带领团队打破国外“黄金薄膜”垄断，这位青年科学家是如何做到的？“黄金薄膜”又在那些领域发挥作用?

人物名片——张步峰

张步峰，博士，正高级工程师，全国绝缘材料标准化委员会委员，中国电工技术学会高级委员，湖南省聚酰亚胺薄膜工程技术研究中心主任。曾获得“中国中车首届核心技术专家”“中国中车劳动奖章”“湖南省创新领军人才”等荣誉，主持了十余项国家省部级科技攻关项目和多项国防科技攻关项目，率领团队历时10余年攻克了高性能聚酰亚胺薄膜的材料设计、制备工艺和装备系统集成设计等一系列基础科学问题和工程关键技术，获得授权发明专利30余项，其中核心专利获得中国发明专利奖银奖，打破了西方长期垄断，摆脱了我国高端工业和国防战略装备关键聚酰亚胺材料受制于人的局面。

在渌口区南洲镇的丘陵山间，有一家打破国外“卡脖子”的科技企业，它便是株洲时代华鑫新材料技术有限公司（简称株洲华鑫）。

株洲华鑫的产品是一张薄薄的“膜”，可别小看这“薄膜”， 上天能助力航空飞行，下地能护航高铁飞驰，是当前世界上性能最好的有机高分子绝缘薄膜材料之一，它就是高性能聚酰亚胺薄膜（简称PI膜），也被称为“黄金薄膜”。

实现“黄金薄膜”国产化的领军者便是张步峰。他和他的团队，数年如一日，不畏艰难，不仅建成国内首条化学亚胺法PI薄膜生产线，实现高性能PI薄膜的国产化，更让“中国薄膜”走出国门，有实力与国外PI企业掰一掰手腕。

黄金薄膜

PI薄膜是目前世界上性能最好的薄膜类绝缘材料，具有优良的力学性能、电性能、化学稳定性以及很高的抗辐射性能、耐高温和耐低温性能(-269 ℃至＋400℃)。已广泛应用于航空、航海、宇宙飞船、火箭导 弹、原子能、电子电器工业等多个领域。

随着PI薄膜更多的应用被开发出来，下游需求释放推动了 PI 薄膜行业在亚洲的兴起，东丽杜邦、台湾达迈科技、韩国 SKPI 依次实现量产。相比之下，我国 PI 薄膜起步较晚，产业化进程发展较缓慢，在高端电工绝缘、电子等其他应用领域的产业化能力较弱，能够自主掌握高性能 PI 薄膜完整制备技术的企业数量相对较少。以至于在过去很长一段时间里，我国高性能 PI 薄膜严重依赖进口，国内的PI 薄膜生产企业，产能规模多在百吨上下，主要应用于低端市场，而中国每年需要进口约 5000 吨的高端材料。

聚酰亚胺复合材料行业和PI薄膜行业有什么不同？

很多复合材料平板性能是很好的，但是做构件无法实现，这几年的应用，其需求量是数量级的增长，虽然目前量还很小，国内热固性树脂不到10吨的产能，但是其制备的复合材料产值则数亿元之多，是典型的高附加值行业，同PI薄膜行业具有很大的不同。

上述这些成就都是基于树脂的分子结构设计所取得的，而不是像PI薄膜行业60%-70%的成就来自于先进的设备和工艺参数，因为所有涉及薄膜行业的树脂分子结构都是公开透明的。

“黄金薄膜”被美国“卡脖子”

在株洲华鑫生产车间，总经理兼首席专家张步峰指着生产线上正在生产的一种金色、透明、极薄的膜，语带骄傲地说，“这就是我们研发出来的打破美国垄断的国产化‘黄金薄膜’。”

说起“黄金薄膜”，不得不提一段“卡脖子”历史。

时间倒退到10多年前，那时的中国轨道交通产业正进入快速发展阶段，中国高铁技术发展速度国内外瞩目，“和谐号”“复兴号”相继出炉，荟萃诸多自主创新成果，很多“绝技”属于世界首创。

但中国造得出大高铁，却要进口小玩意。如高铁列车电机里的“黄金薄膜”，便要从美国杜邦公司进口。

“黄金薄膜”薄如蝉翼，仅有15—20微米，一根头发丝大小，在零下269℃-400℃的温度范围内，具有稳定而优异的物理、化学、电学和力学性能，是一种很关键的绝缘材料。

过去50年里，高性能PI膜一直被美国杜邦公司垄断，“一膜贵求、一膜难求”的局面严重阻碍了我国轨道交通产业的发展。

“可以毫不夸张地说，2010年以前，中国制造多少高铁列车，取决于美国杜邦公司给多少‘黄金薄膜’。”张步峰说，我们从杜邦购买高性能PI膜，不仅要出高价，还要提前6个月报计划，并付完全款，甚至6个月后不能保证拿到货。

伴随着中国轨道交通产业对“黄金薄膜”的需求量日益增加，突破美国的技术垄断，已经刻不容缓。

“我们跟杜邦公司谈判过，希望能在中国合资建厂，但被杜邦公司拒绝。”张步峰说，真正的核心技术靠“化缘”要不来、花大价钱也买不到，只有坚持自主创新，才能实现关键技术的国产化，才能不受制于人。

于是，2010年，刚刚博士毕业的张步峰，决心打破美国的技术垄断，带领团队投入到高性能聚酰亚胺薄膜项目攻关之路。

破解困扰化工行业50余年的难题

高性能聚酰亚胺薄膜项目攻关之路荆棘重重。

“我们一开始就走了弯路。”张步峰介绍，PI膜的主要合成工艺有两种：一种是热亚胺法，另一种是化学亚胺法。国内制造PI膜都是采用热亚胺法，张步峰的团队最初选择的技术路线也是热亚胺法，等到2013年建成生产线后，发现热亚胺法生产的PI膜，品质并不稳定，产品性能也偏低，与高铁列车所需的高性能PI膜，存在一定差距。

