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昆明西门子一级代理商
产品时间:2020-11-23
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西门子的材料研究人员始终在寻找新的物质,以期藉以助力降低产品能耗。与此同时,他们也在探索能够尽量以一种可持续方式应用和回收原材料的途径。而新材料及早申请也是关键之举。

西门子的材料研究人员正在上演紧锣密鼓的寻宝之旅。他们知道只要找到少数一些元素,便足以敲开别有一番洞天的组合材料之门。不过他们也深谙速度是头等要旨。矿材资源有限,竞争对手们群雄逐鹿,都有风驰电掣之势。“谁的动作最快,谁就能拿到。”慕尼黑西门子中央研究院的Raquel de la Peña Alonso博士如是道。她负责管理该研究院的“高通量实验”(HTE)实验室。

在实验室中,机器人按照精确的比例来用料,生产出众多样品。然后由专门的程序对样品进行分析,从而测量出它们的具体属性,诸如熔点或导电性。由于同时可以进行120份样品的检测,这一过程比要由人工制成每份物质的方式提速20倍左右。此方案节约了时间、成本、人力和材料。

强大的照明。HTE实验室正在开发新型磷光体,譬如白色发光二极管(LED)中应用的材料。在LED中,蓝色发光芯片刺激表层的磷光体,从而产生白光。磷光体的发光强度和颜色取决于其成分和晶体结构。de la Peña Alonso目前正与西门子子公司欧司朗合作,寻求开发出新的磷光体,这些磷光体将更为高效,并且能够产生可以填补当前空白的颜色。在种种进展中,她和她的团队已经发现了一种新磷光体,其发出的光比其他材料的光更红。白色LED需要结合红光成分,才能发出温和的光线。de la Peña Alonso的努力结出了果实,欧司朗在眼下竞争激烈的LED市场中又多了几项在手,得益于这些成果,发光二极管所需的磷光体数量亦得以减少。

磷光体中还包含诸如铕元素等稀土元素。随着LED越来越多地应用于日常照明中,这些材料将来可能会成为紧俏之物。鉴于这一考虑,西门子中央研究院启动了一项研究计划,该计划旨在为此类材料的可持续利用开发相应策略。该计划探索的重要课题包括含有稀土元素钕和镝的永磁体。这些元素在多种领域中均有应用,风力涡轮机和电动机便是两例,在这些领域内,迅速的增长往往会带来供应端的瓶颈。正是出于上述考虑,在Thomas Scheiter博士的带领下,西门子中央研究院的“可持续材料”研究计划正在努力探索新的回收利用技术,研究不需要使用稀土元素的磁体,同时寻找能够评估产品的生产是否已经达到原材料用量最小化的方法。

与此同时,西门子目前还管理着由德国科教部(BMBF)资助的一个项目。在这个名为MORE的项目中,来自科研和工业领域的合作伙伴们携手合作,以期找到电机回收方面的解决方案。Scheiter团队中MORE 项目的负责人Jens-Oliver Müller博士介绍道,“电机中的铜得到了较好的回收利用,但是磁体仍然是被当成废品弃置。”鉴于这一现状,研究人员目前也在开发拆卸电机和分析其磁体质量的方法。根据磁体的质量状况,或者将其直接予以再利用,或者将其回炉,而后再制成新磁体。此外,项目成员们还在研究用以直接从磁体材料中提取稀土的化学工艺。

自2011年夏季以来,慕尼黑西门子中央研究院始终在研发不含稀土的永磁体,这是首开先河的探索。不同于传统磁体,这种磁体由用钴化合物制成的纳米级磁化棒构成。项目总监Gotthard Rieger博士将这种材料作为研究重点,因为其较之当前的铝镍钴合金不易发生磁性反转。但是利用这种材料制成的磁体在稳定性上则不及在原材料中加入了稀土元素的磁体。要克服上述缺点,增大磁体的体积不失为一种方法,因为体积变大意味着就可以采用磁性较弱的材料。Rieger提醒道,“但是要实现这个构想,不是一朝一夕的事。一则这种材料不仅要有良好的磁属性,还必须具有足够的热稳定性,才能应用到电动汽车中。二则更重要的是,我们需要开发出能够大规模生产这种材料的制造工艺。”

其他一些材料也可能会导致瓶颈的出现。西门子中央研究院的化学家Ute Liepold博士称,“铟和钨的供应可能很快就会捉襟见肘。”Liepold目前正在摸索评估产品原材料效率的方法。她希望根据三种因素来评估产品中所含的材料:材料的环境影响、供应可靠性及其对产品功能的重要性。此类评估可以综合为整体评估,以供进一步使用,比如用来比较各种电机及其磁体在原材料利用效率方面的优缺点。目前一系列材料的环境影响可以借助于现有工具进行评估,但针对另外两种材料的评估,仍有待于开发标准化的方法。

复杂的采矿工艺。若不考虑到采矿因素,任何针对特定稀缺材料的潜在应对措施的分析都算不上完整。有鉴于此,西门子与德国亚琛工业大学开展合作,截至2015年,将投资600万欧元作为9份博士论文的研究经费,这些论文的课题均集中在环保的稀土开采方法领域。由于这些物质在自然界中只是以多种稀土氧化物构成的混合物形式存在,因此其开采成为难题。这些物质首先要通过化学方法(例如利用酸)从矿石中提取出来,然后通过一系列熔炼工艺转化成金属。最后剩余的残浆对环境有极大的潜在危害,必须适当处理,而处理成本颇为高昂,正因如此,20世纪80年代的很多矿厂才纷纷闭门停业。

与德国亚琛工业大学的合作最初是由西门子工业自动化集团和驱动技术集团的高级技术与标准部门负责人Dieter Wegener教授所发起。Wegener开发出了根据环境影响和利润率评估“绿色”产品和解决方案的技术。

在研究项目的背景下,Wegener的团队将首次以“生态保护矩阵”(Eco-Care Matrix)的形式阐述从矿石到成品磁体的整个工艺链。Wegener解释道,“我们将探索在矩阵中能够发挥更好性能的工艺,因为有了这样的工艺以后,重新振兴荒废中的矿厂或开拓新矿藏便有了经济上的可行性。”这是降低对少数供应商的依赖的重要一步。据Wegener透露,从“生态保护矩阵”的角度看,此举还会使无齿轮风电机组和电机更加“绿色”,更为经济。

 

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