這是一個(gè)致敬創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)者的時(shí)代，被雙創(chuàng)浪潮裹挾的個(gè)體，又引領(lǐng)著潮水前進(jìn)的方向。
在人才競(jìng)爭(zhēng)驅(qū)動(dòng)新一輪科技和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵當(dāng)下，時(shí)隔四年，光電工研院官方公眾號(hào)再度推出“舉燭銜光”人物專欄，講述平臺(tái)上明星創(chuàng)企的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)故事，以在追光之路上樹一個(gè)品牌，立一面旗幟，亮一盞明燈，能夠驅(qū)動(dòng)和指引更多光電子領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“破繭成蝶”。
舉燭銜光，持炬前行。燭火雖微，我們卻堅(jiān)信，它終有一天將匯聚成星辰大海。
本期“舉燭銜光”的主角，聚焦湖北賽格瑞新能源科技有限公司（下簡(jiǎn)稱“湖北賽格瑞”）董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理樊希安。
“總有一天，我們會(huì)把空調(diào)‘干掉’。”
2022年5月12日，鄂州市雙湖大道東湖高新科技創(chuàng)意城內(nèi)，湖北賽格瑞新能源科技有限公司（下簡(jiǎn)稱“湖北賽格瑞”）董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理樊希安信心滿滿地說(shuō)。
在他眼中，遲早將空調(diào)“干掉”的，是一項(xiàng)半導(dǎo)體熱電技術(shù)。
這一技術(shù)，是利用了半導(dǎo)體材料的珀?duì)柼?yīng)。1834年，法國(guó)科學(xué)家珀?duì)柼≒eltier）發(fā)現(xiàn)，在半導(dǎo)體材料碲化鉍的一端通電，它會(huì)把熱從一端帶到另一端，根據(jù)電流控制也可以把冷從一端帶到另一端，從而產(chǎn)生熱端和冷端，達(dá)到加熱與制冷的效果。
樊希安教授指導(dǎo)學(xué)生
讓手機(jī)保持恒溫 26℃
空調(diào)制冷，實(shí)際是空調(diào)壓縮機(jī)把熱空氣抽排到室外，通過物質(zhì)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。
“而半導(dǎo)體熱電技術(shù)，是通過材料內(nèi)電子的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。”樊希安介紹，相比于現(xiàn)在使用的空調(diào)需要加氟，利用半導(dǎo)體熱電技術(shù)做成的半導(dǎo)體制冷器（Thermo Electric Cooler，縮寫為TEC），不需要加其他物質(zhì)；空調(diào)壓縮機(jī)會(huì)有噪音，TEC全靜音、零排放；如今空調(diào)體積很大，TEC只要出風(fēng)口即可，體積估計(jì)只有如今空調(diào)的1/10。
“只不過，TEC現(xiàn)在只有空調(diào)近一半的能效?！彼硎?，“等能效提升了，就完全可以取代空調(diào)。這是我們最終想去做的事情，當(dāng)然它可能有很長(zhǎng)的路要去走，這取決于材料技術(shù)的發(fā)展。但是最終，它將顛覆整個(gè)空調(diào)、冰箱產(chǎn)業(yè)?！?/span>
令人驚喜的是，TEC已經(jīng)在很多領(lǐng)域發(fā)揮出了神奇效能。
2020年3月，小米科技創(chuàng)始人雷軍在其新品發(fā)布會(huì)上，發(fā)布了一款冰封散熱背夾，夾在手機(jī)上，能主動(dòng)制冷，可讓手機(jī)一分鐘降10℃。
“這個(gè)產(chǎn)品正是用的TEC，解決了手機(jī)打游戲、直播等場(chǎng)景易發(fā)燙的痛點(diǎn)?！狈０舱f(shuō)，他們也研發(fā)生產(chǎn)出這一TEC小芯片產(chǎn)品，不超過30毫米，快速導(dǎo)熱，讓手機(jī)保持恒溫26℃，正向國(guó)內(nèi)知名手機(jī)廠商小批量供貨。
