近日，纪念中国建材总院建院75周年“中岩杯”青年学术演讲比赛成功举办，活动以促进青年科技工作者守初心、担使命、做贡献为主线，旨在激励青年科技工作者汲取老一辈科学家的榜样力量，通过科技创新服务国家发展，为实现中华民族伟大复兴的中国梦贡献自身力量。小料带你一起看看吧~
三等奖
周建欣 中国建材总院北京分公司石英事业部助理工程师
演讲实录
作为总院北分石英事业部的一名研发工程师，自加入总院以来，我经历了一次深刻的专业跨越，也切身感受到“跨界融合”带来的挑战与惊喜。今天，我想以一名材料探索者的身份，邀请大家一起转动这把“神秘钥匙”，打开掺杂石英玻璃的世界。
石英玻璃以其优异的性能成为现代科技发展的重要基础材料，具有纯度高、光谱透过性好、化学稳定性强、热学性能优良等特点。根据制备工艺可分为石英砂熔制、化学合成、掺杂合成制备。
目前，遥感卫星、半导体等高端应用领域推动着石英玻璃材料朝着更高性能的方向发展。为满足更广泛领域的应用需求，我们在纯净无瑕的石英玻璃中撒入微量元素，让材料的性能瞬间拥有了七十二变的魔力：有的更耐高温，有的更抗辐照，有的则能把光“驯服”在微米之间。掺杂石英玻璃就像石英材料界的“盲盒”，每一次元素配比的重写都可能打开新世界的大门。
上世纪七十年代末，顾真安院士带领团队开展了相关掺杂理论与工艺技术的研究，已形成了基本完善的稀土掺杂理论和掺杂工艺技术，其中包括固相掺杂、液相掺杂和气相掺杂等各类掺杂技术，开发出了零膨胀石英玻璃、耐辐照石英玻璃等多种新材料，获得多项国家科技进步奖。
零膨胀石英玻璃材料具有热膨胀系数小、密度低、加工工艺性好和优异焊接性能等特性，是空间反射镜的理想材料。团队利用化工废弃物——四氯化硅和氢气，采用化学气相沉积掺杂技术，经过无数次的尝试与突破后，率先研制出了国内首件掺钛的低膨胀石英玻璃管。这种低膨胀石英玻璃材料是当时无机非金属材料中膨胀系数最低的石英玻璃材料。随后，2014年团队启动零膨胀石英玻璃块体材料的研制。
随着空间技术的发展，大口径、轻量化的空间反射镜对零膨胀石英玻璃块体材料提出了更高的性能要求，先前的工艺最多能做到直径300mm的材料制备。团队响应需求，2022年，在现有的合成车间，辟开了两台掺杂实验炉膛，我们几个刚入职的新员工在老师傅的带领下一次次改进实验、一次次拆炉装炉，车间里温度很高，每次进车间就是一身汗，出来时每个人都红光满面，但是看着文件夹中收集的关键数据、工艺改进后口径越来越大的原砣材料，每个人心里都充满成就感。功夫不负有心人，2023年，我们在国内率先突破了中小口径零膨胀石英玻璃材料的制备。
图1 零膨胀石英玻璃块体材料
我们持续推进产品技术迭代，目前可稳定生产大口径、膨胀系数优的零膨胀石英玻璃等材料，并不断取得新突破。公司已打通轻量化反射镜制备的全产业链，逐渐向下游产品靠近，在航天、强激光等领域已逐步推广应用，为各领域发展提供关键材料支撑，创造持续增长的经济与技术价值。
耐辐照石英玻璃材料具有高均匀、抗空间射线辐照等性能，作为航天飞行器姿态控制系统的窗口材料，可以防止紫外线透过，确保航天器的“眼睛”明亮。国内在该材料的研发与生产上曾是一片空白，面对重要空间应用材料零基础的情况，团队老中青三代科技工作者攻坚克难三十载，研制耐辐照石英玻璃，使其“从无到有”变为“从有到强”。
图2 耐辐照石英玻璃材料
当时主要面对两大考验，一是石英玻璃渗氦性能差，四面体“网兜状”结构，存在大量的网络空隙；二是金属离子掺杂导致色心的产生，影响石英玻璃的耐辐照性能。为解决以上问题，团队在高纯石英玻璃的制备基础之上，颠覆式改变工艺方式，把“卧式”化学气相沉积变为“立式”化学气相沉积，让玻璃“站着”变大变长，搭建了我国第一座立式沉积炉。通过合成石英玻璃结构、组分设计与调控，开发出抗激光和空间宇宙射线耦合辐照的合成石英玻璃材料。
耐辐照高纯石英玻璃产品作为激光陀螺仪的基材，可确保陀螺仪在极端环境中稳定运行，去年成功应用于神舟十九号载人飞船，并首次应用于嫦娥六号上升器，助力中国航天器遨游宇宙、迈向深空。未来，随着掺杂技术的深化和跨学科融合，掺杂石英玻璃的应用将渗透至量子、生物医学等前沿领域，通过新型石英玻璃材料的研制，突破性能瓶颈，满足国产替代与产业链安全需求。
今年是总院建院75周年，作为石英人的新血液，我将继续秉承“严谨、求实、团结、奋进”的精神，探索更高的性能、更环保的工艺，挖掘掺杂石英玻璃的潜力，用材料创造更美好的世界！
