天保暖，夏天制冷，但是空調的能量都在冷卻，比如夏天的時候墻壁、空氣，真正需要不是冷卻整個建筑物，需要對個人進行空調，一個人其實相當于一百瓦的燈泡，在非運動狀態下，怎么讓這個人快速散熱，夏天不那么冷，冬天不那么熱。基本上每一度空調的調整，會讓10%的能源能夠省下來，到這樣的地步。

 

　　研究人體散熱50%靠紅外線，室外運動靠漢蒸發，基本上靠紅外線，不斷地散發紅外線，可以看到人體散熱，現在變成人體散熱怎么夏天快速往外散發，個人感覺到涼快，空調不要開這么冷。現在所有布料，面棉的、聚酯的對可見光不透明，沒有一個布料可以做到紅外線透明。很便宜的材料聚乙烯對紅外線透明，是廚房用的保鮮膜，對可見光也透明，還是不能穿。

 

　　用了納米科技辦法，現在用是什么，聚乙烯變成納米孔的聚乙烯，孔的大小是可見光波長，400-700納米范圍內，可見光進行散射。納米孔做到聚乙烯，做成布料，測皮膚溫度。

 

　　夏天要想涼快，最好的辦法，什么別穿，表皮33度，穿上棉衣服變成37度，穿上納米孔聚乙烯變成34度，以后保鮮膜變成布料，垃圾袋變成布料，穿完衣服回收再熔化，變成納米孔，變成布料，實現完全回收，非常有意義。

 

　　PM2.5，三年前，把能買到的口罩買回斯坦福大學測，基本上所有口罩都不管用對PM2.5，吹的很牛，個別口罩管用，但是空氣阻力還是很大的。能不能研發一種技術，把PM2.5過濾掉，看PM2.5從哪來，工業生產、燒煤、汽車尾氣等等，現在工業過濾沒有辦法做PM2.5，這個提出了新需求。

 

 

　　三年前發展納米纖維技術，過濾效率很高，99%，去除率很高，而且空氣阻力很低，比現有市場上看到的技術低三倍，到底什么原因這么低，里面有很有意思的科學原理，納米纖維直徑很小，有一點靜電，靜電廠梯度很長，不帶電的PM2.5顆粒完全抓住。后來跟朱棣文教授有一個合作，我告訴他我們做的效果很好，當時想原理是什么，這是他97年拿諾貝爾獎的原理，用電廠梯度把原子抓住冷凍，拿的諾貝爾獎，現在我們抓住的是PM2.5。

 

　　快速產業化，把技術用到中國，讓老百姓用上，我們成立一個公司，叫FCM，有人問是不是跟3CM對著干，你們自己理解。FC非常好，可以應用到各種場景，口罩、過濾器、室內新風系統，學校、醫院以及工業過濾等等。

 

　　回到能源環境，人類面臨最大問題，人工光合作用非常重要，能源環境研究和技術、科學全方位，怎么產清潔能源，怎么儲存、運輸、用好，最后回收回來，對于環境有很小的影響，能保持住，我們的水是干凈的，天是藍的。

 

　　感謝我的研究團隊，博士生、博士后，以及斯坦福大學的經費支持。謝謝大家！