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傳統的硬質合金工模具材料耐磨性和強韌性難以兼得，而其中的鎢、鈷元素屬于稀有貴重元素。本項目所采用的Ti(C,N)基金屬陶瓷不但具有較高的硬度、耐磨性、紅硬性、優良的化學穩定性和高溫抗氧化性、與金屬間極低的摩擦系數、無磁性、而且還具有較高的強韌性，不含稀有貴重元素，其制造成本僅為硬質合金的35～40%，已在市場上得到較廣泛的應用。該成果發明了系列無鈷金屬陶瓷強韌化、無磁化制備技術，開發了系列高性能低成本無鈷金屬陶瓷材料，是硬質合金理想的升級替代材料，也具有陶瓷材料、聚晶立方氮化硼等超硬材料難以相比的強韌性。?技術特征該材料主要性能指標可達：硬度≥92.2HRA，抗彎強度≥3250MPa，斷裂韌性≥9.4 MPa·m1/2。獲得相關授權國家發明專利8項，相關技術曾獲國家技術發明二等獎，達到國際先進水平。應用范圍:主要用途：①適用于制作各種可轉位刀片，用于難加工材料的干式切削；②適合用于制作加工磁性材料的刀具和成型模具；③用于碳纖維預浸料的切割時，使用的穩定性和壽命大大高于目前進口產品；④適合于制作電子元器件生產及激光加工生產線中的專用模具，綜合性能優良；⑤適合制作苛刻環境下使用的密封環和耐磨件。

研發階段/n目前國內生產使用的主要是金屬關節，雖然其價格低廉，但仍存在斷裂、腐蝕、股骨頭磨損等問題，進口人工關節價格昂貴。高純氧化鋁生物陶瓷適用于矯形關節假體部件的替代材料及制品，是一種生物相容性好、耐腐蝕及耐磨損的生物惰性材料。氧化鋁陶瓷與金屬復合的人工關節，結合了陶瓷生物相容性好、耐磨及金屬抗折強度高、韌性好的優點，開發生物陶瓷與金屬復合及配伍的人工髖關節，能改變目前國內無生物陶瓷人工關節生產的局面，提高我國人工關節產品的檔次，參與國外產品的競爭，為我國髖關節患者提供高質量、價廉的人工髖關節產品

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。

本項目以連續纖維增強熱塑性聚合物基高性能復合材料零件直接3D打印為目標，采用連續纖維與熱塑性聚合物為原材料，利用復合浸漬-熔融沉積的3D打印工藝實現高性能復雜結構復合材料構件的低成本一體化快速制造，打印的復合材料零件的拉伸與彎曲強度分別達到340MPa與390MPa,該技術既改進了傳統3D打印零件強度不足的缺點推動了3D打印技術向工業化應用的進程，又克服了傳統復合材料成型工藝成本高、周期長的技術瓶頸促進了復合材料在將來的進一步發展與應用，是一次具有革命性的創新與突破。該技術屬于國內首創，獲得多項自主知識產權，受到國內外越來越多機構的關注，在國內，本項目得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、載人航天等項目的支持，開展關于工藝機理與裝備等方面的研究，探索該工藝在航空航天領域的應用前景，在國外，分別與德國、俄羅斯等研究單位合作對該工藝的材料以及結構設計開展研究，研究水平國內外領先。在當今全球3D打印領域快速發展的形勢下，復合材料3D打印具有巨大的發展前景，據SmarTech預測，至2026年全球用于3D打印的復合材料收入將超過5億美元，未來十年內復合材料將成為3D打印最主要的市場機遇，目前該項技術已經開發出了成熟的工業設備，形成了成熟的裝備-材料-工藝體系，具備了商業化應用的條件，已經初步在復合材料輕質結構等方面得到應用，隨著該技術的成熟，將來必將在航空航天、汽車交通甚至民用領域得到廣泛的應用。本項目目前正在積極尋求具有熱塑性復合材料界面改性、基體材料開發、復合材料結構設計以及復合材料應用等方面特長的合作單位共同推動該新型技術的工業化進程。

 在可再生能源日益短缺及溫室效應日趨惡劣的嚴峻形勢下，Seebeck效應作為一種新的能源轉化方式，可以有效地將日常生活及工業生產廢熱和不能被太陽能電池有效吸收的紅外波段轉化為亟需的電能，故而引起了科研工作者們的廣泛關注。衡量熱電材料能量轉化效率的最重要的指標是其品質因子ZT(=S2σT/κ)，如何提高材料的品質因子是熱電科研工作者們普遍關注的問題。     由于本征的納米析出相以及價鍵非簡諧性(bond anharmonicity)的存在, BiAgSeS具有非常低的本征熱導率κ；然而，因其過低的載流子遷移率極大地限制了其功率因子S2σ。何佳清教授課題組巧妙地將在二維薄膜中廣泛運用的調制摻雜(modulation doping)技術推廣到三維塊體BiAgSeS材料中，使用具有不同載流子濃度的異質晶粒構建三維復合結構，從而極大地提升了該材料中的載流子遷移率，使得功率因子S2σ相對于均勻摻雜的對照樣品提升了約87%，進而顯著地提升了BiAgSeS材料的熱電轉化效率。文章結合了透射電子顯微術和理論計算對在n型BiAgSeS三維塊體復合材料中運用調制摻雜改進載流子遷移率的物理機制做了深入的探討；該工作對調制摻雜技術在三維塊體熱電材料中的廣泛運用頗具啟發意義。

