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配位聚合物是由無機(jī)金屬中心與橋連的有機(jī)配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。 一、項(xiàng)目進(jìn)展 創(chuàng)意計(jì)劃階段 二、負(fù)責(zé)人及成員 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 入學(xué)/畢業(yè)時(shí)間 祝渙鈞 化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè) 2019年9月至2023年6月 吳凌志 化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè) 2019年9月至2023年6月 鄭毅 化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè) 2019年9月至2023年6月 王梓 化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè) 2019年9月至2023年6月 武辰禹 化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè) 2019年9月至2023年6月 三、指導(dǎo)教師 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 職務(wù)/職稱 研究方向 覃玲 化學(xué)與化工學(xué)院 副教授 多功能配位聚合物材料的合成及應(yīng)用研究 四、項(xiàng)目簡(jiǎn)介 配位聚合物是由無機(jī)金屬中心與橋連的有機(jī)配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。它具有多樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且稀疏多孔，密度較低。這些特點(diǎn)使得它在吸附，催化，儲(chǔ)能的各個(gè)方面有著優(yōu)良的效果。 本項(xiàng)目主要目的在于合成鈷/鎳基配位聚合物，選擇合適的有機(jī)配體與金屬離子鈷/鎳通過配位鍵構(gòu)筑得到鈷鎳基配位聚合物，利用單晶衍射、元素分析、紅外光譜等方法對(duì)其結(jié)構(gòu)及組成進(jìn)行表征，或者通過合成和摻雜的方式，調(diào)控它的析氫性能，設(shè)計(jì)出高催化活性和穩(wěn)定性、低成本的非貴金屬催化劑。 項(xiàng)目組成員通過設(shè)計(jì)選擇有機(jī)配體與金屬離子，通過溶劑熱方法合成了多種金屬有機(jī)框架材料，并將其熱解得到衍生材料。通過線性伏安掃描法等多種實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試了它們的電催化性能，其中化合物Ni-MOF的初始電位為-356mV，Tafel斜率127.3 mV⋅dec-1。Co-MOF通過摻雜Zn2+后，過電位降低到-307 mV，Tafel斜率150.2 mV⋅dec-1。我們還合成了一種對(duì)金屬離子（Fe3+）與抗生素（加替沙星）有明顯檢測(cè)效果的鋅基材料，可作為多功能探針檢測(cè)水中金屬離子和抗生素的殘余量。由于化合物沒有催化位點(diǎn)，我們通過摻雜鈷金屬的方式，改善了它的電催化析氫性能，使它具有較低的初始電位(-423 mV)、較低的Tafel效率(101.9 mV⋅dec-1)和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。 項(xiàng)目為研究高性能和穩(wěn)定性的HER電催化劑及金屬離子和抗生素?zé)晒馓结槻牧系脑O(shè)計(jì)合成提供了可行的思路。

電脈沖可以顯著改變材料微觀結(jié)構(gòu)演化路徑和擴(kuò)展材料微觀結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)范圍；為材料加工和新材料的制備提供了新的廣闊空間。電脈沖退火快速?gòu)?qiáng)化亞微米純鋁，短時(shí)間電脈沖退火降低拉錯(cuò)密度且不引起晶粒尺寸增大，液氮下電脈沖處理可以析出致密的納米析出相，提升材料性能。

新型無石棉短纖維增強(qiáng)橡膠基密封復(fù)合材料制備技術(shù)：本項(xiàng)目制備開發(fā)的短纖維增強(qiáng)NAFC材料具有耐高溫（300攝氏度）、低蠕變、高強(qiáng)度、低成本的特點(diǎn)，且其制備工藝單，基本沿用了傳統(tǒng)CAF材料的生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)NAFC材料性能的要求，且某些指標(biāo)已經(jīng)超過了國(guó)外同類進(jìn)口產(chǎn)品。 非石棉密封復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)：本項(xiàng)目所開發(fā)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)包括壓縮回彈率、泄漏率、應(yīng)力松弛率、外觀質(zhì)量等均符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的要求，其使用性能達(dá)到甚至超過國(guó)外知名企業(yè)同類產(chǎn)品的性能指標(biāo)，可替代國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品。 密封件及其防松弛元件生產(chǎn)技術(shù)及裝備：項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已開發(fā)出密封元件分級(jí)制造新技術(shù)以及工藝參數(shù)可控制的國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的靜密封件生產(chǎn)裝備，包括新型纏繞機(jī)、金屬包復(fù)墊滾壓成型機(jī)、石墨復(fù)合墊剪圓及包邊機(jī)等。采用上述技術(shù)和裝備可生產(chǎn)出滿足不同工況條件的高質(zhì)量靜密封產(chǎn)品。此外,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)了高溫連接用防松弛技術(shù)及其相應(yīng)的元件，可提供成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。

