——记获得市技术发明一等奖的上海硅酸盐所压电陶瓷材料项目

　　轻轻触碰，就能将力转换成电信号，或者加上电压，也可以将电信号转换成力，去完成一个动作，这是压电陶瓷的特殊本领。一片小小的压电陶瓷，往往是航空航天、通讯设备、自动控制、汽车电子、医疗系统、石油化工和武器装备中的关键元器件。它经常需要工作在一些特殊环境中，而高温是它的“致命杀手”——一旦超过某个临界点，它的信号转换本领就会变差，甚至完全失效。

　　如何让它在几百摄氏度的高温下仍保持高压电活性、高稳定性？这是一项世界先进技术，很多高端压电器件国外都对我国禁运。中科院上海硅酸盐研究所董显林研究员带领他的团队，长期钻研高温高稳定压电陶瓷材料，通过深入研究压电陶瓷材料的高温导电、热退极化机理，大胆进行工艺创新，各种性能达到世界先进水平的压电陶瓷产品，从他的实验室源源不断地诞生。在今年上海科技奖励大会上，上海硅酸盐所压电陶瓷材料项目获得技术发明一等奖。

　　“几乎每一个创新产品的诞生，都要经历长达八年甚至更长的周期。”董显林告诉记者，为了保持对行业的引领，课题组不坐等国家经费，也不靠企业投入，而是主要依靠先期产品的回报，自主部署、自主投入，把握创新的“八年周期”，保持领先技术对市场的引领。
　　
一手解决机理，一手摸索工艺

　　“论文与工程有区别”，这是董显林一直提醒科研人员和研究生注意的，因为论文可能只求某几个指标做得高，而工程应用则需要“综合性能”好。他认为，材料科学研究的终极目标，不在于发几篇论文，而在于真正能派上用场。为了更快地将实验室成果中试放大，转化为实用的新产品，10多年前他就把实验室从地处闹市的定西路搬到了嘉定中试基地。

　　从上世纪60年代初开始，上海硅酸盐研究所就在国内率先开展压电陶瓷的研究。董显林说，用于航空发动机振动检测的压电加速度传感器，要耐受几百摄氏度的高温，如果传感器中的压电陶瓷不能满足这一条件，我国的高温压电传感器就会受制于人。

　　可为什么随着温度的升高，压电陶瓷的电阻率就会急剧降低呢？科学家发现，原来在压电陶瓷材料中存在许多带电的空穴和氧空位，当温度升高时，它们的迁移就会加剧，由此导致材料的导电性增大，电阻率也就急剧下降。弄明白这点后，课题组就有针对性地巧妙选择了一些氧化物掺入到铋层状结构压电陶瓷中，大幅减少了空穴和氧空位。这样，材料的电阻率大为提高。经过多年持续改进，该类压电陶瓷不仅能在400摄氏度高温下保持高灵敏度，且电阻率足足提高了两个数量级。

　　理论指导实践，自然事半功倍。不过，董显林认为，生产工艺的摸索同样重要。曾经，他们在研制偏铌酸铅压电陶瓷过程中，烧出的陶瓷片总有黑心，且易变形、开裂。整整一年，他们都没找出关键原因。“当时用户催着交货，而这里却找不出工艺上的问题，整个课题组压力都非常大。”他说。但他们没有放弃，从粉末合成工艺和烧结气氛入手，突破传统工艺路线，独创了二次粉末合成和半封闭烧结工艺，彻底解决了这一技术难题，使我国偏铌酸铅这一具有独特性能的压电陶瓷从实验室真正走向了工程应用。
　　
自掏腰包维持高位创新

　　一个上午，在接受记者采访的两个小时里，董显林的手机响了十几次。他手头同时推进着十几个项目，以至于每天最多只能睡五六个小时。不出差的日子，每天早上8点不到进实验室，晚上10点多离开，成了他工作的常态。

　　别看这小小一片压电陶瓷，从机理研究、新材料研发到最后定型生产，周期很长。“国家科研经费支持有限，企业愿意投在研发上的钱更少，为了保持创新领先，我们必须得自掏腰包。”董显林说，他们曾接下一个国家项目，只有48万元研究经费，但课题组还是配合用户坚持研发了近8年，后来产品投放市场后，持续产生回报达1800多万元。

　　就是利用这样的回报，董显林根据国家战略和市场需求在课题组内自主部署项目、自主投入，提前研发具有未来应用前景的潜力产品。尽管研发成本高，但由于技术先进、产品质量好，所以董显林与客户谈价格几乎都是“一口价”，因为如果不选择他们的产品，就只能买国外的进口产品，非但价格高得离谱，而且万一损坏，维修周期很长，更在使用上有许多限制——比如，油气勘探行业，缺少自主知识产权的压电陶瓷，就很难把钻井业务拓展到海外市场。

   荐稿人：lry    2015-05-21    执行编辑：zjy  2015-05-21   责任编辑：tmy  2015-05-22