中國(guó)粉體網(wǎng)訊 由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“2025國(guó)際硅材料產(chǎn)業(yè)展覽會(huì)”于4月23-25日在南京國(guó)際博覽中心成功舉辦。展會(huì)期間，我們邀請(qǐng)到武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院院長(zhǎng)包申旭教授做客“對(duì)話”欄目，暢談高純石英制備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
中國(guó)粉體網(wǎng)：包教授，您20多年前就開(kāi)始研究高純石英，后來(lái)轉(zhuǎn)向冶金、固廢綜合利用等方向，回顧您的科研歷程，您是基于什么做出了科研方向的選擇？
包申旭教授：20多年前上大學(xué)時(shí)，我選擇的是礦物加工工程這個(gè)專業(yè)，一開(kāi)始其實(shí)是出于一種樸素的想法——希望能更好開(kāi)發(fā)利用我國(guó)的礦產(chǎn)資源。那時(shí)候，我國(guó)在高純石英這個(gè)關(guān)鍵材料領(lǐng)域受制于人，尤其是在半導(dǎo)體、光伏這些國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)中，高端石英材料完全依賴進(jìn)口，核心技術(shù)也被國(guó)外壟斷。這讓我下定決心，要攻克高純石英提純技術(shù)，為解決“卡脖子”問(wèn)題盡點(diǎn)綿薄之力。
隨著研究的不斷深入，我逐漸意識(shí)到，當(dāng)前很多重大科技突破，已經(jīng)越來(lái)越依賴多學(xué)科交叉和系統(tǒng)集成創(chuàng)新。特別是在冶金領(lǐng)域，我看到資源利用效率低、能耗高、固廢處理滯后等問(wèn)題依然存在，而這些恰恰與國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向有明顯的矛盾。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析和思考，我決定將研究方向從高純石英進(jìn)一步拓展到濕法冶金與固廢處置與利用。
這個(gè)轉(zhuǎn)向并不是割裂的，而是我們有意識(shí)地構(gòu)建起了一個(gè)從基礎(chǔ)研究到共性技術(shù)、再到工程應(yīng)用的協(xié)同創(chuàng)新體系。這樣做帶來(lái)的好處很明顯，比如我們?cè)谧鍪⑻峒冄芯繒r(shí)發(fā)展起來(lái)的對(duì)微觀雜質(zhì)的精準(zhǔn)控制方法，現(xiàn)在也能用來(lái)幫助冶金過(guò)程中提升反應(yīng)效率；而冶金過(guò)程中的實(shí)際工程問(wèn)題，反過(guò)來(lái)也給我們材料提純提供了新的思路。這種跨領(lǐng)域的融合，不但拓寬了科研的邊界，也讓原來(lái)一些看似分散的研究串聯(lián)了起來(lái)。
現(xiàn)在我們團(tuán)隊(duì)圍繞“資源開(kāi)發(fā)—冶金強(qiáng)化—固廢利用”這條主線，已經(jīng)初步建立了一套比較完整的技術(shù)體系，也在石英提純、冶金渣資源化等方向取得了一些階段性的成果。我們希望這些研究成果，既能助力傳統(tǒng)行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，也能服務(wù)國(guó)家在關(guān)鍵材料上的戰(zhàn)略安全。接下來(lái)，我還是會(huì)繼續(xù)圍繞資源循環(huán)和綠色高效利用這條主線，做深做實(shí)，推動(dòng)一些成果真正落地應(yīng)用，發(fā)揮更大的價(jià)值。
中國(guó)粉體網(wǎng)：從基礎(chǔ)理論的角度，要想研究透高純石英，您認(rèn)為重點(diǎn)需要哪些學(xué)科的專業(yè)知識(shí)？
包申旭教授：要真正研究透高純石英，其實(shí)遠(yuǎn)不只是“把石英純度提上去”這么簡(jiǎn)單。高純石英對(duì)雜質(zhì)含量的要求非常嚴(yán)苛，像鐵、鈦、鎂這些金屬雜質(zhì)，哪怕只有幾個(gè)ppm都會(huì)影響后續(xù)應(yīng)用，所以整個(gè)過(guò)程對(duì)基礎(chǔ)理論和技術(shù)手段的要求都非常高。