在核酸檢測(cè)領(lǐng)域，對(duì)TEC產(chǎn)品需求量也非常大。
樊希安解釋說(shuō)，核酸檢測(cè)取樣后，即使是陽(yáng)性，所攜帶的新冠病毒量也非常小，檢測(cè)儀器不大容易發(fā)現(xiàn)。
如何讓病毒快速增多易檢測(cè)？有一種退火技術(shù)，迅速加熱再迅速制冷，10 秒鐘從10℃升到90℃，又10秒鐘從90℃降到10℃，如此來(lái)回多次，病毒就能快速繁殖，提升濃度。“快速升溫、降溫，用的也是TEC?！?/span>
還能做成防護(hù)服空調(diào)。炎熱的夏天，工作人員穿著厚重的防護(hù)服進(jìn)行核酸檢測(cè)，極易引發(fā)中暑。通過電池給TEC芯片充電，就能讓防護(hù)服內(nèi)保持26—28℃，極大改善舒適度。
在醫(yī)療激光美容領(lǐng)域，激光瞬間溫度非常高，在激光頭上裝上TEC產(chǎn)品，就能瞬間降溫。
光模塊溫控芯片成品
為 5G 光模塊 0.1℃精準(zhǔn)控溫
微型半導(dǎo)體制冷芯片 -Micro-TEC
一塊2毫米×2毫米的Micro-TEC（微型半導(dǎo)體制冷）芯片，用特殊黏合劑與散熱器固定，一臺(tái)簡(jiǎn)易的半導(dǎo)體空調(diào)開始制冷。室溫28℃，不一會(huì)兒，溫度表顯示已降至6℃。
“這款自主研發(fā)的芯片，是給5G光通信器件精準(zhǔn)控溫用的?！狈０舱f(shuō)，5G光通信器件對(duì)溫度非常敏感，超過0.1℃的溫度波動(dòng)，就足以導(dǎo)致激光波長(zhǎng)漂移，影響光輸出功率，從而影響網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)的穩(wěn)定，“它一般要求0.1℃的精準(zhǔn)控溫，如今我們實(shí)驗(yàn)室水平可以達(dá)到0.01℃精準(zhǔn)控溫?！?/p>
為實(shí)現(xiàn)狹小空間內(nèi)的光器件制冷和精確控溫，搭載Micro-TEC芯片是目前全球唯一解決方案。
然而，Micro-TEC芯片一直為國(guó)外所壟斷，我國(guó)長(zhǎng)期從美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)進(jìn)口。
“2019年，我們還在羨慕日本一家公司生產(chǎn)的芯片可以做到4毫米×4毫米，當(dāng)時(shí)我們只能做到6毫米×6毫米。通過技術(shù)攻關(guān)，如今我們最小已經(jīng)可以做到2毫米×1.8毫米了，基本上摸到了這個(gè)行業(yè)的頂端。”樊希安說(shuō)。
一塊2毫米×1.8毫米的Micro-TEC芯片，主工序39道，輔助工序100多道，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，都可能前功盡棄。
為尋找一種固定晶體材料的黏合劑，樊希安團(tuán)隊(duì)買來(lái)市場(chǎng)上的50多種膠水，經(jīng)過近一個(gè)月的反復(fù)比較試驗(yàn)，才找到一種最合適的。
這種微型芯片精度要求5微米，為精準(zhǔn)制造，團(tuán)隊(duì)自制了幾十套模具，反復(fù)試驗(yàn)才獲成功。
2022年1月18日，第六屆中國(guó)光谷3551國(guó)際創(chuàng)業(yè)大賽全球總決賽上，樊希安團(tuán)隊(duì)的“5G光模塊用Micro-TEC芯片的產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目獲特等獎(jiǎng)，一舉摘得冠軍，拿下百萬(wàn)元大獎(jiǎng)，同時(shí)獲得最高1000萬(wàn)元“3551光谷人才計(jì)劃”創(chuàng)業(yè)人才無(wú)償資金配套支持。
“為了這一天，我已經(jīng)奮斗了整整18年！”獲獎(jiǎng)那天，樊希安難掩激動(dòng)。
“逆向”出口國(guó)外
2004年，樊希安進(jìn)入華中科技大學(xué)攻讀博士，從此投身半導(dǎo)體熱電技術(shù)研究。
