氣凝膠陶瓷功能材料——霧化芯的迭代技術(shù)
大空間消殺、醫療美容、消費類(lèi)電子霧化器……隨著(zhù)使用場(chǎng)景越來(lái)越豐富,電子霧化產(chǎn)業(yè)正逐漸成為一個(gè)新千億級市場(chǎng)。
作為電子霧化器最核心的部件,霧化芯一直以來(lái)是中國電子霧化行業(yè)的“兵家必爭之地”,推動(dòng)著(zhù)一輪又一輪的科技創(chuàng )新和行業(yè)變革。
迭代,一直在霧化芯技術(shù)上發(fā)生。從最早的玻纖芯到電阻絲棉芯直至陶瓷霧化芯,霧化芯經(jīng)歷了數次更迭,對發(fā)熱均勻度、陶瓷強度及陶瓷霧化能效的要求不斷提高。然而,目前市面上主流的陶瓷霧化芯普遍面臨一系列問(wèn)題:
首先,足夠的導油能力需要較大的氣孔率和較小的陶瓷纖維孔徑,但會(huì )影響陶瓷霧化芯的強度;另一方面,為了保證口感,又需要足夠小的陶瓷纖維孔徑,現有陶瓷材料難以達到這種平衡。此外,陶瓷燒結和表面的金屬化方法在實(shí)現過(guò)程中也面臨諸多技術(shù)挑戰……
面對這些痛點(diǎn),新入局的企業(yè)正不斷銳意求新、探尋突破。
記者留意到,位于“霧谷”深圳的紫荊未來(lái)科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“紫荊未來(lái)科技”)提出最新技術(shù)概念——SiC氣凝膠陶瓷霧化芯(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“氣凝膠陶瓷霧化芯”),正憑借強大的科研實(shí)力成為霧化領(lǐng)域下一個(gè)值得關(guān)注的企業(yè)。
氣凝膠陶瓷制備+芯材燒結
造就國際首款氣凝膠陶瓷霧化芯
目前,紫荊未來(lái)科技正聚焦于深入研究新材料前沿技術(shù)及霧化技術(shù),將新材料新技術(shù)應用到各個(gè)霧化場(chǎng)景。其中,氣凝膠陶瓷功能材料則是該公司近幾年研發(fā)的重要成果。
國際首款SiC氣凝膠陶瓷霧化芯
“我們研發(fā)的國際首款氣凝膠陶瓷霧化芯,將為霧化芯產(chǎn)品帶來(lái)全新技術(shù)概念。這款霧化芯可采用整面鍍層電極技術(shù)取消印刷電極,發(fā)熱均勻穩定、發(fā)霧霧滴D90直徑<1.65μm?!弊锨G未來(lái)科技創(chuàng )始人吳海明表示。
氣凝膠陶瓷霧化芯,何以成為下一個(gè)霧化芯高地,引領(lǐng)行業(yè)邁向新的發(fā)展階段?帶著(zhù)這樣的疑問(wèn),記者來(lái)到位于深圳龍崗區紫荊未來(lái)科技辦公室,向吳海明詳細地了解氣凝膠陶瓷霧化芯背后的五大核心技術(shù):
“現階段,氣凝膠陶瓷芯取得的革命性突破,很大程度上依賴(lài)于氣凝膠陶瓷制備技術(shù)?!彼榻B道,“傳統的霧化技術(shù)需要采用蠟進(jìn)行造孔,傳統陶瓷芯燒結后的氣孔都像蚯蚓狀彎曲,這就導致了孔隙不一致和掉粉問(wèn)題,口味還原不好、漏油和粉末易析出。而紫荊未來(lái)科技掌握的氣凝膠功能陶瓷技術(shù),其燒結后的孔隙都是直列式,孔隙率可高達85%。就像是三車(chē)道變成了八車(chē)道一樣,煙油的流通性大幅提高。同時(shí),還可以通過(guò)關(guān)閉部分氣孔來(lái)減少煙油流通,也就意味著(zhù)我們可以根據需要靈活調整?!?/div>
其次,是芯材燒結增強技術(shù)。目前市面上的陶瓷芯到65%的氣孔結構已是極致,氣孔率再高就脆了、不成形了,容易燒壞、燒塌。氣流就像是霧化器的油門(mén),氣流越大意味著(zhù)瞬間升溫就越快,氣流越小意味著(zhù)升溫就慢。針對不同的行業(yè)、不同的煙油,紫荊未來(lái)科技的氣凝膠陶瓷霧化芯適配了不同的沸點(diǎn)、霧化點(diǎn)?!霸跉忪F比上,舉個(gè)例子,氣推進(jìn)去,然后高溫霧化出來(lái)的煙霧可以控制氣流跟霧量,口感、體驗感就更好了,不會(huì )濃得嗆人,也不會(huì )淡得沒(méi)有味道?!眳呛C髡f(shuō)。

