气凝胶陶瓷功能材料——雾化芯的迭代技术

大空间消杀、医疗美容、消费类电子雾化器……随着使用场景越来越丰富,电子雾化产业正逐渐成为一个新千亿级市场。

作为电子雾化器最核心的部件,雾化芯一直以来是中国电子雾化行业的“兵家必争之地”,推动着一轮又一轮的科技创新和行业变革。

迭代,一直在雾化芯技术上发生。从最早的玻纤芯到电阻丝棉芯直至陶瓷雾化芯,雾化芯经历了数次更迭,对发热均匀度、陶瓷强度及陶瓷雾化能效的要求不断提高。然而,目前市面上主流的陶瓷雾化芯普遍面临一系列问题:

首先,足够的导油能力需要较大的气孔率和较小的陶瓷纤维孔径,但会影响陶瓷雾化芯的强度;另一方面,为了保证口感,又需要足够小的陶瓷纤维孔径,现有陶瓷材料难以达到这种平衡。此外,陶瓷烧结和表面的金属化方法在实现过程中也面临诸多技术挑战……

面对这些痛点,新入局的企业正不断锐意求新、探寻突破。

记者留意到,位于“雾谷”深圳的紫荆未来科技有限公司(以下简称“紫荆未来科技”)提出最新技术概念——SiC气凝胶陶瓷雾化芯(以下简称“气凝胶陶瓷雾化芯”),正凭借强大的科研实力成为雾化领域下一个值得关注的企业。

气凝胶陶瓷制备+芯材烧结

造就国际首款气凝胶陶瓷雾化芯

目前,紫荆未来科技正聚焦于深入研究新材料前沿技术及雾化技术,将新材料新技术应用到各个雾化场景。其中,气凝胶陶瓷功能材料则是该公司近几年研发的重要成果。

国际首款SiC气凝胶陶瓷雾化芯

“我们研发的国际首款气凝胶陶瓷雾化芯,将为雾化芯产品带来全新技术概念。这款雾化芯可采用整面镀层电极技术取消印刷电极,发热均匀稳定、发雾雾滴D90直径<1.65μm。”紫荆未来科技创始人吴海明表示。

气凝胶陶瓷雾化芯,何以成为下一个雾化芯高地,引领行业迈向新的发展阶段?带着这样的疑问,记者来到位于深圳龙岗区紫荆未来科技办公室,向吴海明详细地了解气凝胶陶瓷雾化芯背后的五大核心技术:

“现阶段,气凝胶陶瓷芯取得的革命性突破,很大程度上依赖于气凝胶陶瓷制备技术。”他介绍道,“传统的雾化技术需要采用蜡进行造孔,传统陶瓷芯烧结后的气孔都像蚯蚓状弯曲,这就导致了孔隙不一致和掉粉问题,口味还原不好、漏油和粉末易析出。而紫荆未来科技掌握的气凝胶功能陶瓷技术,其烧结后的孔隙都是直列式,孔隙率可高达85%。就像是三车道变成了八车道一样,烟油的流通性大幅提高。同时,还可以通过关闭部分气孔来减少烟油流通,也就意味着我们可以根据需要灵活调整。”

其次,是芯材烧结增强技术。目前市面上的陶瓷芯到65%的气孔结构已是极致,气孔率再高就脆了、不成形了,容易烧坏、烧塌。气流就像是雾化器的油门,气流越大意味着瞬间升温就越快,气流越小意味着升温就慢。针对不同的行业、不同的烟油,紫荆未来科技的气凝胶陶瓷雾化芯适配了不同的沸点、雾化点。“在气雾比上,举个例子,气推进去,然后高温雾化出来的烟雾可以控制气流跟雾量,口感、体验感就更好了,不会浓得呛人,也不会淡得没有味道。”吴海明说。

国际首款SiC气凝胶陶瓷雾化芯

目前市场上最常见的丝网状发热丝,在使用过程中容易结痂堵塞,紫荆未来科技采用液体金属印刷技术,通过改变发热丝的形态,将液体金属浇灌在陶瓷雾化芯上,使其呈块状,液体金属就可以在高温环境下牢牢嵌入纤维之中,陶瓷精准控温的难题得以解决。

吴海明解释道:“若陶瓷孔隙不够,被金属浇灌的陶瓷就如同被灌水的蚂蚁窝,结构被拉垮成颗粒状。我们需要金属既深入陶瓷的纤维孔隙中,又附着在上面不掉块。由于金属和陶瓷密度不同,在一体化烧结过程中对高温的承受能力也不一样,这是一项很难掌握的技术。”

紫荆未来科技的封装切割技术,恰恰是及时响应客户需求的妙招。吴海明说:“有了强大的设计能力,就可以依客户具体需求快速定制凹槽的薄厚度,并通过封装切割灵活调配。比如,雾化芯油槽是可以个性化配套的,能够根据客户需求调整烟雾量的大小。”

