超硬材料網

于盛旺（右二）在實驗室

山西煤層氣資源豐富，碳年儲量和產量均占全國90%以上。這么多的煤層氣為什么不能用來有效降低生產成本？

于是，于盛旺開始嘗試用煤層氣來合成金剛石，這也是金剛石制備領域的一次全新嘗試。

“企業的誘惑力確實比較大，但如果去了企業，做的可能只是一些技術改造工作，而在學校，我可以做一些原創性的研究。況且，我曾經在太原讀過書，太原理工大學擁有和諧包容的氛圍，在這里我能做自己喜愛的科研工作。”于盛旺說。

一間鍋爐房改造的實驗室、8萬元項目啟動資金、歷時6年艱苦攻關、首創煤層氣人工合成金剛石……

近日，山西新碳超硬材料科技有限公司宣布成立，這標志著太原理工大學“煤層氣生產金剛石”項目正式進入運行階段。

該項目負責人、太原理工大學教授于盛旺告訴《中國科學報》：“我們現在做一克拉金剛石最低端產品需要10立方米的煤層氣，約30元左右；一克拉金剛石按最低價可賣近200元，等于漲了6倍。”

更重要的是，“煤層氣生產金剛石”項目為山西煤層氣資源找到了一個“論克拉賣的價值鏈”。

一次全新嘗試

金剛石是自然界最堅硬的物質，有著眾多優異性能，被譽為“21世紀戰略性材料”。

由于國內人工合成技術落后，國外實施高端產品封鎖，我國把自主研發合成金剛石作為打破國外壟斷的戰略攻關項目。

2012年，于盛旺從北京科技大學獲得博士學位。

當時，好幾家單位向他拋出了橄欖枝，其中一家企業甚至開出了400萬元科研經費、30萬元安家費、24萬元年薪的條件，但他對此無動于衷，并最終選擇了太原理工大學。

談及當初的選擇，于盛旺表示：“企業的誘惑力確實比較大，但如果去了企業，做的可能只是一些技術改造工作，而在學校，我可以做一些原創性的研究。況且，我曾經在太原讀過書，太原理工大學擁有和諧包容的氛圍，在這里我能做自己喜愛的科研工作。”

當年，太原理工大學只能給于盛旺提供8萬元的啟動經費，這些錢購置一些設備后所剩無幾。

入職后，于盛旺與10余位志同道合的老師一同創建了超硬材料實驗室，將學校曾經的一間鍋爐房改造成項目組的實驗室。

“也許在別人看來覺得比較艱苦，但我覺得鍋爐房挺好，可以裝一些大設備，做工藝性的實驗。”于盛旺這樣告訴記者。

當時做實驗用的原料氣體價格昂貴，為了省錢，于盛旺騎著自行車跑遍整個太原找原料。

“有一次調研，我看到山溝里全是礦井，礦井地下的瓦斯氣體主要成分就是我們做金剛石的一個原料氣。”這一偶然發現觸動了于盛旺。

山西煤層氣資源豐富，碳年儲量和產量均占全國90%以上。這么多的煤層氣為什么不能用來有效降低生產成本？

于是，于盛旺開始嘗試用煤層氣來合成金剛石，這也是金剛石制備領域的一次全新嘗試。

一條轉型路子

“于盛旺團隊的實驗室在晚上八九點依然燈火輝煌，周末他們也經常加班。為了節約開支，這個團隊還自己模擬計算，定制零部件，回來動手組裝，這樣既做出了設備也打磨了工藝。”太原理工大學材料科學與工程學院黨委書記唐賓回憶道。

功夫不負有心人。

2014年，于盛旺團隊設計制造出一套能夠長時間連續生產的第一代高功率微波等離子體化學氣相沉積金剛石生產裝置，使煤層氣成為金剛石生產的電力燃料氣和反應原料氣，反應后的低碳尾氣再次成為電力燃料助燃氣，實現了煤層氣的閉環應用。

據介紹，與國際上同類裝置相比較，該裝置具有結構簡單、容納功率高等諸多優點，裝置制造成本低，僅為同類進口裝置的幾分之一，而生產同類別金剛石的效率卻提高了2～4倍。

為感謝學校的知遇之恩，于盛旺團隊將該裝置以太原理工大學的英文縮寫TYUT命名，該裝置及相關技術獲得了國家發明專利授權。

2015年底，于盛旺團隊在國內率先制備出電子級金剛石膜產品并實現其在特殊領域的自主應用，徹底打破了國際技術壟斷和產品禁運，使太原理工大學成為國內唯一、國際第二家能夠生產該類產品的單位。

太原理工大學黨委書記吳玉程2017年上任后做的第一件大事就是，組建金剛石合成與產業化應用團隊，以建設碳材料工程研究中心平臺為載體，推動金剛石等一批科研項目加速成果轉化和產業化。

太原理工大學校長、中國工程院院士黃慶學也在學校早期特批600萬元專項經費的基礎上，多方聯系促成于盛旺團隊項目的轉化應用。

2018年，山西省省長樓陽生在太原理工大學調研時，對金剛石項目大加贊賞，當即決定從省長特別經費中拿出600萬元，支持團隊進一步完善研發條件，并要求盡快實現技術本地轉化，為山西煤炭能源工業可持續發展探索出一條升級轉型的路子。

一項創新成果

2018年，在各方推動下，太原理工大學與陽煤集團正式簽署“煤層氣生產金剛石”項目合作協議。此后，雙方又為此做了大量工作、付出了不懈努力。

“今年五一小長假、端午假期以及目前的暑假，雙方相關領導和科研人員都沒有休息，在忙著項目落地轉化的事情，針對金剛石項目進一步研發共建的超硬材料聯合實驗室即將掛牌。”太原理工大學具體負責該項工作的副校長樹學峰告訴記者。

本文開頭提到的山西新碳超硬材料科技有限公司，就是由太原理工大學和陽煤集團基于雙方的項目合作協議而聯合成立的科技創新企業，旨在加速“煤層氣生產金剛石”項目的產業化和推廣應用，也標志著這一重大創新成果最終將在本土實現轉化。

樹學峰介紹，以新碳科技公司成立運行為新起點，校企雙方將進一步充分發揮校企聯合優勢，共同對技術、資金嚴格把關，共創互補、互惠、共贏的新局面，促進太原理工大學更多科技成果實現產業化，加速山西煤炭的綠色清潔高效利用。 

記者在采訪中獲知，太原理工大學已破格聘任于盛旺為教授。此舉既是對于盛旺等研發型人才的充分肯定，也激發了科技人才和學科團隊服務地方轉型發展的內生動力。

太原理工大學科研院負責人告訴記者，為了使更多科技成果加速轉化，太原理工大學還成立了山西首家技術轉移公司，努力為成果產出與轉化、學術團隊與創新人才培養、畢業生就業等提供服務。

據介紹，除了“煤層氣生產金剛石”項目，太原理工大學的“雙氣頭多聯產系統”“采掘用裝備數字化集成設計及虛擬監測技術與系統”“民用潔凈焦炭生產關鍵技術及應用”“地溝油一步法連續生產煤浮選藥劑”等項目也已得到廣泛應用或正在加緊研發轉化。