國際首款SiC氣凝膠陶瓷霧化芯
目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的絲網(wǎng)狀發(fā)熱絲,在使用過(guò)程中容易結痂堵塞,紫荊未來(lái)科技采用液體金屬印刷技術(shù),通過(guò)改變發(fā)熱絲的形態(tài),將液體金屬澆灌在陶瓷霧化芯上,使其呈塊狀,液體金屬就可以在高溫環(huán)境下牢牢嵌入纖維之中,陶瓷精準控溫的難題得以解決。
吳海明解釋道:“若陶瓷孔隙不夠,被金屬澆灌的陶瓷就如同被灌水的螞蟻窩,結構被拉垮成顆粒狀。我們需要金屬既深入陶瓷的纖維孔隙中,又附著(zhù)在上面不掉塊。由于金屬和陶瓷密度不同,在一體化燒結過(guò)程中對高溫的承受能力也不一樣,這是一項很難掌握的技術(shù)?!?/div>
紫荊未來(lái)科技的封裝切割技術(shù),恰恰是及時(shí)響應客戶(hù)需求的妙招。吳海明說(shuō):“有了強大的設計能力,就可以依客戶(hù)具體需求快速定制凹槽的薄厚度,并通過(guò)封裝切割靈活調配。比如,霧化芯油槽是可以個(gè)性化配套的,能夠根據客戶(hù)需求調整煙霧量的大小?!?/div>


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值得一提的是,紫荊未來(lái)科技在霧化芯上采用的仿真結構設計,通過(guò)測試計算不同狀態(tài)、年齡人群的呼吸肺活量,模擬數字仿真結果,據此優(yōu)化霧化芯的結構參數,應用在傳感器部分,對大小氣孔數量及各種數據精確調控,以達到提高霧化效率、減少有害物質(zhì)生成、改善口感等目的。

氣凝膠陶瓷霧化芯微孔形貌
通過(guò)成熟且完美的工藝,紫荊未來(lái)科技的氣凝膠陶瓷霧化芯達到國際領(lǐng)先水平,取得了霧化器行業(yè)顛覆性的成果:氣凝膠脆性降低、“掉粉”問(wèn)題得以解決;最高使用溫度達1500℃,遠高于常規氣凝膠的使用溫度上限650℃;具有顯著(zhù)更高的力學(xué)強度,同時(shí)仍能保持優(yōu)異的可壓縮性/回彈性;在高強度的情況下氣孔率比現有市面產(chǎn)品提升30%,口感與現有產(chǎn)品相比更加細膩……一步到位解決“氣、霧、油、溫、電”五大霧化芯關(guān)鍵環(huán)節痛點(diǎn),氣凝膠陶瓷霧化芯進(jìn)一步強化了紫荊未來(lái)科技在霧化芯技術(shù)上的優(yōu)勢地位。
“一重兩院兩所”
構建強大產(chǎn)學(xué)研實(shí)力
氣凝膠陶瓷霧化器的成功研發(fā),離不開(kāi)頂尖高校和頭部研究所的支持貢獻。產(chǎn)學(xué)研合作使得紫荊未來(lái)科技具備強大的科研實(shí)力,為霧化器技術(shù)的進(jìn)步提供了強有力保障。
據了解,紫荊未來(lái)科技的核心技術(shù)團隊來(lái)自西安交通大學(xué)材料強度國家重點(diǎn)實(shí)驗室。該實(shí)驗室先后主持國家自然科學(xué)基金、國家“863”項目、軍品配套項目、教育部“新世紀優(yōu)秀人才培養計劃”項目、陜西省科技攻關(guān)計劃等多項,先后參加多孔透波材料、陶瓷金屬焊接軍工預研項目、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、“九五”國家重點(diǎn)攻關(guān)等項目。
經(jīng)過(guò)近5年的持續研發(fā),實(shí)驗室成功開(kāi)發(fā)出全新的用以合成具有優(yōu)異可壓縮性/彈性的硅基陶瓷纖維氣凝膠,申請并獲得多項發(fā)明專(zhuān)利,擁有完全的自主知識產(chǎn)權。