攻讀博士期間，他在美國(guó)核心期刊《合金化合物》發(fā)表論文，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)發(fā)表封面文章，他的博士論文獲得全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文提名獎(jiǎng)，也是華中科技大學(xué)材料學(xué)院第一次獲此殊榮。
2009年，樊希安到武漢科技大學(xué)任教。平淡的教研生活中，他一直潛心研究半導(dǎo)體熱電技術(shù)?！安牧弦獜淖罨A(chǔ)的原理，從分子、原子研究起，所以它的周期是很長(zhǎng)的，冷板凳的時(shí)間很長(zhǎng)，一般人是耐不住這個(gè)寂寞的?！?/span>
2012年、2017年，樊希安帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)相繼在蘇州、鄂州進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化，分別成立蘇州賽格瑞、湖北賽格瑞，一步步把產(chǎn)品“催熟”。
“經(jīng)過18年努力，我們終于把實(shí)驗(yàn)室的樣品變成了一個(gè)個(gè)產(chǎn)品，形成了最底層的基于半導(dǎo)體材料的三大核心技術(shù)?！狈０舱f(shuō)，這三大核心技術(shù)分別是放電等離子體燒結(jié)技術(shù)、塑性變形技術(shù)和晶圓級(jí)封裝技術(shù)，讓材料的熱電轉(zhuǎn)換效率提升約30%，強(qiáng)度提高了四五倍，封裝效率提高了約5倍，“如今，我們的產(chǎn)品基本能跟國(guó)外的媲美，某些指標(biāo)我們甚至還更好。”
因?yàn)槠焚|(zhì)過硬，2020年，湖北賽格瑞開始向日本、美國(guó)等國(guó)出口TEC材料，公司終于開始進(jìn)賬，當(dāng)年收益約200萬(wàn)元。
以往，我國(guó)從國(guó)外進(jìn)口的TEC材料，價(jià)格為每噸180萬(wàn)元至200萬(wàn)元。如今，湖北賽格瑞出貨價(jià)約為90萬(wàn)元/噸，降價(jià)近一半，打破了國(guó)外的暴利壟斷。
TEC芯片越來(lái)越小，對(duì)TEC材料的性能要求卻是越來(lái)越高?！癟EC材料尺寸越大，強(qiáng)度越高、意味著晶圓切割越靈活，材料利用率越高，芯片的成本越低?！?/span>
湖北賽格瑞公司展廳內(nèi)，擺放著一長(zhǎng)150毫米、寬30毫米、高30毫米的 TEC材料，看起來(lái)如灰鐵一般，“這是SPS技術(shù)生產(chǎn)的全球最大的TEC材料?！狈０舱f(shuō)。
銅基板制冷芯片 -TEC
體溫給手表發(fā)電
塞貝克效應(yīng)基本原理
這種半導(dǎo)體材料的神奇之處，除了通電能產(chǎn)生溫度差外，逆向也成立。也就是說(shuō)，給這種材料提供溫度差，它還能發(fā)出電來(lái)。
1821年，法國(guó)科學(xué)家塞貝克（Seebeck）發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，所以被稱作塞貝克效應(yīng)。
“應(yīng)用上就更讓我們腦洞大開了?！狈０舱f(shuō)，可以利用人體體溫來(lái)發(fā)電。像如今流行的可穿戴設(shè)備，包括手表、手環(huán)等，里面都需要裝上電池。如今，裝上TEC芯片，利用人體和穿戴設(shè)備的溫度差，就能發(fā)電給穿戴設(shè)備供電了，“這些設(shè)備就再也不用安裝電池了，去野外探險(xiǎn)等場(chǎng)景也不用擔(dān)心續(xù)航了?！?/span>
在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，萬(wàn)物互聯(lián)，需要眾多傳感器，探測(cè)到數(shù)據(jù)后，通過5G或者4G信號(hào)無(wú)線傳輸?shù)狡脚_(tái)。傳感器需要充電，但是在發(fā)電廠、鋼鐵廠等高溫行業(yè)，環(huán)境溫度高，如果傳感器裝上鋰電池很可能會(huì)爆炸，風(fēng)險(xiǎn)極高。“如今裝上TEC芯片，傳感器就不用加裝電池，環(huán)境溫度就可以轉(zhuǎn)化為電能供電。”樊希安說(shuō)，目前他們已經(jīng)做出了樣機(jī)。