于是，张步峰带领团队立即转变研究方向，投入到PI膜化学亚胺法生产工艺的研究当中。

PI膜化学亚胺法生产工艺的突破谈何容易。一要面对美国杜邦公司的专利“围剿”，二要从零开始，研发具有自主知识产权的工艺。

“前方已经没有路了，我们必须闯出一条路来。”张步峰如是说，也如是做，哪怕前方困难重重，他和他的团队只顾一路兼程。

从材料设计，到制备工艺，到装备系统集成设计，再到装备系统调试......张步峰和他的团队都是摸着石头过河，一点一点去试，一点一点去改进，没有经验可以借鉴。

尤其是2016年、2017年两年，高性能聚酰亚胺薄膜项目攻关到了关键时刻，即装备系统集成设计和调试。设备的每一个环节，只能靠估靠算，以及没日没夜的发现问题和解决问题。那时候，张步峰每天要面对海量的数据，工作到凌晨4点是常态，甚至有三四个月，每天只能睡不到两个小时，他的头发也在那时斑白了三分之一。

功夫不负有心人。

经过8年多的努力，张步峰和他的团队，攻克了配方技术、制膜工艺和生产线装备等一系列难题，于2017年底，建成了国内首条化学亚胺法PI薄膜生产线，成功实现了高性能PI膜实现了“中国制造”，破解了困扰国内高分子化工行业50余年的难题。

“中国薄膜”走出国门

进入PI膜领域，张步峰发现，该膜除了用于轨道交通产业，凭借其耐高温、电绝缘等诸多特性，也广泛用于5G、电子信息、航空航天、新能源汽车等高科技领域，尤其是近年来越来越智能化的手机终端，高性能PI膜是必不可少的材料。

张步峰和他的团队在开发出高性能PI膜生产一号线之前，韩国三星相关负责人找到了他所在公司，原来三星手机也饱受美国杜邦“卡脖子”之痛，全世界寻找高性能PI膜生产方。

“当时，三星不仅找了我们，也找到了韩国SKC公司，看谁能率先突破高性能PI膜制造工艺。”张步峰说，最终，我们率先实现高性能PI膜的量产，经过批量试用，产品品质达到了美国、日本同类产品水平，凭借其性能优良、性价比高，赢得了韩国三星的青睐，成为三星旗舰手机Galaxy S10系列的PI膜独家供应商，在国外引起很大的轰动。

“与三星的合作，给我们打开了一扇大门。”张步峰说，这不仅标志着我们生产的PI薄膜成为国内薄膜行业五十年来第一个获得国内外主流终端认可的PI品牌，也为公司架起了一座与电子终端直接联系的桥梁。此后，华为、荣耀、OPPO、VIVO、小米等手机终端厂商纷纷找上 门来。

伴随着高性能PI膜需求的提升，此后数年，株洲华鑫新材料技术有限公司的出现，以及第二条高性能PI膜生产线的出炉，让株洲华鑫的高性能PI膜年生产能力达到1000吨，其市场份额不断攀升，成功取代国外同类产品的同时，更让“中国薄膜”走出国门，有实力与外国同行掰一掰手腕。

伴随着5G技术、超大规模集成电路制造与封装等高新技术的发展，国内外对高性能PI膜的需求日益增加，市场潜力巨大。为了满足市场需要，株洲时代华鑫未来将继续扩大产能，将PI薄膜的年产能提升到3000吨，实现规模效应的同时，积极向下游渗透，以满足国内外高尖端技术产业PI薄膜需求。

说起株洲，张步峰不仅自豪，而且感恩。他说是株洲这片科技热土，让他有了施展才华的天地，才能十年磨一剑，打破国外高性能PI膜的“卡脖子”，建成了国内首条化学亚胺法PI薄膜生产线，让他能够站立在科技前沿，用科学之火点燃株洲“制造名城”之光。

PI薄膜应用在哪些领域以及有什么优势

1、 风力发电

PI薄膜具有优异的耐摩擦以及耐高温长期工作可达290°C左右，短期可达500-600°C。在风力发电领域中，使用PI薄膜做发电机，借助电吹风的风力，通过薄膜之间的摩擦产生的电能，风力大摩擦大也不会磨损PI薄膜，还能够瞬间同时点亮发光二极管。

2、 航天航空

聚酰亚胺（PI）薄膜不仅具有优良的机械电气特性，而且还具有良好的耐高、低温性能，特别是抗辐射能力。在航天航空领域中发挥着重要作用，例如在航天器中的太阳能电池及用作各种保温部件，遥感摄影以其显示器件和众多电子装置元件等，PI薄膜良好的性能还可以加强航天器抗击太阳风暴的能力中起到重要作用。

3、 PI薄膜柔性线路板

PI具有优异的韧性、良好的尺寸稳定性，在高温下还具有突出的介电性能、机械性能、耐辐射性能。制成的PI薄膜柔性线路板能够自由弯曲、配线密度高、厚度薄等特点，因此满足电子产品小型化和移动要求唯一解决办法。

PI薄膜还能够应用于许多领域的关键元件，聚酰亚胺（PI）薄膜的性能一直都位于高分子材料金字塔的顶端，素有“黄金薄膜”之称，同时也是国家战略性的基础材料，产业链转型升级的重要支撑材料。

文章来源： 正浩特塑苏小小，新材云创，株洲日报