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能源與環境問題是目前人類面臨的兩個重大危機，也是科研工作者關注的重點領域。鈣鈦礦太陽能電池以其獨特的物理性質、醒目的光電轉化效率和良好的工業應用前景等特點，被認為是一種擁有巨大解決能源問題潛力的光伏器件。但其電池效率衰減(穩定性)等問題是其走向工業化應用急待解決的課題。現行鈣鈦礦電池比較普遍使用的空穴傳輸材料是一種比較昂貴的螺二芴結構化合物(spiro-OMeTAD)，需要通過摻雜鋰鹽以提高電池的性能，但這同時加劇了鈣鈦礦電池的不穩定性。所以一直以來研究人員希望尋找更加廉價和穩定的空穴傳輸材料來替代傳統材料。 酞菁銅是一種具有優異光電特性的廉價小分子半導體材料。但其有機溶解性比較差，不利于廉價液相工藝規模制備光電器件。許宗祥課題組從分子設計層面出發，開發八甲基取代的酞菁銅并制備納米材料，通過酞菁納米材料與廉價商業化的高分子材料聚噻吩復合，開發出了具備更高載流子遷移速率及環境穩定性的空穴傳輸材料，實現溶液法制備出光電轉換效率為16.61%的鈣鈦礦太陽能電池，效率高于傳統商業化的螺二芴結構化合物(spiro-OMeTAD)。同時器件的穩定性大幅度提高。

技術人才：高分子材料與工程專業；材料化學專業；應用化學專業

山東大學晶體材料國家重點實驗室陶緒堂教授團隊通過自主設計的“微爆炸法”獲得了無氧化MXene-Ti3C2Tx量子點，首次提出可將此類二維結構鈦基晶體材料用于腫瘤治療，并與劉宏教授團隊合作發現其具有較強的類芬頓反應特性，在抗腫瘤實驗中效果顯著，從而實現了更高效、更安全的納米催化治療方式。相關結果以“Nonoxidized MXene Quantum Dots Prepared by Microexplosion Method for Cancer Catalytic Therapy”為題，發表在材料類權威期刊Advanced Functional Materials（IF=15.621）上，陶緒堂教授和劉宏教授為通訊作者，晶體所博士研究生李雪松和劉鋒為共同第一作者，山東大學為獨立完成單位。 對于腫瘤治療，傳統的化學、物理療法都存在嚴重的副作用，限制了其在實際臨床治療中的應用。最近，基于特殊的腫瘤微環境，利用腫瘤內部催化反應的納米催化治療成為前沿且備受關注。其中，研究最為廣泛的鐵基納米催化劑可特異性響應腫瘤的弱酸性細胞微環境，釋放Fe2+并引發芬頓反應，產生•OH自由基以觸發細胞凋亡，從而抑制腫瘤。然而，在弱酸性腫瘤環境中，Fe2+催化的芬頓反應速率較低，導致•OH自由基形成緩慢。此外，眾多抗腫瘤復合納米制劑的潛在毒性值得關注。因此，尋找更高催化活性和更安全的納米制劑是人們一直追求的目標。晶體材料國家重點實驗室陶緒堂教授團隊與劉宏教授團隊合作發現所制備的鈦基無氧化MXene-Ti3C2Tx量子點具有較強的類芬頓反應特性，其對正常細胞和組織器官均表現良好的生物相容性，并對宮頸癌和乳腺癌均有強烈的殺傷能力，體現出優異的抗腫瘤效果。這種以鈦基類芬頓反應為基礎的腫瘤治療方式潛力巨大，為實現腫瘤的高效、精準治療提供了一條新的探索途徑。