西安交通大學(xué)材料強度國家重點(diǎn)實(shí)驗室
此外,紫荊未來(lái)科技雄厚的院校背景可以用“一重兩院兩所”來(lái)概括。其中“一重”,指的是清華大學(xué)國家功能陶瓷重點(diǎn)實(shí)驗室——依托清華大學(xué)的強大科研能力,該實(shí)驗室目前擁有全中國頂級的多孔陶瓷設備檢測儀器。
“兩院”,分別指清華大學(xué)材料學(xué)院、西安交通大學(xué)材料學(xué)院(氣凝膠纖維生長(cháng)技術(shù)與氣凝膠陶瓷纖維增強技術(shù)在此研發(fā));“兩所”則包括中科院力學(xué)研究所、中科院工程熱物理研究所。
據吳海明透露,目前,紫荊未來(lái)科技正加速打造“一中心一基地一工廠(chǎng)”三大基地布局。其中,“一中心”將落戶(hù)深圳清華大學(xué)研究院智能霧化傳感技術(shù)工程中心,將聚焦研發(fā)、工藝、測評、專(zhuān)利技術(shù)、人才引進(jìn)等方面;深圳寶安區福永中試基地則聚焦消費類(lèi)電子霧化器件,負責測試配對、聯(lián)合研發(fā)、工藝路線(xiàn)各項專(zhuān)利申請;東莞數智化工廠(chǎng)則負責智能化、自動(dòng)化、數據化、可視化、燈塔工廠(chǎng)等。
紫荊未來(lái)科技的顧問(wèn)團隊同樣實(shí)力強大,成員分別來(lái)自清華大學(xué)、中國科學(xué)院、賽迪研究院、CHITECH……專(zhuān)家學(xué)者們的經(jīng)驗和專(zhuān)業(yè)知識為紫荊未來(lái)科技的科研工作提供了寶貴的指導和支持。
依托不斷夯實(shí)的科研力量及越發(fā)成熟的技術(shù)矩陣,紫荊未來(lái)科技正不斷推進(jìn)
氣凝膠陶瓷霧化器的技術(shù)進(jìn)步,為行業(yè)的發(fā)展及更多領(lǐng)域貢獻更多的科研成果和技術(shù)創(chuàng )新。
積極拓展多元布局
助力產(chǎn)業(yè)加速迭代
當下,隨著(zhù)全球各大電子霧化市場(chǎng)的政策法規逐步完善,“霧谷”深圳的產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)能力正逐漸走向成熟。堅持以“技術(shù)+產(chǎn)品”為核心競爭力的紫荊未來(lái)科技正在積極拓展多元化布局,目前已研發(fā)出氣凝膠氈/塊/板、超級隔熱SiC氣凝膠、Si3N4氣凝膠氈產(chǎn)品,同時(shí)積極探索氣凝膠石墨霧化芯在未來(lái)的更多可能性。

Si3N4氣凝膠氈與超級隔熱SiC氣凝膠
未來(lái),紫荊未來(lái)科技還將賦能更多產(chǎn)業(yè)發(fā)展,持續助力產(chǎn)業(yè)迭代。吳海明表示,將向三個(gè)方向拓展霧化器產(chǎn)業(yè)布局:“一是消費類(lèi)電子霧化器,這一市場(chǎng)已告別野蠻生長(cháng)時(shí)代,朝著(zhù)更成熟更規范化方向發(fā)展,必將加速行業(yè)馬太效應;二是醫療霧化行業(yè),過(guò)去醫院用超聲水溶性的霧化技術(shù),患者在醫院做霧化只能十幾分鐘坐著(zhù)不動(dòng),以后可以通過(guò)恒定口腔溫度霧化、便攜式霧化藥劑等技術(shù),給患者更加輕松舒適的治療體驗;三是農用及家用霧化及密閉空間消殺供氧領(lǐng)域,以此為人們提供更方便、舒適的生活環(huán)境?!?/div>

吳海明對霧化芯技術(shù)的明天充滿(mǎn)了期待,他相信,有朝一日,該技術(shù)甚至還可以在航空航天、極端條件、軍事設備等更為廣泛的領(lǐng)域得到應用。
“紫荊未來(lái)科技的愿景是——引領(lǐng)科技,成為霧化領(lǐng)域的上市公司?!边@一目標的實(shí)現已然被提上了日程,吳海明對前景充滿(mǎn)信心。他表示,對于霧化行業(yè)而言,陶瓷芯的創(chuàng )新與應用還有很多可能性,紫荊未來(lái)科技將在引領(lǐng)霧化科技創(chuàng )新潮流、助力產(chǎn)業(yè)迭代之路上持續精進(jìn)。
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