“根本沒法落地！”當(dāng)博士生費(fèi)紀(jì)鵬向一家行業(yè)巨頭介紹自己參與研發(fā)的新型材料時(shí)，被當(dāng)頭潑了一盆冷水。
最近，這項(xiàng)曾被判了“死刑”的研究，不僅登上了Science雜志，更催生了一家前沿科技公司。而當(dāng)初那個(gè)不屑一顧的行業(yè)巨頭，如今也回過頭來，主動拋出了合作的橄欖枝。
費(fèi)紀(jì)鵬（右二）和團(tuán)隊(duì)成員受訪者供圖
“95后”山東小伙費(fèi)紀(jì)鵬，目前在新加坡南洋理工大學(xué)攻讀博士學(xué)位。他與導(dǎo)師李宏開發(fā)出一種能顯著降低建筑墻面溫度和空調(diào)能耗的新型無機(jī)被動制冷涂料——CCP-30。費(fèi)紀(jì)鵬是相關(guān)研究論文的第一作者。他還憑借這項(xiàng)成果成為新成立的科技公司創(chuàng)始人，開始把技術(shù)推向市場。
“不可能”？
費(fèi)紀(jì)鵬本科畢業(yè)于電子科技大學(xué)。就讀期間，他加入課題組進(jìn)行燃料電池薄膜研究，由此積累了寶貴的實(shí)驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)。“老師告訴我，技術(shù)研究成果轉(zhuǎn)化出來才更具社會意義。所以，本科期間我就想做那種看得見、摸得著、用得上的研究?！彼f。
2020年，費(fèi)紀(jì)鵬進(jìn)入南洋理工大學(xué)讀博。學(xué)校所在的新加坡，常年酷熱，平均氣溫高達(dá)30℃以上，當(dāng)?shù)乜照{(diào)能耗占到全國總用電量的近三分之一。在當(dāng)?shù)?，制冷不再是舒適需求，而是“生存的必需”。
費(fèi)紀(jì)鵬意識到，這不僅是新加坡的痛點(diǎn)。隨著產(chǎn)熱加劇，中國乃至全球都可能面臨類似的“熱痛點(diǎn)”。于是，他敏銳地將目光投向了“被動制冷”技術(shù)——通過自然現(xiàn)象或物理過程實(shí)現(xiàn)溫度控制的技術(shù)。
然而，當(dāng)費(fèi)紀(jì)鵬帶著初期研發(fā)的“水凝膠材料”尋求建筑企業(yè)合作時(shí)，卻遭遇當(dāng)頭棒喝。新加坡某建筑開發(fā)巨頭直言：“建筑行業(yè)需要穩(wěn)定耐用的材料。你們這個(gè)材料穩(wěn)定性、耐候性差，根本沒法落地。”此外，“光污染隱患”“制冷效率低”等來自行業(yè)的質(zhì)疑聲也接踵而至。
費(fèi)紀(jì)鵬坦言，來自產(chǎn)業(yè)界的尖銳反饋，無疑是一種巨大打擊?！爱?dāng)時(shí)感覺被潑了一盆冷水。”他回憶道。
好在他并未因挫折止步。調(diào)整一段時(shí)間后，他從這些“不可能”的論斷中，精準(zhǔn)捕捉到研發(fā)的突破口——解決“不可能”背后的問題，不就是創(chuàng)新嗎？
與產(chǎn)業(yè)、企業(yè)打交道，讓他深刻意識到：研究要想真正落地，必須跳出實(shí)驗(yàn)室思維，打造符合工程需求和現(xiàn)實(shí)需要的產(chǎn)品。
闖難關(guān)
面對“無法落地”“毫無價(jià)值”的斷言，費(fèi)紀(jì)鵬革新材料體系，展開跨學(xué)科攻堅(jiān)。
他利用課余時(shí)間自學(xué)混凝土化學(xué)知識，并與合作者韓頔博士在南洋理工大學(xué)一處樓頂反復(fù)測試，探索材料性能邊界。
多次室外實(shí)地測試，讓費(fèi)紀(jì)鵬看清一個(gè)事實(shí)：城市發(fā)展導(dǎo)致高樓林立，房頂空間正被光伏設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施大量占用，可用于降溫的面積日益縮小。這促使他將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向建筑側(cè)墻——一棟建筑約70%的外界熱量通過側(cè)墻進(jìn)入，這才是降溫的主戰(zhàn)場！
方向明確后，他們又遇到兩大核心難題。
第一個(gè)難題是光穩(wěn)定性。費(fèi)紀(jì)鵬表示：“傳統(tǒng)建筑外墻涂料的多孔結(jié)構(gòu)遇水后會像濕透的紙一樣變得半透明，失去作用。一旦下雨，墻面斑駁變色，既影響美觀，也擋不住太陽熱量。”
費(fèi)紀(jì)鵬果斷改用更穩(wěn)定的無機(jī)材料，但關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于如何確保這種新材料在干燥和濕潤狀態(tài)下都能維持高反射性能。
從2022年初開始，他和團(tuán)隊(duì)其他成員一道投入大量精力，進(jìn)行機(jī)理研究和配方調(diào)試——查閱文獻(xiàn)、學(xué)習(xí)水泥化學(xué)知識、咨詢行業(yè)專家，并通過大量正交實(shí)驗(yàn)不斷優(yōu)化。
歷經(jīng)近8個(gè)月的反復(fù)探索和失敗嘗試，他們終于在2023年中設(shè)計(jì)出一種獨(dú)特的無機(jī)結(jié)構(gòu)方案，成功確保了材料在干濕狀態(tài)下的光學(xué)穩(wěn)定性。
“室外實(shí)驗(yàn)是最大的‘烤驗(yàn)’。”費(fèi)紀(jì)鵬回憶，許多個(gè)正午，烈日當(dāng)空，他們不得不在戶外調(diào)試關(guān)鍵樣品，緊盯被烈日炙烤的電腦屏幕讀取數(shù)據(jù)。熱浪翻滾，長時(shí)間暴曬脫水，令人幾近暈眩。