項目成果/簡介:本課題組自主開發了納米氧化物制備工藝，結合共沸蒸餾和膜處理技術，獲得晶粒度在10~20 nm的氧化物陶瓷粉末，最高耐熱溫度1400℃以上。該項制備技術于2004年獲得國家發明專利（專利號ZL01128448.X）。2001年10月，“納米氧化鋯粉體制備”項目通過了湖北省科學技術廳主持的科技成果鑒定（證書編號：鄂科鑒字[2001]第2172380號），鑒定委員會認為：納米氧化鋯粉體制備工藝屬于國內外首創，由該工藝生產的納米氧化鋯粉體的質量達到國際領先水平。2002年9月，“納米氧化鋯粉體制備技術”項目列入“十五”湖北省科技攻關計劃重大項目：“納米材料的應用研究與開發”項目。2003年4月，“納米氧化鋯粉體”項目列入國家重點新產品。截止目前，共授權相關領域發明專利26項，系列成果3次獲得湖北省技術發明獎。該系列技術專利權在中國地質大學（武漢），已經完成耐高溫隔熱粉體和涂層的中試驗證，技術成熟度高。在進行納米氧化鋯粉體研發工作的同時，還自主研發了二次造粒方法制備納米氧化鋯球形團聚體，試制出適用于熱噴涂工藝要求的、具有納米結構的氧化鋯微米級氧化鋯噴涂粉末，該粉末可以用于等離子噴涂等相關工藝。課題組研發的納米氧化鋯材料開始在我國航空發動機和燃氣輪機熱震涂層等領域進行初步試驗。目前，納米氧化鋯材料已經經過了**發動機FWS**、艦船動力GT**、地面發電燃氣輪機QD70A、QD128 燃氣輪機、XX14、XX20 等型號的實際考核、驗證，并在空軍第三代X10、X11 等型號飛機上成功應用。與北京鋼鐵研究總院合作，將納米氧化鋯團聚體材料，應用于煙燃氣輪機納米涂層技術及應用，開發出了煙、燃氣輪機熱端部件納米ZrO2熱障涂層，該涂層具有優良的結合強度、隔熱、抗熱震性能，已成功應用于PG6541燃氣輪機和YL14000A煙氣輪機熱端部件的實際應用，使用壽命較傳統ZrO2涂層提高3倍以上。與貴州***公司合作，將納米氧化鋯材料粉末作為渦輪葉片熱障涂層陶瓷面層，經入廠復驗檢查符合技術標準要求，經生產試驗與后期使用考核。在 2011年通過中航工業相關單位組織的評審，并被制定為**系列發動機和**發動機熱障涂層陶瓷面層粉末原料提供單位。F***系列發動機是我國自主研發空軍第三代系列飛機的重要動力，目前已定形、并批量裝備部隊使用。解放軍第***工廠承擔F***系列發動機維修任務。中國人民解放軍***工廠在進行已使用300小時壽命F***發動機的維修任務過程中。我們還開發了氧化鋯靶材、高熵氧化鋯、高熵稀土鋯酸鹽等，相關技術已經完成了中試。知識產權類型:發明專利技術先進程度:達到國際先進水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:國家級計劃/專項類別:科技創新重大專項獲得經費:600.00萬元自籌資金:500.00萬元自籌資金來源:企業

本項目屬于電子信息功能材料技術領域。 特色及先進性：為了實現同一種單晶薄膜即可應用于磁光器件，又可應用于微波器件中，本項目提出了鉍镥鐵石榴石（BiLuIG）薄膜的設計體系，為了使其同時具有良好的磁光和微波特性，本項目很好的根據晶格匹配原則設計了材料配方，并選用無鉛液相外延技術，大大提高了薄膜的性能。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。研究內容包括：（1）BiLuIG薄膜材料的配方設計研究：基于四能級躍遷模型，并結合離子替代規律和多離子摻雜技術，尋找最佳配方；（2）液相外延單晶薄膜材料的工藝技術研究：包括薄膜均勻性、缺陷控制、無鉛配方、生長速率和薄膜鏡面條件控制等；（3）材料在器件中的驗證研究，設計制備平面波導型磁光開關對材料磁光性能的驗證。 技術指標：（1）建成了我國第一條大尺寸磁光單晶薄膜液相外延的生產線，最大尺寸達到3英寸，單面薄膜厚度達到1μm－20μm。（2）單晶薄膜具體微波和磁光參數：4πMs=1500-1750Gs，△H=0.6-2.0Oe，Θf≥1.6-2.1度/μm＠633nm。（3） 掌握了進行單晶薄膜材料在磁光和微波器件中的設計、制備和測試工作。 促進科技進步作用意義：本項目突破了我國在3英寸石榴石系列單晶體材料以及相關器件研究上的瓶頸技術，獲得了高法拉第效應和低鐵磁共振線寬的大尺寸高質量石榴石單晶薄膜材料。滿足了國內在磁光、微波及毫米波集成器件方面對石榴石系晶體材料的需求，擺脫了完全依賴進口、受制于人的不利局面。該項目研制的材料已提供給中電集團41所、美國Delaware大學、天津大學、中國工程物理研究院、深圳市通能達電子科技有限公司（中電九所下屬）、陜西金山電器有限公司（4390廠）等單位使用，并為中電集團9所、33所等單位提供批量樣品，用于制備磁光和微波器件，受到好評。

隨著電子設備的日趨微型化、高頻化及高密度集成化，設備內部的傳導干擾和電磁輻射干擾等問題尤為突出，引發出的一系列電磁兼容和設備可靠性問題亟待解決。采用寬帶輕質高效吸波材料是解決電磁兼容的必由之路。 電子科技大學研制的泡沫和蜂窩系列化寬帶輕質高效吸波材料具有低頻吸收性能好、重量輕、吸收頻段寬等特點。材料系列厚度范圍：6mm~55mm；應用頻率：2GHz~18GHz，可擴展到0.5GHz~40GHz；吸收率5dB~30dB；體密度：0.07g/cm3~0.12g/cm3。 與美國Laird公司產品相比，在相同厚度的情況下，電子科技大學研制的FLXB-20泡沫吸波材料，面密度降低30%，達到1.4kg/m2，2GHz~4GHz頻段內吸收率由5dB提高到10dB；FWXB-12蜂窩吸波材料，吸收率大于10dB，帶寬由7~18GHz拓寬到4~18GHz，同時面密度降低40%，達到1.5kg/m2。該成果在材料低頻吸收率及面密度等技術指標方面達到國際領先水平。 電子科技大學研制的FLXB泡沫和FWXB蜂窩兩類寬帶輕質高效吸波材料已在基站天線系統及手機測試箱抗電磁干擾領域得到批量應用（應用單位包括華為技術、中興通訊、摩比天線、愛立信等），通訊行業對吸波材料的需求日趨明顯，尤其是對低頻段性能的要求尤為重要，年需求量在20000平方米以上，具有重要的社會效益和十分廣闊的市場應用前景。