石墨烯具有優(yōu)異的機(jī)械,導(dǎo)電以及導(dǎo)熱性能,在納米科學(xué)和材科領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值,尤其是在電容器,傳感器,柔性薄膜電路以及復(fù)合材料等方面已經(jīng)吸引全球科學(xué)界和工業(yè)界廣泛的關(guān)注。本技術(shù)以氧化石墨烯(GO)為前驅(qū)體,同步還原與修飾GO,制備了多種環(huán)氧/石墨烯功能納米復(fù)合材料該石墨烯氣凝膠具有低密度,開孔結(jié)構(gòu),高導(dǎo)電性以及良好的機(jī)械性能與成型性等優(yōu)點(diǎn)。通過真空輔助浸漬成型法,制備了高導(dǎo)電的環(huán)氧／三維石墨烯納米復(fù)合材料,當(dāng)石墨烯含量為體積分?jǐn)?shù)適當(dāng)時(shí),復(fù)合材料的電導(dǎo)率達(dá)到4×10-2S/m,比純環(huán)氧基體提高了13個(gè)數(shù)量級(jí)。良好導(dǎo)電性能的原因是石墨烯氣凝膠在制備復(fù)合材料過程中保持了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整性,而且與聚合物基體浸潤(rùn)性良好。

"該成果獲2018年度高等學(xué)校科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）自然科學(xué)類一等獎(jiǎng)，系統(tǒng)研究了磁性納米材料的控制制備及表面修飾，研究成果發(fā)表在Coll. Surf. A與Nanoscale Res. Lett.，共計(jì)被SCI正面他引260篇次。研制出10L納米g-Fe2O3弛豫率國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW（E）130387），教育部組織的科技成果鑒定認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白，對(duì)磁共振成像造影劑研制、生產(chǎn)及臨床應(yīng)用具有重要意義。提出了一種交變磁場(chǎng)誘導(dǎo)磁性納米顆粒組裝的新機(jī)制，制備得到具有各向異性磁熱效應(yīng)的水凝膠，結(jié)果發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等專業(yè)期刊上，被同行認(rèn)為“交變磁場(chǎng)組裝磁性納米顆粒是過去十幾年來除了靜磁場(chǎng)控制組裝以外首次提出的新的組裝方式和機(jī)制”，“首次制備具有各向異性磁熱效應(yīng)的磁性水凝膠”，“在未來的臨床熱療中具有重要應(yīng)用前景”。

研制出了多個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鐵磁性非晶、納米晶軟磁合金材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、軟磁性能、耐蝕性能及對(duì)染料廢水高效降解性能，具體研究成果包括：（1）高飽和磁感低損耗納米晶軟磁合金：研制了FeSiBPCu系列納米晶軟磁合金，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)1.8T以上，1.5T/50Hz條件下的鐵損僅為0.29W/kg，是高級(jí)取向硅鋼鐵損的1/2，技術(shù)性能遠(yuǎn)優(yōu)于日本主要生產(chǎn)和大力推廣的FINEMET納米晶合金系列產(chǎn)品，在高效節(jié)能電機(jī)、無線充電系統(tǒng)、新能源汽車等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊市場(chǎng)前景；（2）鐵磁性非晶合金構(gòu)件涂層：制備了厚度達(dá)9mm的非晶合金構(gòu)件涂層，非晶度90[[%]]以上，孔隙率低于1[[%]]，平均硬度達(dá)976HV，內(nèi)聚強(qiáng)度為237MPa；利用激光熔覆技術(shù)進(jìn)一步改善其力學(xué)性能，斷裂強(qiáng)度達(dá)1800Mpa，具有優(yōu)異的耐蝕性能和耐摩擦磨損性能，適用于各種功能構(gòu)件的在線修復(fù)；（3）鐵基非晶合金化學(xué)性能研究：研究了FePC(Cu)、FeSiBPCu、FeBC、FeCrNbYB等非晶/納米晶合金在對(duì)染料廢水的高效降解，發(fā)現(xiàn)合金表面的“自更新”行為可有效提高合金的重復(fù)利用性，同時(shí)良好的熱磁調(diào)諧性使合金便于降解后的自動(dòng)回收，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效、低成本處理印染廢水，解決水污染問題具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

