武漢科技大學(xué)團隊讓水稻生出半導(dǎo)體材料

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 程墨 通訊員 鄒逸凡）10月8日，記者從武漢科技大學(xué)獲悉，該校材料學(xué)部“志同‘稻’合”學(xué)生團隊采用低溫鎂熱技術(shù)，從稻桿、稻殼中提取制作一種半導(dǎo)體材料——納米碳化硅，顆粒尺寸可細(xì)達30nm，純度達99.99%，使稻殼附加值提升9倍以上。

水稻含有稻桿、稻殼等農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，我國每年產(chǎn)生類似水稻的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物有數(shù)億噸。傳統(tǒng)焚燒處理嚴(yán)重污染環(huán)境，現(xiàn)在常作飼料和生物能源，收益小，附加值低。

該團隊負(fù)責(zé)人韋奕麒從2021年起研究碳化硅，帶領(lǐng)團隊成員赴各地農(nóng)村調(diào)研，看到農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物堆積十分嚴(yán)重，綜合利用率不足50%。經(jīng)過對30余種農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物檢測后發(fā)現(xiàn)，水稻中氧化硅含量高，粒度均勻。

如何低溫便捷地從稻桿、稻殼等農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物中大規(guī)模合成納米碳化硅，并控制其尺寸形態(tài)是技術(shù)難點。國內(nèi)外工業(yè)常用碳熱還原法制備，溫度達1600~2200℃，能耗大，純度低，轉(zhuǎn)化工藝復(fù)雜。

該團隊通過實驗和熱力學(xué)計算，經(jīng)過數(shù)百次嘗試，優(yōu)化工藝參數(shù)，將稻桿、稻殼中的天然納米氧化硅與碳反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為顆粒均勻的納米碳化硅產(chǎn)品。反應(yīng)過程中，團隊自研低溫鎂熱技術(shù)和動態(tài)熱量控制技術(shù)，突破了鎂熱過程因局部高溫引起的納米碳化硅燒結(jié)問題，保障顆粒尺寸細(xì)小均勻。

韋奕麒介紹，團隊曾在鄉(xiāng)村開展試點工作，面向農(nóng)戶以高于市場100%的價格收購稻殼，并采用低溫工藝生產(chǎn)高純度納米碳化硅產(chǎn)品，3年可為企業(yè)新增營業(yè)額1000萬元以上。當(dāng)前項目已完成中試階段，正在和企業(yè)開展戰(zhàn)略合作進行產(chǎn)品試用，團隊計劃在各村鎮(zhèn)建立農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物原料加工基地，助農(nóng)增收。

武漢科技大學(xué)耐火材料與冶金國家重點實驗室執(zhí)行主任顧華志教授稱贊這項成果：“實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物高附加值利用，提高了農(nóng)民收入，探索出一種科技助力鄉(xiāng)村振興新方式?！?/p>

納米碳化硅可用于芯片制造、高端陶瓷等，全球碳化硅產(chǎn)量供不應(yīng)求。韋奕麒表示：“我們還將迭代技術(shù)，計劃開發(fā)完善的納米碳化硅轉(zhuǎn)化技術(shù)，把其他農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物利用起來，助力發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，做鄉(xiāng)村振興的實踐者！”