成果描述：研發的抗直流偏置低溫燒結鐵氧體材料主要參數滿足： 燒結溫度：900度 磁導率：70±10% 磁導率下降到70%時可承載磁場H70%＞750 A/m 性能還可根據用戶需求適當調節市場前景分析：該材料可廣泛應用與LTCC大功率和抗大直流偏置的片式功率電感的研發，市場前景非常好。與同類成果相比的優勢分析：國內目前僅有一家山東的公司在研發生產同類型的材料，但其生產材料已全部被深圳順絡電子包銷，不對外銷售。本成果研發的材料抗直流偏置特性比山東這家公司略有提升，且性能穩定，已完成中試，可實現大批量生產。

項目成果/簡介:該項目是基于固廢為原料的高性能隔熱保溫材料，包括稻殼硅，赤泥，石膏等。以及污水處理回收后的COD有機物，花生殼等農業固廢基于特色低溫燒結技術制備的高性能隔熱保溫材料。優勢是成本低，制造工藝簡單，可做成板材，涂料及異性件等。解決固廢的高附加值利用問題，具有很好的社會經濟效益。產品優勢：1） 成本低采用特殊燒結技術，燒結溫度低于1000度，比普通的隔熱材料燒結溫度低400度以上，并采用廉價的造孔劑如COD污水回收有機物等作為造孔劑，制造過程簡單。2）使用溫度范圍寬 使用溫度超過1300度，主要成分氧化硅，氧化鋁，氧化鋯，等高溫耐熱材料，也可石膏，赤泥，稻殼或復合成分，耐熱度高。3）強度高，機械力學性能好，制造工藝簡單 可以作為氈，板，或各類異性件，成型工藝簡單，不需壓力成型燒結，材料的燒結強度高，不易破碎。可以作為建筑外墻隔熱，窯爐隔熱，鋼鐵冶煉，農業等。圖1 低溫燒結的硅基致密陶瓷4）隔熱性能好 以回收污水有機物作為造孔劑，原位礦化原理合成納米材料，閉孔氣孔率高，隔熱性能好。也可直接利用稻殼中的有機固廢成分造孔。 圖2 稻殼硅基隔熱保溫材料顯微結構項目階段:項目進展：用于速熱陶瓷及金屬的隔熱保溫材料，投產階段項目目前基于稻殼硅等固廢開發了耐熱1400度以上的隔熱保溫材料，用于不銹鋼MCH速熱電煉爐隔熱保溫材料立項投產階段。同時適合用于石墨烯零秒速熱陶瓷農業地溫恒溫系統的隔熱保溫，及道路化雪材料的底板隔熱保溫用途。知識產權類型:發明專利技術成熟度:可以量產技術先進程度:達到國際先進水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:無

一、系統深入研究了作為納米場發射冷陰極的發射材料——納米氧化鋅陣列和碳納米管的制備工藝。通過工藝優化，采用水熱合成法和化學氣相沉積法分別制備出形態可控、尺寸滿足合同要求且適合作為場發射冷陰極的納米氧化鋅陣列和碳納米管。 二、在場發射冷陰極材料可控制備條件下，采用水熱合成法制備出直徑為50mm的氧化鋅納米場發射冷陰極，采用化學氣相沉積法和絲網印刷/涂敷法分別制備出直徑為50mm的碳納米管場發射冷陰極。各類納米場發射冷陰極的形態指標均滿足合同要求。 三、在線性感應加速器的脈沖電場條件下，現場測試了納米氧化鋅陣列和碳納米管場發射冷陰極的發射性能，其中氧化鋅納米棒陣列陰極、碳納米管陣列陰極、涂覆法制備的碳納米管陰極的最高發射電流密度分別達到132.42A/cm2、176.73A/cm2、343.77A/cm2。各類納米場發射冷陰極的發射性能均優于合同指標。根據用戶報告，納米場發射冷陰極的壽命達到合同要求。 四、發現了氧化鋅和碳納米管場發射冷陰極的不同強流發射特性，建立了納米場發射冷陰極的高壓脈沖發射模型，提出了納米場致發射冷陰極在高壓脈沖電場條件下存在場致發射和場致等離子體發射兩種電子發射的強流發射機理。該理論模型和發射機理具有創新性。綜上所述，本項目全面完成了合同中研究工作的內容，各項性能指標達到了項目合同要求，滿足了線性感應加速器的使用。經查新檢索及該研究中基礎理論部分發表的論文表明，本項目首次將氧化鋅陰極作為強流電子束源使用在線性感應加速器上，且使碳納米管陰極應用在加速器上得到的發射電流密度超過目前國內外報道的最高值。專家組一致認為，研究水平達到國際領先水平。