在節(jié)能領(lǐng)域，TEC芯片可將余熱回收，直接發(fā)電。眼下，湖北賽格瑞在湘潭鋼鐵廠和酒泉鋼鐵廠，進(jìn)行兩項(xiàng)示范工程，余熱回收發(fā)電直接供企業(yè)使用，大大節(jié)約了能源?！斑@將是一個(gè)無(wú)限大的市場(chǎng)。”
“現(xiàn)在，我們特別想給牧民做一個(gè)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。”樊希安介紹，甘肅、新疆、內(nèi)蒙古等地的牧民，冬季時(shí)間長(zhǎng)，在游牧過程中用電、取暖比較困難。用一個(gè)類似鍋的裝置聚光，聚光點(diǎn)下放置TEC芯片，就能發(fā)電，用來(lái)照明、取暖、供熱水，將極大地改善牧民的生活條件，“現(xiàn)在成本有點(diǎn)高，待技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化、成本大幅下降以后，就能大面積推廣了?！?/span>
TEC 芯片將手指余溫轉(zhuǎn)化為電能，讓小燈泡發(fā)光
“感覺要爆發(fā)了”
2022年5月，湖北賽格瑞啟動(dòng)新一輪融資，計(jì)劃融資3000萬(wàn)元，機(jī)構(gòu)報(bào)名踴躍。
此前，湖北賽格瑞已獲得華工創(chuàng)投領(lǐng)投的2500萬(wàn)元投資。整個(gè)TEC研發(fā)生產(chǎn)項(xiàng)目，湖北賽格瑞計(jì)劃融資1.5億元。
“現(xiàn)在我們天天在趕貨，產(chǎn)品供不應(yīng)求，訂單已經(jīng)排到兩個(gè)月之后了，感覺要爆發(fā)了?！狈０差A(yù)計(jì)，2022年湖北賽格瑞銷售收入將達(dá)3000萬(wàn)元，計(jì)劃5年左右銷售突破5億元。
2022年，湖北賽格瑞已形成50噸TEC材料、200萬(wàn)只Micro-TEC芯片、200萬(wàn)只常規(guī)CTEC芯片的產(chǎn)能，產(chǎn)值近8000萬(wàn)元。
“發(fā)展過程中，公司和我都在轉(zhuǎn)型。”樊希安坦言，“以前，我只想做別人不能做的技術(shù)，覺得很?！，F(xiàn)在，我也在變，哪個(gè)有需求我就做哪個(gè)，從一個(gè)科研工作者向企業(yè)家在轉(zhuǎn)變。對(duì)公司而言，以往是以技術(shù)驅(qū)動(dòng)為主，如今的戰(zhàn)略是以市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)與管理驅(qū)動(dòng)為主。”
他以C- TEC常規(guī)芯片為例，“很多人都可以做，我們通過技術(shù)優(yōu)勢(shì)、自動(dòng)化智能生產(chǎn)，把成本降下來(lái)，形成更優(yōu)的性價(jià)比，更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?！?/span>
常規(guī)發(fā)電芯片 -TEG
微型制冷芯片 -TES
同時(shí)，湖北賽格瑞正往價(jià)值鏈高端布局，盡量少賣TEC原材料，而是做成芯片銷售。
目前，Micro-TEC高端芯片全球消費(fèi)量約7000萬(wàn)只，市場(chǎng)份額40億元人民幣。
“武漢光電工業(yè)技術(shù)研究院可以說(shuō)是雪中送炭?！狈０步榻B，光電工研院不僅給他們提供辦公場(chǎng)所，還孵化扶持，提供一條光通信配套的中試線，“我們研發(fā)時(shí)80%都跟得上，如果自己投資可能需要上千萬(wàn)元，將大大加速我們的研發(fā)進(jìn)程。”
研發(fā)在光谷、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)在鄂州，18年磨一劍，湖北賽格瑞又邁上新征程。
“一致性、可靠性、成才率、成本控制，我們還有好多事情要做。如何創(chuàng)新制造一個(gè)全球成本最低、性能最好的產(chǎn)品，這是我們的夢(mèng)想?！狈０舱f(shuō)，“把空調(diào)取代，這個(gè)也許需要30年至50年，也許我這一輩子也實(shí)現(xiàn)不了，但我們將一直努力?！?/span>
