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目前，低碳生活、節(jié)能社會是能源開發(fā)和材料研究的主旋律和重點，所以研究制造低碳材料是熱點中的熱點；而同時又是可再生、可降解的材料的聚乳酸、淀粉等生物材料，是當今研究的重要方向。聚乳酸、淀粉等生物材料都是從植物等非石油基能源開發(fā)而來，因此本項目所研究范圍屬于國家大力支持的綠色可降解材料領(lǐng)域，應用范圍相當廣，可替代現(xiàn)有的石油基、石油基復合物等污染環(huán)境、破壞生態(tài)的材料，是造福人類的潛在綠色材料。本研究以PBS、PLA、植物纖維或淀粉、增韌劑為主要原料用HAKKE制備PBS、PLA基復合材料。由于PLA的脆性和耐熱性差，提高PLA的耐熱性和韌性是本研究的關(guān)鍵。通過加入植物纖維等填料，并對其進行改性處理，可大大改善復合材料的耐熱性能；而在PLA/淀粉復合材料中加入某些特定的增韌增強材料，可大大提高PLA復合材料的韌性，達到可日常生活所用的標準。同時，得到PLA復合材料是生物可降解材料，對環(huán)境無任何污染。

本技術(shù)以糠醛、氫氣為主要原料，采用常壓氣相法工藝，在固定床反應器中，由糠醛催 化加氫合成2-甲基呋喃。同現(xiàn)有工藝相比，本技術(shù)具有設(shè)備投資小，催化劑活性高，操作能耗 低，產(chǎn)品收率高等優(yōu)點，最終產(chǎn)品2-甲基呋喃的純度≥99.5%，具有很強的競爭優(yōu)勢。 對于年產(chǎn)3000噸2-甲基呋喃設(shè)備投資約600萬元。主要設(shè)備包括：固定床反應器、氫氣壓 縮機、汽化器、貯罐、產(chǎn)品精餾塔等。

本成果聚焦于可再生木本植物油脂的生物-化學組合合成技術(shù)，合成了基于油脂的新型聚氨酯系列產(chǎn)品，并結(jié)合分子結(jié)構(gòu)設(shè)計-性能調(diào)控構(gòu)建了多功能、高性能且穩(wěn)定的生物油脂基聚氨酯及其復合材料，為獲得綜合性能優(yōu)良的新型生物基聚氨酯材料提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

項目研究內(nèi)容： 目前我國木材膠粘劑 95%以上為三醛膠。 三醛膠在制 膠過程以及膠粘劑的使用中都不斷有甲醛釋放，因此對產(chǎn)業(yè)工人，對膠粘 劑使用者，對環(huán)境都有嚴重污染。而利用淀粉開發(fā)的膠粘劑，主要原料為 玉米淀粉，但所制膠種吸水性強，不適合作為木材膠粘劑。本項技術(shù)采用 獨創(chuàng)的生物質(zhì)快速液化法， 在常壓溫和的條件下將黃化早米及稻桿、 麥桿、 玉米淀粉、木薯淀粉等轉(zhuǎn)化為高活性生物多元醇。進而利用生物多元醇與

結(jié)構(gòu)材料輕量化是目前國民經(jīng)濟、國家重大需求的重大挑戰(zhàn)，材料結(jié)構(gòu)功能一體是新材料的重要發(fā)展方向。 輕質(zhì)高強泡沫鋁合金復合夾芯板以超輕質(zhì)的泡沫鋁合金為芯層，與鋁合金面板實現(xiàn)冶金結(jié)合，具有比重小，高剛度，高阻尼減振，高能量吸收的特點，同時實現(xiàn)與阻燃、電磁屏蔽功能兼容性，在先進交通、航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。通過可調(diào)控的芯層泡沫鋁合金孔結(jié)構(gòu)，復合夾芯板的實現(xiàn)了同等質(zhì)量鋼板6倍的高剛度，同時比重僅與水接近，該成果已經(jīng)應用于我國重要裝備制造。

