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我們在國家自然科學基金、上海市青年科技啟明星計劃和上海市納米技術專項等資 助下研制開發的納米石墨相變儲能材料具有儲能密度高、導熱換熱效果優異、安全穩定、 阻燃和環境友好等優點。 技術指標：與現有的相變儲能材料相比，納米石墨基相變儲能材料的導熱系數提高 1～2 個數量級，相變溫度在-40～+70°C 之間連續可調，儲能密度可達 150～250J/g 左右， 經 1000 次循環后，性能劣化小于 5％。

項目以海上風機葉片和大飛機結構材料為研究目標，提出根據環氧樹脂和雙馬來酰 亞胺樹脂結構特點，設計并在碳納米管表面引入帶有特征官能團的結構，通過工藝調整 和儀器分析相結合控制特征官能團的數量，制備出質量穩定的多功能碳納米管改性劑。 然后在不改變碳纖維/環氧樹脂或 BMI 復合材料基本成型工藝的條件下，利用此多功能 碳納米管改性劑提高碳纖維/環氧樹脂或 BMI 復合材料的韌性、強度、模量、耐沖刷能 力、耐腐蝕和抗老化性能。 

該項目屬于新材料領域的耐火材料無鉻化、節能化主題；是解決制約我國水泥行業20多年的水泥回轉窯燒成帶耐火材料的無鉻化難題。目前，用于水泥回轉窯燒成帶的耐火材料主要是鎂鉻磚，但鎂鉻磚在生產及使用中產生劇毒的六價鉻，對人體、環境造成巨大危害。為替代鎂鉻磚，實現無鉻化、節能化，本項目建立了反應燒結合成鐵鋁尖晶石（Hercynite）的理論、合成出了八面體結晶的Hercyntie、并制備出了高性能的鎂鐵鋁尖晶石磚。經國內外200多條生產線的使用，不僅可以完全替代鎂鉻磚，徹底解決鎂鉻磚污染難題，而且技術性能處于國際領先水平。

稀土超磁致伸縮材料的磁致伸縮應變比壓電陶瓷大4倍以上，而且能量密度比壓電陶瓷大10倍以上，但其楊氏僅為壓電陶瓷的1/3左右。美國將其列為戰略性功能材料，并對我國實行禁運。傳統制備技術主要有布里吉曼法(Bridgman法，即下拉法)、丘克拉爾斯基法(Czochralski法，即直拉法)和浮區區熔法(Float Zone法)。上述三種制備GMM工藝都存在共同缺陷：1.生產效率很低，生長一件?18′150mm定向凝固GMM需要48-168h；2.生產GMM工序很長，需要合金熔煉、晶體生長、熱處理等工序，生產成本高，設備投資大，3.生產GMM成品率只有15-30%。 本項目采用具有自主知識產權的一步法工藝和設備生產稀土超磁致伸縮材料，與傳統工藝相比較主要有如下優點：1.質量好、高性能。因一步法工藝是將合金熔煉、晶體生長、熱處理三道工序集中于一臺設備完成，故減少了過程污染，雜質和氧含量低，合金成分控制準確，提高了材料的性能和產品的一致性；2.效率高、成本低。一步法易于實現自動化控制，操作簡單，人為因素少，故產品的合格率高(達80%)；單爐產能達5-10公斤，每天可以生產2-3爐，生產效率比傳統工藝提高了100-150倍，成本大大降低；3.易于制備大直徑（?70mm以上）棒材。一旦形成規模生產，大幅度降低生產成本和產品價格。稀土超磁致伸縮材料在低頻、大功率換能器中得到了越來越廣泛的應用。此外，可廣泛應用到機械、電子、石油、紡織、航天、農業等其他領域，是一種重要的新型功能材料，是許多高技術的物質基礎，被譽為是21世紀的戰略材料。

北京大學工學院課題組在國內較早開展富鋰錳基正極材料相關研究，在陰離子氧化還原過程的調制、陰離子電荷補償機理、陰離子氧化還原過程的激發及陰離子氧化還原富鋰錳基材料制備研究中取得了一系列重要進展。該研究構筑了一種O2型具有單層Li2MnO3超結構的富鋰材料,可以提供400mAhg可逆容量，能量密度高達1360wh/kg,是目前鋰離子電池錳基富鋰正極材料最高可逆容量。這種材料通過一個單層的Li2MnO3,激活穩定的陰離子氧的氧化還原反應，形成一個高度可逆充放電循環。

