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本項目提出了在釓鎵石榴石（GGG）襯底上直接外延大口徑磁光BiLuIG單晶體的思路，解決我國無大晶格常數摻雜釓鎵石榴石（SGGG）晶圓片技術、無鉛液相外延大尺寸BiLuIG晶體圓片的不足，突破純GGG基片上外延超厚（1-20μm）磁光晶體這一難點科學問題。

本項目共包括8項授權專利，另有20余項專利正處于公開階段。 項目主要創新點為：（1）提出了一種Bi+Lu共摻雜新配方，實現了在傳統GGG襯底上外延出具有大法拉第效應的BiLuIG石榴石單晶薄膜材料。 （2）提出了“緩沖法”技術，克服了無鉛液相外延工藝中熔體粘度偏高，薄膜均勻性差的難題，成功制備出3英寸的高質量單晶BiLuIG薄膜材料，厚度可達20微米以上，其法拉第效應是含鉛工藝制備材料的10倍。項目總體達到國際先進水平，其中在Bi+Lu共摻雜材料設計和無鉛液相

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨特本征性質的石墨烯三維體相材料是材料學研究中兼具學術價值和實用意義的重大挑戰。本項目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨立且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構筑而成。該材料具有良好的機械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發射能力，在瓦特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料樣品可以在真空條件下實現有效的直接光驅動，此現象為國內外所首次觀察及報道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應用價值。上述材料的制備及相關性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉換與存儲等領域的應用提供材料支持與相關理論支撐。

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨特本征性質的石墨 烯三維體相材料是材料學研究中兼具學術價值和實用意義的重大挑 戰。本項目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨立 且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構筑而成。該材料具 有良好的機械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發射能力，在瓦 特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石 墨烯材料樣品可以在真空條件下實現有效的直接光驅動，此現象為國 內外所首次觀察及報道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應用價 值。上述材料的制備及相關性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉換 與存儲等領域的應用提供材料支持與相關理論支撐。 項目特色： 1.制備了基于二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構筑而成 三維石墨烯體相材料，該材料不僅保留了二維石墨烯材料的本征性質， 而且具備優良的機械及光電性能。 2. 在國內外首次觀察到厘米級尺寸的裸眼可見的宏觀石墨烯樣 品，只依靠瓦特級別的光作為單一驅動源，即可實現較大距離(數十厘 米)的有效的運動，并提出了光致電子發射驅動的機理解釋上述三維 石墨烯體相材料獨特的光驅動， 3. 上述材料的制備與性能研究揭示通過有效合理的結構構筑手 段，能夠得到以二維石墨烯作為構成單元，并有效保留其獨特二維性 質和兼具三維宏觀形態的石墨烯體相材料，此項研究為其它二維材料 的開展類似工作并拓展其應用提供了范例和思路。已取得的成果： 項目的標志性研究結果于 2015 年 6 月在線發表于 Nature Photonics，并于 2015 年 7 月正式發表（Nature Photonics, 2015, 9, 471- 476）。雜志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene” 發表了專題評論。英國著名科普雜志 New Scientist 以“Spacecraft built from graphene could run on nothing but sunlight”為題報道了此研究， 指出該成果“再為石墨烯這種優良材料增添了一種驚人的性能”。國 內主要媒體包括人民日報、光明日報、新華網以及多家門戶網站等均 對此研究進行了報道，中央電視臺《新聞聯播》欄目于 2015 年 6 月 21 日也對此進行了報道。 市場應用前景： 空間飛行器是人類探索宇宙的重要工具，而動力源問題一直羈絆 著人類無法走得更遠。目前幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學驅 動，即通過噴射燃燒的化學物質來獲得驅動力，光直接驅動飛行是科 學界和航空界多年的夢想。

1.亞毫米尺寸單層導電納米材料，實現高產量產率原 子級薄樣品的宏量制備。 2. 成膜平整，粗糙度在 10 納米以內，平整度遠好于 ITO 和銀納米線薄膜。 3. 膜具高透光率和柔性，其導電性優于 ITO 。