從學(xué)科角度來(lái)看，首先要掌握的是礦物加工與材料學(xué)方面的知識(shí)。我們需要弄清楚石英中各種雜質(zhì)的賦存形態(tài)，是在晶體表面，還是夾雜在晶界甚至晶格里，這些都會(huì)影響后續(xù)處理工藝的設(shè)計(jì)。其次是物理化學(xué)，特別是固體界面反應(yīng)和擴(kuò)散過(guò)程的理解。很多時(shí)候，雜質(zhì)并不是簡(jiǎn)單地用酸洗就能去掉的，需要依靠特定的反應(yīng)條件甚至外場(chǎng)手段（比如超聲、微波）來(lái)激發(fā)晶界或晶格內(nèi)的雜質(zhì)遷移和分離，這就需要對(duì)微觀反應(yīng)機(jī)制有比較深的理解。第三塊我認(rèn)為很關(guān)鍵的是分析測(cè)試技術(shù)。高純石英對(duì)雜質(zhì)含量的要求極高，所以你必須具備超痕量檢測(cè)的能力，才能知道提純有沒(méi)有效果、雜質(zhì)到底是什么種類，才能真正驗(yàn)證提純效果、指導(dǎo)后續(xù)優(yōu)化。
所以總體來(lái)說(shuō)，高純石英的研究是一個(gè)典型的多學(xué)科交叉過(guò)程，既需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，也需要對(duì)微觀機(jī)制有深入的理解。這也是它為什么這么難、但又這么值得投入的原因。
中國(guó)粉體網(wǎng)：為促進(jìn)高純石英產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，您認(rèn)為學(xué)術(shù)界和企業(yè)界，分別應(yīng)該擔(dān)當(dāng)怎樣的角色？
包申旭教授：高純石英作為戰(zhàn)略性基礎(chǔ)材料，產(chǎn)業(yè)發(fā)展絕不是靠某一方“單打獨(dú)斗”能完成的，它需要學(xué)術(shù)界和企業(yè)界各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)、形成合力。
學(xué)術(shù)界的首要任務(wù)是打牢基礎(chǔ)。這個(gè)材料的“卡脖子”問(wèn)題，本質(zhì)上是底層理論、核心技術(shù)長(zhǎng)期受制于人。高校和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)聚焦一些關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，比如雜質(zhì)賦存的微觀機(jī)制、雜質(zhì)的遷移過(guò)程，以及新型提純方法的創(chuàng)新。這些基礎(chǔ)研究看似“慢功夫”，但是能決定我們是否可以真正發(fā)展出自己的技術(shù)路線。
企業(yè)界則要更主動(dòng)承擔(dān)起技術(shù)落地與工程化的責(zé)任。一方面，要加大對(duì)原創(chuàng)技術(shù)的轉(zhuǎn)化投入，把實(shí)驗(yàn)室成果變成真正可控、可復(fù)制、可推廣的產(chǎn)業(yè)化工藝；另一方面，也要與科研團(tuán)隊(duì)深度合作，反哺前沿研究，把一線生產(chǎn)中遇到的難題“反饋”上來(lái)，共同解決技術(shù)瓶頸。
我一直覺(jué)得，真正健康的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，應(yīng)該是“高校搞清楚為什么做，企業(yè)負(fù)責(zé)怎么做”，科研和應(yīng)用之間的界限不是壁壘，而是橋梁。只有科研與產(chǎn)業(yè)深度融合，才能讓高純石英這樣的戰(zhàn)略材料實(shí)現(xiàn)真正的自主可控、可持續(xù)發(fā)展。
中國(guó)粉體網(wǎng)：國(guó)內(nèi)高純石英高端產(chǎn)品被國(guó)外卡脖子，有人說(shuō)是我們“技不如人”，也有人說(shuō)是“礦不如人”，您怎樣看制約我國(guó)高純石英產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸因素？
