大家风范丨青年科学家张步峰：国产“黄金薄膜”打破国外垄断

编者按

在“制造名城”株洲，有这样一批青年科学家群体，面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，他们踔厉奋发、笃行不怠，用汗水和智慧浇灌科技攻坚之路，用激情和热血书写了青春之歌，像一汪江河，热情地奔涌着。

市委宣传部策划推出《大家风范株洲人物》之青年科学家系列报道，选取他们中的一些代表，讲述他们的精彩故事，展示他们勇攀高峰、刻苦钻研的精神。

历史的画卷，在砥砺前行中铺展；时代的华章，在接续奋斗中书写。"制造名城"期待更多的青年科学家！

【人物名片】

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（以下简称株洲华鑫）。

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”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。