對于各種顆粒、纖維增強復合材料，目前主要采用大規模的宏觀力學實驗尋找力學性能變化規律，進而為提高材料力學性能提供支持，實驗繁雜，周期長，投入大。采用顯微鏡原位力學性能測試方法，對復合材料在各種外力作用下的破壞過程進行細觀觀測，有助于對填料、纖維的增強效果及其對復合材料力學性能的影響進行研究，進而探尋影響材料力學性能的主要因素，可大大節約開發成本，提高開發效率。但目前國內所具有的細觀力學性能觀測條件主要利用帶有原位加載臺的掃描電鏡技術，該實驗系統成本昂貴，國內僅有少數幾家科研院所擁有此設備，主要適于科

以高性能纖維（玻纖、碳纖、芳綸等）為增強體，通過自有獨特專利技術制 備三維正交、角聯鎖、間隔型機織物以及三維多向編織物，并通過樹脂改性、復 合成型等技術集成制備成系列三維機織、三維編織復合材料。系列結構材料具有 質輕、高強、高模、耐沖擊等性能、阻燃、隔音、隔熱等特性，可廣泛用于交通 工具、體育用品、軍事、安全防護等領域。321 2 關鍵技術 ① 重構出“纖維-預制件-復合材料”在空間位置的真實圖像，再現復合材 料內部纖維束空間路徑、偏轉和纖維束間的接觸狀態，定量揭示工藝織造參數之 間的關聯關系；基于連續介質假設和有限變形理論，建立三維機織多尺度結構設 計方法。 ②以界面相的微觀結構為切入點，從設計合理的碳纖維-環氧樹脂界面微結 構入手，將碳納米材料作為納米改性劑引入碳纖維/環氧樹脂復合材料界面中， 揭示其界面增強增韌機理，最終確立界面、結構與性能的關聯機制。 3 知識產權及項目獲獎情況 （1）一種用于寬幅扁平碳纖維絲束的連續定型工藝 ZL 201010519415.1 （2）一種適用于無彎曲織物織造的夾頭 ZL201310303000.4 （3）一種適用于無彎曲織物織造的送經裝置 ZL201310302349.6 （4）一種無彎曲織物織造的緯紗遞進裝置 ZL201310302920.4 （5）一種體密度梯度變化的碳纖維針刺預制體 ZL201410159117.4 （6）一種深交聯結構碳纖維增強酚醛樹脂基摩擦材料及其制備方法 ZL201501531119.6 4 項目成熟度 成熟度 5 級 5 投資期望及應用情況 可廣泛用于交通工具、體育用品、軍事、安全防護等領域。 

在 Nature，Science，Physical Review Letters，Advanced Materials 等學術刊物上發表論文 200 余篇，申請中國發明專利 65 件，授權發明專利 22 件。2010 年相關塊體非晶復合材料韌化的工作被 Nature-Asia Materials 做專題評述，多項其它工作還被 Science，Materials Today，Nature 等學術雜志做專題評述以及其它世界各國媒體報道。在新一代超高強鋼和先進耐熱鋼研究上取得了國際水平的研究成果，其中關于超高強鋼的成果被國際權威給予很高的評價，同時被科技部評為“2017 年度中國科學十大進展”并在央視新聞聯播報道。超高強鋼；先進高熵合金；塊體非晶合金；非晶納米晶軟磁合金；非晶態耐磨耐蝕合金；非晶與高熵合金釬焊材料；高熵合金生物材料；高強耐蝕鎂合金。

一、項目分類 顯著效益成果轉化 二、成果簡介 本項目開創性地將石墨烯用于包覆鈦酸鋰，通過獨特的加工工藝制得業內領先的石墨烯包覆鈦酸鋰材料，有效地解決了鈦酸鋰負極材料的產氣問題，并以此為基礎制得了高性能的鈦酸鋰超級電池。該電池單體可8C持續放電，20C脈沖放電，充放電循環大于30000次，10分鐘可充電90%以上，低溫性能優異（可在-40度環境下放電）。 石墨烯具有高導電性和優良的電化學穩定性，通過石墨烯的均勻包覆改善了鈦酸鋰的電子電導性，進而提升了電池的大倍率充放電能力和高低溫性能。同時，石墨烯包覆降低了材料充放電過程中的極化，提高了材料的容量發揮，通過鈍化鈦酸鋰材料表面的活性位點，解決了其產氣問題。利用該負極材料做成鈦酸鋰超級電池，具有優異的倍率充放電性能、長壽命、高安全性能和優異的低溫充放電性能。 本項目首先開發了石墨烯包覆的鈦酸鋰材料，采用高溫固相法合成，X射線衍射圖譜證明其為標準的鈦酸鋰尖晶石結構，微觀上由100-200nm的一次顆粒組成的微米和亞微米級二次球形顆粒，D50為15±5μm，1C可逆容量大于155mAh/g。 獲得了基于石墨烯包覆鈦酸鋰負極材料的鈦酸鋰超級電池，通過串并聯成組后可以用于低溫啟動電源，軌道交通，儲能等領域，在長壽命、高安全、快充和低溫充放電領域具有廣闊的應用前景。

可以量產/n成果簡介：近幾年來,中國的轎車市場每年新增的車型不下百款,由于汽車大部分零部件是由模具制造成型的，僅每年新開模具就超過100億元，因此提高模具制造質量及壽命對汽車產品質量和汽車行業的發展至關重要，具有極大的經濟效益和社會效益。本成果借助大型熱力學和動力學計算軟件Thermo-calc&Dictra，在H13鋼基礎通過優化合金成分并添加微量的鈮，在保持H13鋼原有優異性能的前提下，改善H13鋼的熱疲勞性能，從而出開發一種新型優質的汽車用熱作模具鋼HG1鋼。同時結合表面處理新工藝，將