本項目以高性能纖維（碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維等）為增強材料，通 過多軸向經編設備展纖、鋪緯、編織等工序織造而成經編多層多軸向預制體，其 鋪緯角度在-20o～+20 o 范圍內可調。通過樹脂基體改性和曲面成型等技術制備 成經編多層多軸向平面/曲面復合材料。該材料預制體可設計性強，可通過鋪層 角度和鋪層層數的改變，制成超薄和超厚平面/曲面復合板材，具有質輕、高強、 高模、耐疲勞、耐沖擊等性能。同時，通過樹脂基體的改性加強材料的功能化， 使其除具有較強的力學性能外，還兼顧防護、隔音、隔熱等特性，綜合性能優異。 既可滿足航空航天、軍事防護等等高性能軍品要求，又可廣泛用于陸路交通、建 筑和公共設施等耐用消費品領域。 2 關鍵技術 (1) 經編多層多軸向平面/曲面復合材料預制體的設計與制備； (2) 高性能、功能化樹脂基體的改性技術； (3) 超薄和超厚經編多層多軸向平面/曲面復合材料復合成型技術 3 知識產權及項目獲獎情況 發表 SCI 論文 6 篇、EI 論文 7 篇、核心論文 15 篇； 授權專利 2 項。 4 項目成熟度； 批量生產階段 5 投資期望及應用情況 采用經編多層多軸向預制體、利用曲面復合成型技術設計制備完成汽車殼體 組件

本發明屬于增材制造領域，并公開了一種異質多材料增材制造 系統。該系統包括關節臂機器人、打印裝置、減材裝置和監測反饋裝 置，通過采用旋轉式多噴頭切換打印裝置，以多個送絲打印機構旋轉 切換的方式進行多材料多工藝實時切換打印，實現了多材料多工藝的 高效 3D 打印成形；雙目立體視覺在線實時監測反饋裝置及時反饋加工 零部件的層層溫度信息及三維輪廓信息并與原始模型對比標定，確定 減材加工時機及相應減材加工參數。通過本發明，高精

納米粒子由于具有非常小的顆粒尺寸和大的比表面積，通常顯示出許多不同于常規塊體材料的電、磁、光和化學特性，在現代工業、國防和高技術發展中充當著重要的角色。隨著科學技術的迅速發展，對材料性能的要求也越來越高，因此尋找一種可替代液相法的真空氣相法來獲得表面清潔納米粒子的制備技術是開發具有優異性能新型納米結構材料的迫切要求。特別是納米粒子組裝復合薄膜材料由于具有傳統復合材料和現代納米材料兩者的優越性，成為一個重要的前沿研究熱點，它有望將“傳統功能材料”通過“納米復合化”達到進一步提高和拓展材料性能的目的。

傳統制備聚合物/層狀無機物納米復合材料的方法如插層復合法工藝復雜，需要加入增容劑或對層狀無機物進行有機化處理，此外單體插層聚合涉及復雜的化學反應，而熔體插層則要求聚合物的熔體粘度低。針對傳統插層復合法存在的問題，本項目將固相力化學方法引入聚合物/層狀無機物納米復合材料領域，利用磨盤形力化學反應器獨特的三維剪結構所提供的強大擠壓剪切力場和粉碎、混合、分散及固相力化學反應功能，在磨盤碾磨過程中同時實現層狀無機物的粉碎、片層滑移和剝離，聚合物的粉碎和嵌入，聚合物與無機填料的固相分散和混合，得到聚合物/層狀無機物復合粉體，再經進一步加工成型，可制備用途廣泛的聚合物/層狀無機物納米復合材料，如具有良好力學性能的結構材料和具有導電、導熱、電磁屏蔽、阻隔或隔音降噪的功能材料等。 主要技術指標： 可制備具有良好力學性能的結構材料及具有導電、導熱、電磁屏蔽、阻隔或隔音降噪的功能材料等; 所制備的PP導電導熱納米復合材料的電導率可達5.2×10-4 S×cm-1，導熱率可達0.69 W×m-1×k-1; HDPE導電導熱納米復合材料的電導率可達10-3 S×cm-1, 導熱系數可達2.2 W×m-1×k-1 建設投產條件（投入資金情況、需要的廠房、使用配套設施狀況等）： 需要帶分級裝置的磨盤形力化學反應器、雙螺桿擠出機及注射/熱壓成型機。