值得一提的是,紫荆未来科技在雾化芯上采用的仿真结构设计,通过测试计算不同状态、年龄人群的呼吸肺活量,模拟数字仿真结果,据此优化雾化芯的结构参数,应用在传感器部分,对大小气孔数量及各种数据精确调控,以达到提高雾化效率、减少有害物质生成、改善口感等目的。

气凝胶陶瓷雾化芯微孔形貌

通过成熟且完美的工艺,紫荆未来科技的气凝胶陶瓷雾化芯达到国际领先水平,取得了雾化器行业颠覆性的成果:气凝胶脆性降低、“掉粉”问题得以解决;最高使用温度达1500℃,远高于常规气凝胶的使用温度上限650℃;具有显著更高的力学强度,同时仍能保持优异的可压缩性/回弹性;在高强度的情况下气孔率比现有市面产品提升30%,口感与现有产品相比更加细腻……一步到位解决“气、雾、油、温、电”五大雾化芯关键环节痛点,气凝胶陶瓷雾化芯进一步强化了紫荆未来科技在雾化芯技术上的优势地位。

“一重两院两所”

构建强大产学研实力

气凝胶陶瓷雾化器的成功研发,离不开顶尖高校和头部研究所的支持贡献。产学研合作使得紫荆未来科技具备强大的科研实力,为雾化器技术的进步提供了强有力保障。

据了解,紫荆未来科技的核心技术团队来自西安交通大学材料强度国家重点实验室。该实验室先后主持国家自然科学基金、国家“863”项目、军品配套项目、教育部“新世纪优秀人才培养计划”项目、陕西省科技攻关计划等多项,先后参加多孔透波材料、陶瓷金属焊接军工预研项目、国家自然科学基金重点项目、“九五”国家重点攻关等项目。

经过近5年的持续研发,实验室成功开发出全新的用以合成具有优异可压缩性/弹性的硅基陶瓷纤维气凝胶,申请并获得多项发明专利,拥有完全的自主知识产权。

西安交通大学材料强度国家重点实验室

此外,紫荆未来科技雄厚的院校背景可以用“一重两院两所”来概括。其中“一重”,指的是清华大学国家功能陶瓷重点实验室——依托清华大学的强大科研能力,该实验室目前拥有全中国顶级的多孔陶瓷设备检测仪器。

“两院”,分别指清华大学材料学院、西安交通大学材料学院(气凝胶纤维生长技术与气凝胶陶瓷纤维增强技术在此研发);“两所”则包括中科院力学研究所、中科院工程热物理研究所。

据吴海明透露,目前,紫荆未来科技正加速打造“一中心一基地一工厂”三大基地布局。其中,“一中心”将落户深圳清华大学研究院智能雾化传感技术工程中心,将聚焦研发、工艺、测评、专利技术、人才引进等方面;深圳宝安区福永中试基地则聚焦消费类电子雾化器件,负责测试配对、联合研发、工艺路线各项专利申请;东莞数智化工厂则负责智能化、自动化、数据化、可视化、灯塔工厂等。

紫荆未来科技的顾问团队同样实力强大,成员分别来自清华大学、中国科学院、赛迪研究院、CHITECH……专家学者们的经验和专业知识为紫荆未来科技的科研工作提供了宝贵的指导和支持。

依托不断夯实的科研力量及越发成熟的技术矩阵,紫荆未来科技正不断推进

气凝胶陶瓷雾化器的技术进步,为行业的发展及更多领域贡献更多的科研成果和技术创新。

积极拓展多元布局

助力产业加速迭代

当下,随着全球各大电子雾化市场的政策法规逐步完善,“雾谷”深圳的产业链和技术能力正逐渐走向成熟。坚持以“技术+产品”为核心竞争力的紫荆未来科技正在积极拓展多元化布局,目前已研发出气凝胶毡/块/板、超级隔热SiC气凝胶、Si3N4气凝胶毡产品,同时积极探索气凝胶石墨雾化芯在未来的更多可能性。

Si3N4 气凝胶毡与超级隔热SiC气凝胶

未来,紫荆未来科技还将赋能更多产业发展,持续助力产业迭代。吴海明表示,将向三个方向拓展雾化器产业布局:“一是消费类电子雾化器,这一市场已告别野蛮生长时代,朝着更成熟更规范化方向发展,必将加速行业马太效应;二是医疗雾化行业,过去医院用超声水溶性的雾化技术,患者在医院做雾化只能十几分钟坐着不动,以后可以通过恒定口腔温度雾化、便携式雾化药剂等技术,给患者更加轻松舒适的治疗体验;三是农用及家用雾化及密闭空间消杀供氧领域,以此为人们提供更方便、舒适的生活环境。”

吴海明对雾化芯技术的明天充满了期待,他相信,有朝一日,该技术甚至还可以在航空航天、极端条件、军事设备等更为广泛的领域得到应用。

“紫荆未来科技的愿景是——引领科技,成为雾化领域的上市公司。”这一目标的实现已然被提上了日程,吴海明对前景充满信心。他表示,对于雾化行业而言,陶瓷芯的创新与应用还有很多可能性,紫荆未来科技将在引领雾化科技创新潮流、助力产业迭代之路上持续精进。