近日，中國科學技術(shù)大學俞書宏院士團隊通過深入解析生物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)，提出了一種利用生物質(zhì)天然納米結(jié)構(gòu)的全新的生物質(zhì)表面納米化策略，基于這種策略構(gòu)筑了一種可持續(xù)新型各向同性仿生木材（“RGI-wood”）。該策略巧妙地利用了木屑等生物質(zhì)中天然的纖維素納米纖維，將其暴露在木屑顆粒表面，并使其互相交聯(lián)從而構(gòu)筑無需任何粘合劑的高性能人造木材。運用這種策略所制備的人造木材在各方向上具有相同的力學強度，且超越了實木材和傳統(tǒng)人造板。這種新型人造木材自下而上的制備方式使其在尺寸上將不受限制，可以克服大塊實木材料的稀缺性，大大拓寬了這類木質(zhì)材料的應用范圍。另外，其還表現(xiàn)出優(yōu)異的阻燃性性和防水性。在這種高性能人造木材中，微米級木屑顆粒的暴露著大量的納米尺度的纖維素纖維，這些納米纖維通過離子鍵、氫鍵、范德華力以及物理糾纏等相互作用結(jié)合在一起，微米級的木屑顆粒也被這些互相纏繞的納米纖維網(wǎng)絡緊密地結(jié)合一起形成高強度的致密結(jié)構(gòu)，而無需添加任何粘結(jié)劑。這種結(jié)構(gòu)特征帶來了高達170 MPa的各向同性抗彎強度和約10 GPa的彎曲模量，遠超天然實木的力學強度。此外，新型人造木材還顯示出優(yōu)異的斷裂韌性，極限抗壓強度，硬度，抗沖擊性，尺寸穩(wěn)定性以及優(yōu)于天然木材的阻燃性。作為一種全生物基的環(huán)保材料，新型人造木材不僅不含任何粘結(jié)劑，還具有遠超樹脂基材料和傳統(tǒng)塑料的力學性能，因此具有非常廣泛的應用前景。 此外，這種由納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)絡也為制備木基納米復合材料提供了一種新途徑。通過將碳納米管（CNT）摻入木屑顆粒間的納米網(wǎng)絡當中，可以獲得導電智能人造木材，因碳納米管能夠在其中形成連續(xù)的三維網(wǎng)絡，因此其具有比傳統(tǒng)聚合物/碳納米管復合材料更好的導電網(wǎng)絡和更高電導率。基于這種智能人造木材的高導電性，它可以實現(xiàn)傳感、自發(fā)熱以及電磁屏蔽等多種應用。這種智能人造木材表現(xiàn)出了出色的電磁屏蔽性能（X波段超過90 dB），可以滿足精密電子儀器屏蔽標準的要求。這種智能人造木材還可以在1.75 V低電壓下（約等于兩節(jié)五號電池的電壓）實現(xiàn)自發(fā)熱，可在5分鐘內(nèi)升至60攝氏度，這種在低電壓下即可自發(fā)熱木材可有效地確保自加熱設(shè)備的安全性，同時減少能耗。 這項研究提出了一種生物質(zhì)顆粒表面納米化方法和策略，可用于構(gòu)筑全生物質(zhì)，不含任何粘結(jié)劑，具有優(yōu)異的力學性能，可復合的新型人造木材。同時，這種全新的生物質(zhì)表面納米化策略也可以擴展到其他生物質(zhì)（例如，樹葉、稻草和秸稈等），并可以實現(xiàn)多功能化，有望用于制造一系列綠色全生物質(zhì)的可持續(xù)結(jié)構(gòu)材料，將進一步推動人造板行業(yè)向綠色、環(huán)保和低碳方向發(fā)展。