成果描述：擁有獨立的自主知識產權，采用磷鐵在水溶液中電解制備高純度FePO4，以水中的氧為產物提供氧源，可以實現原位除雜，不受磷鐵的原料來源限制；采用價廉的磷鐵和空氣中的氧為原料，通過與鋰鹽和補充磷源或鐵源在可控氣氛下反應制備粒度和碳含量可控的LiFePO4，避開了目前合成方法中的專利技術壁壘問題，不存在知識產權糾紛，將廢物循環利用與能源材料耦合起來，節能環保，從源頭上降低了磷酸鐵和磷酸鐵鋰的生產成本。 所采用的原料均為大宗化工產品，磷鐵副產物中的雜質可以通過反應工藝控制進行無害化處理，在原料的供應和價格方面都非常穩定；通過工藝控制和反應原料的組合，可以將反應產生的CO2等副產物循環利用，實現零排放的綠色清潔工藝；將添加劑與磷鐵和鋰源及補充的鐵源或磷源充分混合，添加劑在后續的反應中既可以起保護作用，又能形成對磷酸鐵鋰顆粒的原位包覆及控制晶粒生長作用，能夠極大提高正極材料的導電性能；采用的工藝路線容易控制，工藝穩定性好，容易實現大批量生產。市場前景分析：本項目產品專門提供給各種電動車（包括自行車、公交車、汽車、混合動力車等）、電動工具、手機、筆記本電腦、藍牙器件、UPS不間斷電源、攝像機、播放器、游戲機、電動玩具、清潔器和極端氣候環境下的武器裝備等產品所需的鋰離子電池和超級電容器電極材料，特別在電動車領域具有非常大的市場前景。作為電動車電源，磷酸亞鐵鋰動力電池具有熱穩定性好、安全性高、壽命長、倍率性能好、耐高溫、綠色環保等特點，備受關注。與以往的鋰離子電池正極材料LiCoO2、LiMn2O4、LiNiMO2等相比，磷酸亞鐵鋰的安全性能與循環壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術指標，而且循環穩定性好，1C充放循環壽命達2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒、不爆炸，穿刺不爆炸。在未來幾年內，磷酸鐵鋰地市場需求量將達5萬噸以上，尤其是在動力型電池應用方面對磷酸鐵鋰地需求將大幅增加。與同類成果相比的優勢分析：1．FePO4基本參數：純度≥97%，粒度≤1μm，而且根據需要可以進行調控 2. LiFePO4基本參數： Li =~4.4%, Fe=35.4%, P=19.6%, C=2-6% 3. 物理參數： 松裝密度 ≥0.5 g/cm3 振實密度 ≥1.2 g/cm3, 中位粒徑 ~4 μm 4. 涂片參數： LiFePO4: C : PVDF=90:3:7 極片壓實密度：2.1-2.4 g/cm3 5. 電化學性能： 克容量>130mAh/g 測試條件：1C, 全電池。 克容量>140mAh/g 測試條件：紐扣0.1C, 電壓4.2-2.5V

本發明涉及電接觸復合材料的制備，旨在提供一種Ag/La1-xSrxCoO3電接觸復合材料的制備方法。該方法包括：采用溶膠-凝膠法制備La1-xSrxCoO3體系導電陶瓷微納粉體；將上述La1-xSrxCoO3微納粉體與銀粉在V型混粉器中混合均勻，La1-xSrxCoO3粉體占混合粉體總質量的8％～20％；將混合均勻后的粉體通過等靜壓壓制成坯體，然后依次經過燒結、復壓、復燒工藝，最后熱擠壓成型獲得Ag/La1-xSrxCoO3電接觸復合材料。本發明通過溶膠-凝膠法制得Ag/La1-xSrxCoO3電接觸復合材料中的增強相La1-xSrxCoO3為納米級粉末，其高比表面活性可改善電弧作用下電接觸材料表面微熔池中的熔體粘度，綜合提高電接觸材料的電導率、機械強度、耐磨性、抗電弧燒蝕等性能，同時不存在加工、成型困難的問題。