研制出了多個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鐵磁性非晶、納米晶軟磁合金材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、軟磁性能、耐蝕性能及對(duì)染料廢水高效降解性能，具體研究成果包括：（1）高飽和磁感低損耗納米晶軟磁合金：研制了FeSiBPCu系列納米晶軟磁合金，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)1.8T以上，1.5T/50Hz條件下的鐵損僅為0.29W/kg，是高級(jí)取向硅鋼鐵損的1/2，技術(shù)性能遠(yuǎn)優(yōu)于日本主要生產(chǎn)和大力推廣的FINEMET納米晶合金系列產(chǎn)品，在高效節(jié)能電機(jī)、無線充電系統(tǒng)、新能源汽車等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊市場(chǎng)前景；（2）鐵磁性非晶合金構(gòu)件涂層：制備了厚度達(dá)9mm的非晶合金構(gòu)件涂層，非晶度90%以上，孔隙率低于1%，平均硬度達(dá)976HV，內(nèi)聚強(qiáng)度為237MPa；利用激光熔覆技術(shù)進(jìn)一步改善其力學(xué)性能，斷裂強(qiáng)度達(dá)1800Mpa，具有優(yōu)異的耐蝕性能和耐摩擦磨損性能，適用于各種功能構(gòu)件的在線修復(fù)；（3）鐵基非晶合金化學(xué)性能研究：研究了FePC(Cu)、FeSiBPCu、FeBC、FeCrNbYB等非晶/納米晶合金在對(duì)染料廢水的高效降解，發(fā)現(xiàn)合金表面的“自更新”行為可有效提高合金的重復(fù)利用性，同時(shí)良好的熱磁調(diào)諧性使合金便于降解后的自動(dòng)回收，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效、低成本處理印染廢水，解決水污染問題具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1.痛點(diǎn)問題 新材料的設(shè)計(jì)與研發(fā)往往面臨挑戰(zhàn)：急需的新材料難以快速篩選設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)出的新材料又難以找到高效且低成本的合成配方，擁有合成配方的新材料又會(huì)面臨規(guī)模化的長(zhǎng)周期探索。根據(jù)國(guó)家工業(yè)和信息化部對(duì)30余家大型骨干企業(yè)調(diào)查結(jié)果顯示，130種關(guān)鍵材料中，有32%國(guó)內(nèi)完全空白、54%雖能生產(chǎn)，但性能穩(wěn)定性較差、只有14%左右可以完全自給，亟需新思路來解決我國(guó)新材料研發(fā)難題。本項(xiàng)目著眼于新材料研發(fā)，希望通過創(chuàng)建目前業(yè)內(nèi)空白的智能化新材料研發(fā)范式，引領(lǐng)行業(yè)智能材料開發(fā)自動(dòng)化服務(wù)與工藝的開發(fā)。 在數(shù)字化、智能化浪潮中，國(guó)家和各行業(yè)的產(chǎn)業(yè)界都非常看重科研的智能化升級(jí)。通過持續(xù)的交流與調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)許多企業(yè)和研發(fā)團(tuán)隊(duì)目前對(duì)智能研發(fā)存在大量潛在需求，而智能研究服務(wù)與工藝的同類競(jìng)品極少。因此，清華智研將作為一家高新科技企業(yè)，以AI賦能研發(fā)（AIEmpoweringResearch&Development）為使命，組建國(guó)際頂尖水平團(tuán)隊(duì)，向國(guó)內(nèi)引進(jìn)并自主開發(fā)世界前沿的AIforScience技術(shù)，打造世界級(jí)的AI未來實(shí)驗(yàn)室（World-ClassAIFutureLab）。 2.解決方案 本技術(shù)為新材料研發(fā)數(shù)字化智能服務(wù)平臺(tái)，可在材料研發(fā)過程中對(duì)各個(gè)尺度以及不同研發(fā)階段下進(jìn)行智能化的加速及分析服務(wù)。以各種人工智能算法為核心，如主動(dòng)學(xué)習(xí)算法，圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，我們根據(jù)不同材料體系的尺度包括三大方面：1.針對(duì)分子及晶體等微觀尺度的功能材料研發(fā)，設(shè)計(jì)智能化的深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)。2.針對(duì)二維功能材料及其功能性器件、催化劑、膜材料等宏觀尺度，設(shè)計(jì)智能化的深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)。3.針對(duì)功能材料研發(fā)的表征儀器等平臺(tái)尺度，設(shè)計(jì)智能化的系統(tǒng)解決方案。這些智能化解決方案能極大地加速新材料尤其是碳中和相關(guān)材料的研發(fā)速度，從而大大地降低研發(fā)成本與時(shí)間，為企業(yè)獲得有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的科研壁壘。 自動(dòng)化和人工智能助力未來智能實(shí)驗(yàn)室的方方面面，從樣品制備（稱量固體、添加液體、超聲處理.等)，到合成（分配液體，控制溫度，混合，測(cè)量pH值，干燥等)、表征（氣相色譜，高效液相色譜，分光光度法等)，通過自動(dòng)化/機(jī)器人的輔助，可以有效提高可重復(fù)性，提高信噪比，加快實(shí)驗(yàn)速度。通過人工智能技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可操作的智能指導(dǎo)，快速瀏覽并利用復(fù)雜的數(shù)據(jù)，提升認(rèn)知能力。 智能化研發(fā)平臺(tái) 3.合作需求 擬成立公司推動(dòng)該項(xiàng)成果的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，希望對(duì)接 1）工程化、產(chǎn)品化所需的資源； 2）新能源、新材料領(lǐng)域合作企業(yè)。