項目成果/簡介:近日，中國科學技術(shù)大學俞書宏院士團隊通過深入解析生物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)，提出了一種利用生物質(zhì)天然納米結(jié)構(gòu)的全新的生物質(zhì)表面納米化策略，基于這種策略構(gòu)筑了一種可持續(xù)新型各向同性仿生木材（“RGI-wood”）。該策略巧妙地利用了木屑等生物質(zhì)中天然的纖維素納米纖維，將其暴露在木屑顆粒表面，并使其互相交聯(lián)從而構(gòu)筑無需任何粘合劑的高性能人造木材。運用這種策略所制備的人造木材在各方向上具有相同的力學強度，且超越了實木材和傳統(tǒng)人造板。這種新型人造木材自下而上的制備方式使其在尺寸上將不受限制，可以克服大塊實木材料的稀缺性，大大拓寬了這類木質(zhì)材料的應用范圍。另外，其還表現(xiàn)出優(yōu)異的阻燃性性和防水性。在這種高性能人造木材中，微米級木屑顆粒的暴露著大量的納米尺度的纖維素纖維，這些納米纖維通過離子鍵、氫鍵、范德華力以及物理糾纏等相互作用結(jié)合在一起，微米級的木屑顆粒也被這些互相纏繞的納米纖維網(wǎng)絡緊密地結(jié)合一起形成高強度的致密結(jié)構(gòu)，而無需添加任何粘結(jié)劑。這種結(jié)構(gòu)特征帶來了高達170 MPa的各向同性抗彎強度和約10 GPa的彎曲模量，遠超天然實木的力學強度。此外，新型人造木材還顯示出優(yōu)異的斷裂韌性，極限抗壓強度，硬度，抗沖擊性，尺寸穩(wěn)定性以及優(yōu)于天然木材的阻燃性。作為一種全生物基的環(huán)保材料，新型人造木材不僅不含任何粘結(jié)劑，還具有遠超樹脂基材料和傳統(tǒng)塑料的力學性能，因此具有非常廣泛的應用前景。 此外，這種由納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)絡也為制備木基納米復合材料提供了一種新途徑。通過將碳納米管（CNT）摻入木屑顆粒間的納米網(wǎng)絡當中，可以獲得導電智能人造木材，因碳納米管能夠在其中形成連續(xù)的三維網(wǎng)絡，因此其具有比傳統(tǒng)聚合物/碳納米管復合材料更好的導電網(wǎng)絡和更高電導率。基于這種智能人造木材的高導電性，它可以實現(xiàn)傳感、自發(fā)熱以及電磁屏蔽等多種應用。這種智能人造木材表現(xiàn)出了出色的電磁屏蔽性能（X波段超過90 dB），可以滿足精密電子儀器屏蔽標準的要求。這種智能人造木材還可以在1.75 V低電壓下（約等于兩節(jié)五號電池的電壓）實現(xiàn)自發(fā)熱，可在5分鐘內(nèi)升至60攝氏度，這種在低電壓下即可自發(fā)熱木材可有效地確保自加熱設(shè)備的安全性，同時減少能耗。 這項研究提出了一種生物質(zhì)顆粒表面納米化方法和策略，可用于構(gòu)筑全生物質(zhì)，不含任何粘結(jié)劑，具有優(yōu)異的力學性能，可復合的新型人造木材。同時，這種全新的生物質(zhì)表面納米化策略也可以擴展到其他生物質(zhì)（例如，樹葉、稻草和秸稈等），并可以實現(xiàn)多功能化，有望用于制造一系列綠色全生物質(zhì)的可持續(xù)結(jié)構(gòu)材料，將進一步推動人造板行業(yè)向綠色、環(huán)保和低碳方向發(fā)展。

采用大石化乙烯產(chǎn)品鏈合成乙二醇的一種副產(chǎn)物二甘醇為原料，通過采用發(fā)明的高效催化劑體系聚對二氧環(huán)己酮(PPDO)具有優(yōu)良的生物相容性和生物降解性，同時又具有很高的強度和良好的韌性。本成果研究開發(fā)的PPDO不僅可應用于可生物降解手術(shù)縫合線等醫(yī)用領(lǐng)域，而且可以用于其他一次性使用的塑料制品領(lǐng)域，特別是采用納米復合技術(shù)來制備新型的PPDO/ 納米復合材料，具有較高的熔體強度，容易吹塑成型，并且其膜制品具有較好的氣體阻隔性，可用于不同領(lǐng)域的一次性塑料制品。對于回收回來的廢棄PPDO產(chǎn)品，可以在簡單的條件下回收其聚合單體，回收率高達93-99%，并且回收的單體又可用于PPDO的聚合，可實現(xiàn)反復循環(huán)利用；對于不宜回收的應用領(lǐng)域，PPDO又可完全生物降解。因此，PPDO是高分子家族中少有的既具有可完全生物降解性，又易于回收為單體的高分子品種，是一類真正的“綠色高分子材料”。本成果采用新的聚合方式和途徑獲得高分子量的 PPDO，使 PPDO 的成本成為目前完全生物降解聚合物中最具競爭力的品種之一。 PPDO塑料廢棄物的PDO單體回收率：≥93%，并且可以完全用于合成PPDO。 PPDO塑料制品的性能: 拉伸強度：30~60MPa，斷裂伸長率：300~600%，可完全生物降解。 PPDO塑料廢棄物的PDO單體回收率：≥93%，并且可以完全用于合成PPDO。 產(chǎn)品可應用于生物醫(yī)用領(lǐng)域(手術(shù)縫合線、固定材料、藥物緩釋材料等)、一次性使用塑料產(chǎn)品（如垃圾袋、購物袋、快餐具等）。由于該產(chǎn)品易于回收單體和重復聚合利用，并且成本與普通塑料相當,因此PPDO的制品可望取代現(xiàn)有的一次性使用的既不能生物降解又不易回收單體進行反復利用的領(lǐng)域塑料產(chǎn)品，是目前具有市場競爭力的環(huán)境友好一次性使用塑料產(chǎn)品，可創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟與社會效益。