半導體納米線是一種獨特的準一維納米材料。它不僅是電荷的最小載體，也是構建新的復雜體系和新概念納米器件的基元。在該領域中，新現象和新概念層出不窮，推動著材料、物理、化學等交叉學科的發展，并將對未來電子、光電子、通訊等產業產生重大影響。在這一當今最前沿的研究領域中，國際上尤其是發達國家集中了最精銳的研發力量，以期望在納米器件的實用化方面有所突破，在未來高科技爭奪戰中，保持領先并居于主導地位。在納米研究領域，美國政府僅在2005年就投入10億美元，而日本在同一年的投入約12億美元。 我國的《國家中長期科技發展規劃綱要》中也已經把納米科技作為基礎研究重大研究計劃，列入重點支持范圍。其中一維功能納米材料的控制合成、性能調控及應用研究是目前納米材料研究的世界熱點。 張躍教授承擔了973、863、重大國際合作、自然科學基金杰出青年基金和面上項目等各類納米研究方向的課題，通過創新合成方法、優化合成工藝，實現了多種形貌的一維功能納米材料的可控制備，利用等多種手段對納米材料的形貌、結構進行了表征，并對其生長機理、力學性能以及光致發光、場發射、導電性等物理性能進行了系統和深入的研究，特別是在碳納米管及ZnO納米陣列的實際應用領域取得了重要突破，其代表性成果包括： 1.改進了ZnO和摻雜ZnO一維納米材料的制備方法。采用化學氣相沉積法，在較低溫條件下，通過不同工藝成功制備了純ZnO及In、Mn、Sn等摻雜ZnO納米棒、納米線、納米帶、納米電纜、納米陣列、四針狀納米棒、納米梳、納米盤等多種形貌結構的納米材料，實現了一維ZnO納米材料較低溫度條件下形態和尺度控制生長，產物品質純凈、產率高、質量好，易于工業化生產。制備方法受到國際同行的高度評價，認為是半導體制造領域中氧化物納米結構集成方法的重大進步，不僅對從事納米材料研究的科學家，而且對半導體產業意義重大。有關雙晶ZnO納米帶的論文發表在國際知名期刊Chemical Physics Letters (2003，375：96-101)上，論文被引用60余次，位列該期刊2003至2007年被引用前50名之內。 2.提出了一維氧化鋅納米材料新的生長機理。首次合成四針狀納米氧化鋅材料并揭示了該結構的八面體孿晶核生長的理論模型，該研究結果的論文發表在Chemical Physics Letters (2002,358:83-86)上，被他引更是達到了130 余次。首次發現和論證了一維氧化鋅納米結構中的螺旋位錯誘導晶體生長機理，觀察到了一維氧化鋅納米材料存在的大量螺旋位錯、周期性的位錯及生長臺階，發現生長是沿著位錯進行，且與其伯格斯矢量的方向一致。 3.原位研究單根ZnO和In-ZnO納米線的力學行為。利用TEM對單根納米線加載交變電壓使其發生共振，原位測量其本征共振頻率，通過計算得出氧化鋅納米線的彎曲模量。氧化鋅納米線可以構建納米懸臂梁和納米諧振器，通過氧化鋅納米線構建的納米秤，測量了黏附在納米線自由端的納米顆粒質量。該研究論文發表在英國物理協會的期刊J. Phys.: Condens. Matter( 2006, 18 (15), L179-L184)上，被評為該期刊2006年度的頂級論文(Top paper)，位列其中第九名，是該年度該期刊22篇Top papers研究論文中唯一由中國研究人員完成的成果。 4.合成了多種ZnS準一維納米材料，并提出了四針狀ZnS納米結構的生長機理，指出其生長過程由立方相形核和六方相孿晶生長機制共同控制。同時率先報道了ZnS四針狀納米材料的光致發光性能，發光波長相對其它ZnS 納米材料發生藍移4.8~32.8nm。該研究論文發表在國際著名期刊Nanotechnology (18 (2007) 475603)上，在發表后的第一個季度內，下載量就超過250次，成為該期刊排名前10％的熱點文章。 5.碳納米管及ZnO納米陣列的實際應用取得了重要突破。采用涂敷和CVD兩種方法成功制備了多種大面積碳納米管陰極，采用水熱合成法制備了大面積一維納米ZnO陣列陰極。首次研究了納米陰極的強流脈沖發射性能，其中碳納米管陰極的發射電流密度高達344 A/cm2，ZnO陰極的發射電流密度達到123A/cm2。系列研究成果發表在Carbon、Appl. Phys. Lett.等國際著名期刊上。研制的多種納米陰極在線性感應加速器上已經得到成功應用，陰極的發射電流強度及發射電子的均勻性遠遠高于現有的陰極性能指標。 張躍教授有關納米材料的研究成果獲教育部高等學校科學技術獎（自然科學獎）二等獎1項（2006-052），完成專著1部，另合作出版專著1部，發表論文80 余篇（其中SCI 40余篇、EI 近20 篇），重要成果發表在Appl. Phys. Lett.、Carbon、Advan. Funct. Mater.、 J. Physical Chemistry C、Chemical Physics Letters、J. Phys.: Condens. Matter、J. Physics D: Applied Physics、J. Nanosci. Nanotech.等國際知名期刊上，申報12項發明專利（已授權5項）。發表研究論文中的4 篇代表性論文，已被引用300余次，單篇他引超過130次。