包申旭教授：我覺(jué)得，不能簡(jiǎn)單說(shuō)是“技不如人”或者“礦不如人”，其實(shí)是多個(gè)因素交織的結(jié)果。從資源來(lái)看，國(guó)外像美國(guó)的斯普魯斯派恩礦確實(shí)條件非常優(yōu)越，雜質(zhì)少、類型單一，這是天然優(yōu)勢(shì)。而我們國(guó)內(nèi)的石英資源，雜質(zhì)含量高、種類復(fù)雜，確實(shí)增加了提純難度。但這并不意味著我們“礦不如人”，關(guān)鍵是有沒(méi)有能力用技術(shù)去“補(bǔ)短板”。
再說(shuō)技術(shù)，我們?cè)诟呒兪㈩I(lǐng)域起步確實(shí)晚，過(guò)去關(guān)鍵工藝和裝備依賴進(jìn)口。但這些年科研和企業(yè)端都在加快突破，像晶界調(diào)控、超聲強(qiáng)化等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，
可以說(shuō)我們已經(jīng)在“補(bǔ)課”，并開(kāi)始從“跟跑”轉(zhuǎn)向“并跑”甚至“領(lǐng)跑”。
在我看來(lái)，真正的瓶頸是缺乏系統(tǒng)的協(xié)同機(jī)制。比如資源開(kāi)發(fā)、工藝研發(fā)、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、終端應(yīng)用之間還沒(méi)有打通，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同不夠。這才是導(dǎo)致我們還沒(méi)形成穩(wěn)定、高質(zhì)量產(chǎn)能的核心問(wèn)題。打破“卡脖子”，關(guān)鍵不在某一個(gè)點(diǎn)，而是要構(gòu)建從原理研究到工程應(yīng)用的完整鏈條，實(shí)現(xiàn)從“能做”到“做好”的轉(zhuǎn)變。
中國(guó)粉體網(wǎng)：關(guān)于高純石英制備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，我們?cè)谝恍⿲W(xué)術(shù)文獻(xiàn)當(dāng)中也能有所了解，您對(duì)趨勢(shì)的預(yù)判是基于理論研究或是現(xiàn)實(shí)觀察還是其他？在這些趨勢(shì)中，對(duì)您觸動(dòng)最大的方面是什么？
包申旭教授：我對(duì)高純石英制備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的判斷，最核心的還是來(lái)源于長(zhǎng)期的理論研究積累。我們?cè)谘芯烤Ы珉s質(zhì)的賦存方式、反應(yīng)行為這些基礎(chǔ)問(wèn)題時(shí)，其實(shí)已經(jīng)能看出一些關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向。當(dāng)然，除了理論基礎(chǔ)，我也會(huì)結(jié)合參與的科研項(xiàng)目，以及對(duì)企業(yè)工藝、政策導(dǎo)向和市場(chǎng)需求的觀察，綜合來(lái)判斷哪些技術(shù)路徑更值得投入�？梢哉f(shuō)，是“理論+實(shí)踐+市場(chǎng)”三個(gè)維度共同構(gòu)成了我對(duì)趨勢(shì)的認(rèn)知。
其中讓我印象最深的，是越來(lái)越多冶金、化學(xué)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，正在被有效地引入到高純石英的研究和開(kāi)發(fā)中。這種跨學(xué)科的融合趨勢(shì)越來(lái)越明顯，也越來(lái)越重要。它體現(xiàn)出當(dāng)前科技創(chuàng)新的復(fù)雜性和系統(tǒng)性，很多技術(shù)突破都不再局限在原有領(lǐng)域里完成，而是需要多學(xué)科協(xié)同，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。對(duì)我們科研人員來(lái)說(shuō)，這不僅是挑戰(zhàn)，也是一種推動(dòng)力，讓我們不斷去拓展知識(shí)邊界，尋找更高效、更綠色的解決方案。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！