“但看到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)有進(jìn)展，就覺得值了?！辟M(fèi)紀(jì)鵬笑稱，“做實(shí)驗(yàn)像養(yǎng)小孩，成果露頭，再難也得守下去。太陽越大，實(shí)驗(yàn)場景反而越好?！睘槭占瘮?shù)據(jù)、驗(yàn)證效果，他們堅(jiān)持與高溫較勁，經(jīng)歷了長達(dá)幾年的室外“烤驗(yàn)”，冰咖啡就是他們每日的支撐。
然而，事情往往沒那么簡單，墻體開裂難題令他們頭疼不已。他們在實(shí)驗(yàn)室里調(diào)好的配方涂料，在新加坡的戶外條件下，一刷上墻，就因水分快速蒸發(fā)而裂開。
費(fèi)紀(jì)鵬分析，這主要是因刷墻時(shí)涂料表面積大增、水分蒸發(fā)太快而引起的毛細(xì)收縮應(yīng)力問題所致。為了解決這個(gè)問題，他靈機(jī)一動，用極細(xì)小的納米顆粒代替?zhèn)鹘y(tǒng)砂石。這些納米顆粒能像小海綿一樣“鎖住”一部分水分，精準(zhǔn)控制水分蒸發(fā)的速度。這樣一來，涂層在施工干燥時(shí)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，有效抑制了裂紋。
為驗(yàn)證這項(xiàng)技術(shù)在全球的應(yīng)用潛力與實(shí)際效果，在導(dǎo)師李宏的引薦下，他們與中國科學(xué)院長春光機(jī)所、沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)、美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校展開合作。
費(fèi)紀(jì)鵬和李宏主導(dǎo)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，積極溝通協(xié)調(diào)，韓頔深度參與實(shí)驗(yàn)與模擬，工業(yè)界友人王甦為研究提供寶貴的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)……費(fèi)紀(jì)鵬坦言：“沒有交流就沒有火花，正是這樣的碰撞推動研究穩(wěn)步前進(jìn)。”
最終，該研究取得成功！相關(guān)成果于2024年10月投稿Science，經(jīng)歷兩輪修改，2025年4月正式被接收，6月發(fā)表。頂刊的認(rèn)可，也為這場始于“不可能”的科研征程，畫上了漂亮的感嘆號！
相關(guān)成果發(fā)表于Science
產(chǎn)業(yè)鏈
目前，費(fèi)紀(jì)鵬團(tuán)隊(duì)開發(fā)的被動制冷涂料CCP-30在成本控制上也取得關(guān)鍵突破，預(yù)期成本低于商業(yè)涂料，且施工便捷。
費(fèi)紀(jì)鵬告訴《中國科學(xué)報(bào)》，當(dāng)前研發(fā)重點(diǎn)在于進(jìn)一步提升涂料對金屬等基材的黏附力，或開發(fā)配套的底漆。未來，該技術(shù)對降低建筑能耗、緩解城市熱島效應(yīng)、助力碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有實(shí)際意義。
為推進(jìn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，自2024年起，費(fèi)紀(jì)鵬專注于對接原材料供應(yīng)商和涂料代工廠，深入理解生產(chǎn)流程，積極應(yīng)對各種挑戰(zhàn)，嚴(yán)格篩選供應(yīng)商且持續(xù)優(yōu)化涂料配方。
經(jīng)過數(shù)次迭代，他們成功將實(shí)驗(yàn)室配方中的5種原材料拓展至12種，顯著提升了產(chǎn)品的施工簡易性、穩(wěn)定性。通過優(yōu)化比例，成本無顯著增加，他們實(shí)現(xiàn)了從“無法落地”到切實(shí)可行、從“毫無價(jià)值”到頗具價(jià)值的突破。
這一突破迅速扭轉(zhuǎn)了產(chǎn)業(yè)界的看法。當(dāng)初那家完全不看好他們的頭部建筑商，在實(shí)地驗(yàn)證后，對這款性能扎實(shí)的新型涂料的態(tài)度發(fā)生了180度大轉(zhuǎn)變——他們主動向費(fèi)紀(jì)鵬拋出合作的橄欖枝。從質(zhì)疑者到潛在伙伴，其態(tài)度的逆轉(zhuǎn)，也吸引了更多建筑企業(yè)的關(guān)注。
費(fèi)紀(jì)鵬告訴《中國科學(xué)報(bào)》，他與導(dǎo)師共同創(chuàng)立的Entropy Lab公司早前就已正式完成注冊。目前，該公司首款基于輻射制冷原理的涂料產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)商品化，計(jì)劃應(yīng)用于充電樁外殼、工業(yè)集裝箱，以及綠色建筑等方向。
費(fèi)紀(jì)鵬直言自己更看重中國完整的產(chǎn)業(yè)鏈、高效的協(xié)作環(huán)境以及廣闊的應(yīng)用場景?！霸谥袊?，南方建筑降溫、北方工業(yè)廠房節(jié)能都對新型材料有迫切需求，這是一項(xiàng)實(shí)實(shí)在在的節(jié)能工程、民生工程。”目前，他正積極與中國相關(guān)方接洽，尋求合作落地機(jī)會。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt3372
本文鏈接：http://www.enbeike.cn/news-8-6111-0.html研究被批“毫無價(jià)值”，“95后”博士生用重磅論文回應(yīng)
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