我國是世界第一銅消費大國，但75%的銅資源依賴進口。開發高性能銅鋁復合材料，替代廣泛應用于信號傳輸、輸變電、儀器儀表等領域的純銅導體，對于推進以鋁節銅、緩解銅資源短缺具有重大意義。本成果發明了高性能銅包鋁材料的連鑄直接復合及加工成形短流程技術，研制了連鑄成形關鍵裝備，突破了雙金屬連鑄直接復合界面控制、雙金屬復合材料加工協調變形等關鍵技術，開發出高性能銅包鋁電力扁排、銅包鋁扁線和圓線等產品。本成果技術具有生產效率高、環境負荷低和成本低，可生產大斷面和異型斷面銅包鋁復合材料等特點。獲授權國家發明專利10項，已轉讓兩家企業實施，已建成年產千噸、三千噸、五千噸級銅包鋁復合材料生產線3條，可節銅70%以上，取得了顯著的經濟和社會效益。本成果專家鑒定意見認為：“…具有鮮明的獨創性和完全自主知識產權，整體處于國際領先水平，…”。獲2010年度教育部技術發明一等獎。

非線性光學開關材料是非線性光學材料的一個重要分支，指的是在某種外界條件（如：光、熱、化學環境變化等）變化下，能夠在非線性光學 “開”、“關”兩種狀態間切換的物質。先前的大多數研究主要集中于液態材料，但其易失諧以及不穩定等特點，使得液態開關材料難以獲得實際應用。而固態非線性開關材料具備非線性性質優良、性能穩定、易于調控等優勢；但是目前具備固態非線性開關特性的材料卻還很匱乏，這是因為其不僅要求其結構構筑基元是強響應非線性活性基團，而且環境變化下具備基元間對稱性的可逆重排特性。目前，已經報道的固態非線性開關材料在狀態間切換依賴于材料本身的相變溫度Tc，正因如此，已報道材料只能在一個固定溫度點下使用，這嚴重限制了固態非線性材料在溫度響應方面的應用。 2018年吳立明課題組從理論上預測具不對稱性的單氟磷酸根PO3F2-有望成為新的DUV NLO功能基團，并提出氟磷酸鹽可作為深紫外非線性光學材料；進而通過實驗合成獲得(NH4)2PO3F，NaNH4PO3F?H2O，(C(NH2)3)2PO3F等新型單氟磷酸鹽深紫外非線性光學材料，并對其非線性光學性能進行了系統研究。（Chem. Mater. 2018, 30, 7823-7830.）。對其中非線性晶體材料(NH4)2PO3F相變特性深入研究發現：該化合物可在溫度變化下發生低溫相（P21/n、無非線性信號）和高溫相（Pna21、有非線性信號）的相互轉變。通過單晶結構表征分析證實，該相轉變需要克服氫鍵網絡重排的能壘。基于此，該工作提出，如果能調控(NH4)2PO3F中的氫鍵結構，有望實現對該化合物相變能壘和相變溫度的調控。據此，該工作利用K+與NH4+的半徑相似但不存在氫鍵環境的特點，設計合成了一系列化合物Kx(NH4)2-xPO3F (x = 0.0 – 2.0)。研究表明，隨著K+含量x的增加，由于Kx(NH4)2-xPO3F結構中氫鍵網絡不斷被削弱，發生相轉變所需克服的能壘也逐步降低，在材料性能上則表現為非線性開關激發溫度Tc的不斷降低。因此，通過調控材料中K+離子的含量，固態非線性開關材料Kx(NH4)2-xPO3F (x = 0 – 0.3)可實現激發溫度Tc在270–150 K大溫度范圍內的連續可調。這是首次實現對固態非線性開關材料激發溫度的調控，并且根據K+離子含量的控制，可實現在120攝氏度范圍內的寬溫度連續可調。通過理論計算高溫相與低溫相的自由能證實當K+含量高于30%時，由于氫鍵結構的過度削弱，該相轉變消失，這與實驗結果相符。該工作系統深入地探究了內部微觀結構與宏觀非線性光學開關性質之間的內在機制，不僅打破了傳統非線性開關局限在特定溫度的壁壘，而且為今后研究氫鍵機制作用下調控宏觀性質提供了有益的參考。