山東精創(chuàng)磁電產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司成立于2017-06-08，法定代表人為謝真，注冊(cè)資本為5000萬元人民幣，統(tǒng)一社會(huì)信用代碼為91371300MA3DTENB74，企業(yè)地址位于山東省臨沂高新區(qū)雙月湖路282號(hào)2號(hào)樓101，所屬行業(yè)為科技推廣和應(yīng)用服務(wù)業(yè)，經(jīng)營(yíng)范圍包含：新型功能軟磁復(fù)合材料的生產(chǎn)（未經(jīng)環(huán)保主管部門批準(zhǔn)前不得經(jīng)營(yíng)）、銷售、技術(shù)研發(fā)、技術(shù)咨詢。

聚合物基復(fù)合材料表面金屬化常用的方法有真空蒸鍍金屬法、真空離子鍍金屬法、電鍍法、化學(xué)鍍法、電鑄法、表面直接噴涂金屬法等。這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)：如真空蒸鍍和真空離子鍍的鍍層厚度均勻，但所需設(shè)備昂貴且制件尺寸受設(shè)備大小限制，涂層較薄且制備成本較高。電鍍法工序復(fù)雜，鍍層附著力相對(duì)較低；化學(xué)鍍是大多數(shù)電鍍工藝中都必須涉及到的，通常作為塑料制品電鍍的前處理工藝，其優(yōu)點(diǎn)是鍍層致密、孔隙率低、適用的基體材料范圍廣，可在金屬、無機(jī)非金屬及有機(jī)物上沉積鍍層；缺點(diǎn)是鍍液壽命短、穩(wěn)定性差，鍍覆速度慢、不易制備厚涂層，存在環(huán)境污染。電鑄法可制取高光潔度、高導(dǎo)電性、高精度、內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制件，但每做一個(gè)制件就需一個(gè)模具，模具成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)。熱噴涂法是把金屬顆粒加熱到熔融狀態(tài)后沉積到基板或工件表面形成涂層；但聚合物基板材料的熔點(diǎn)很低，熱噴涂時(shí)熔融金屬顆粒和高溫焰流將對(duì)聚合物基板材料表面產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞；而且由于熱噴涂的加熱溫度較高，所制備的金屬涂層由于氧化和孔隙的產(chǎn)生很難滿足使用要求。 冷噴涂技術(shù)不需要或者只需要很少量的熱量輸入，加熱溫度低、顆粒飛行速度高，這就有效防止了熱噴涂時(shí)的熱影響，減少了基體表面三維畸變，涂層中氧化、相變的發(fā)生，涂層殘余熱應(yīng)力小，可制備厚涂層；另外，與熱噴涂一個(gè)相同的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是通過機(jī)械手挾持噴槍或者把基體工件放在數(shù)控工作臺(tái)上，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一些復(fù)雜表面、較大工件的噴涂，加工靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。目前可制備純Al涂層和Al-Cu等多層結(jié)構(gòu)。 已申請(qǐng)專利：“一種聚合物基復(fù)合材料表面金屬化涂層的制備方法及裝置”，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺?01010588064.X.，專利申請(qǐng)時(shí)間：2010.12.14，專利公開日：2011.05.18