糠醛來源于自然界的C5糖，是已大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的生物質(zhì)基化工產(chǎn)品，其原料來源是農(nóng)業(yè)和林業(yè)的廢料，包括玉米芯、稻殼、木材廢料等。由于這些可再生資源數(shù)量非常龐大，且其綜合利用不與人類競爭糧食，通過它們生產(chǎn)糠醛，進而發(fā)展生物質(zhì)糠醛基化工產(chǎn)品具有非常大的潛力。 一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 隨著碳中和概念的提出，生物基材料，乃至生物基可降解材料，憑借其良好的環(huán)保特性而受到人們的廣泛關(guān)注。糠醛來源于自然界的C5糖，是已大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的生物質(zhì)基化工產(chǎn)品，其原料來源是農(nóng)業(yè)和林業(yè)的廢料，包括玉米芯、稻殼、木材廢料等。由于這些可再生資源數(shù)量非常龐大，且其綜合利用不與人類競爭糧食，通過它們生產(chǎn)糠醛，進而發(fā)展生物質(zhì)糠醛基化工產(chǎn)品具有非常大的潛力。關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于糠醛是單官能團化的化合物，在聚合物工業(yè)中難以發(fā)揮重要作用，因此盡管其生產(chǎn)原料廣泛、工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)成熟，但市場容量非常有限，嚴重限制了以糠醛為基礎(chǔ)原料的聚合物工業(yè)應用。

衛(wèi)星在軌運行和返回過程中需經(jīng)歷極端高低溫環(huán)境，構(gòu)件尺寸的穩(wěn)定是保證衛(wèi)星在軌高精度、返回高安全、任務高可靠的關(guān)鍵。針對衛(wèi)星搭載的某寬帶微波載荷與衛(wèi)星本體材料之間熱膨脹系數(shù)不匹配極易導致的載荷在軌及返回過程中載荷接收精度不穩(wěn)定、信息傳輸不連續(xù)等問題。我校陳駿教授團隊以原創(chuàng)的負熱膨脹技術(shù)研發(fā)了具有輕質(zhì)、熱膨脹系數(shù)低、力學性能優(yōu)異、尺寸穩(wěn)定性好的高性能低膨脹鋁基復合材料，并研制了系列關(guān)鍵連接內(nèi)置件、環(huán)件等高性能低膨脹構(gòu)件，首次將負熱膨脹技術(shù)應用到我國的衛(wèi)星上，填補了高性能低膨脹金屬構(gòu)件在工程應用領(lǐng)域的空白。該技術(shù)使得某寬帶微波載荷與衛(wèi)星本體之間熱膨脹匹配性增強、界面應力大幅度減小，保證了衛(wèi)星在軌與返回過程中信號高精度傳輸與接收，助力衛(wèi)星成功返回。 圖1 實踐十九號衛(wèi)星成功返回（圖片來源國家航天局） 圖2 高性能低膨脹鋁基復合材料及構(gòu)件應用于全球首顆可重復使用返回式技術(shù)試驗衛(wèi)星（圖片來源央視新聞頻道）