小试阶段/n项目背景:高分子材料科学是材料学科中发展最迅速的分支之一。但在配方设备和性能测试手段方面的研究相对不足，大多数企业和研究机构目前仍然采用几十年前就开发出来的常规设备。其主要缺点是耗料量大（一个配方实验需要5-50公斤新材料），性价比不高，塑化程度难以控制；操作工序多（需要几台仪器设备工作），制样质量差，材料容易氧化，劳动强度大；模具投资高（每副标准模具5000-10000元），对加工性能中主要的和常用的流变数据由于投资比较大而无法测试（一般新配方材料只有很少的量，比如仅仅50克）。主要用

本项目将静电纺丝、电化学修饰电极两种方法有机结合，从外表面、内容物及整掺杂等方面对基础纳米纤维修饰电极进行功能化，实现功能可控纳米纤维复合材料修饰电极的制备。.

研制出了多个具有自主知识产权的铁磁性非晶、纳米晶软磁合金材料，具有优异的力学性能、软磁性能、耐蚀性能及对染料废水高效降解性能，具体研究成果包括：（1）高饱和磁感低损耗纳米晶软磁合金：研制了FeSiBPCu系列纳米晶软磁合金，饱和磁感应强度达1.8T以上，1.5T/50Hz条件下的铁损仅为0.29W/kg，是高级取向硅钢铁损的1/2，技术性能远优于日本主要生产和大力推广的FINEMET纳米晶合金系列产品，在高效节能电机、无线充电系统、新能源汽车等技术领域具有广阔市场前景；（2）铁磁性非晶合金构件涂层：制备了厚度达9mm的非晶合金构件涂层，非晶度90%以上，孔隙率低于1%，平均硬度达976HV，内聚强度为237MPa；利用激光熔覆技术进一步改善其力学性能，断裂强度达1800Mpa，具有优异的耐蚀性能和耐摩擦磨损性能，适用于各种功能构件的在线修复；（3）铁基非晶合金化学性能研究：研究了FePC(Cu)、FeSiBPCu、FeBC、FeCrNbYB等非晶/纳米晶合金在对染料废水的高效降解，发现合金表面的“自更新”行为可有效提高合金的重复利用性，同时良好的热磁调谐性使合金便于降解后的自动回收，对于实现高效、低成本处理印染废水，解决水污染问题具有重要的应用价值。

浓度是衡量工业产品质量的一项非常重要的指标，采用光学原理测量浓度的方法如旋光法、分光光度法、干涉法、折射率法等，光学方法采用非接触式测量手段能够方便快速测量液体浓度，但诸多光学方法存在成本高、灵敏度低和测量范围窄等不足之处，为了避免现有技术所存在的不足，提出了一种基于光电读出技术的浓度检测仪，在降低装置成本的基础上能有效提高光电检测透明溶液浓度的灵敏度，并实现设备小型化。

振幅测量不但可广泛应用于材料的探伤，机械系统的故障诊断，结构件的动态特性分析及振动的有限元计算结果验证，而且在噪声消除以及超声电机的研究中发挥着重要的作用。目前国内外进行振动测量大多采用加速度传感器和激光多普勒测振，但是它们都只能进行单点测量，因而测量速度很慢。近年来，电子散斑振动测量发展很快。大振幅测量系统国内外已有初级产品出售，其价格也非常昂贵。价格高

该成果通过分子设计构建了一系列芳腈基聚合物，发明了荧光性、磁性、导电/介电性的芳腈基聚合物与先进功能材料，获得了中国发明专利25项。突破了合成控制、产品纯化、环保处理与规模装备等关键技术，形成了1000吨级聚芳醚腈产业化合成成果及其系列先进复合材料、薄膜、纤维应用技术；获得了500吨级的邻苯二甲腈树脂合成装备及耐高温先进复合材料应用技术。取得的大部分发明成果近三年共产生经济效益超过10亿元，取代了部分相关产品的进口。 左图：芳腈基聚合物，复合材料及加工型材的实物照片 右图：芳腈基聚合物材料的工业化生产装置图

半导体纳米线是一种独特的准一维纳米材料。它不仅是电荷的最小载体，也是构建新的复杂体系和新概念纳米器件的基元。在该领域中，新现象和新概念层出不穷，推动着材料、物理、化学等交叉学科的发展，并将对未来电子、光电子、通讯等产业产生重大影响。在这一当今最前沿的研究领域中，国际上尤其是发达国家集中了最精锐的研发力量，以期望在纳米器件的实用化方面有所突破，在未来高科技争夺战中，保持领先并居于主导地位。在纳米研究领域，美国政府仅在2005年就投入10亿美元，而日本在同一年的投入约12亿美元。 我国的《国家中长期科技发展规划纲要》中也已经把纳米科技作为基础研究重大研究计划，列入重点支持范围。其中一维功能纳米材料的控制合成、性能调控及应用研究是目前纳米材料研究的世界热点。 张跃教授承担了973、863、重大国际合作、自然科学基金杰出青年基金和面上项目等各类纳米研究方向的课题，通过创新合成方法、优化合成工艺，实现了多种形貌的一维功能纳米材料的可控制备，利用等多种手段对纳米材料的形貌、结构进行了表征，并对其生长机理、力学性能以及光致发光、场发射、导电性等物理性能进行了系统和深入的研究，特别是在碳纳米管及ZnO纳米阵列的实际应用领域取得了重要突破，其代表性成果包括： 1.改进了ZnO和掺杂ZnO一维纳米材料的制备方法。采用化学气相沉积法，在较低温条件下，通过不同工艺成功制备了纯ZnO及In、Mn、Sn等掺杂ZnO纳米棒、纳米线、纳米带、纳米电缆、纳米阵列、四针状纳米棒、纳米梳、纳米盘等多种形貌结构的纳米材料，实现了一维ZnO纳米材料较低温度条件下形态和尺度控制生长，产物品质纯净、产率高、质量好，易于工业化生产。制备方法受到国际同行的高度评价，认为是半导体制造领域中氧化物纳米结构集成方法的重大进步，不仅对从事纳米材料研究的科学家，而且对半导体产业意义重大。有关双晶ZnO纳米带的论文发表在国际知名期刊Chemical Physics Letters (2003，375：96-101)上，论文被引用60余次，位列该期刊2003至2007年被引用前50名之内。 2.提出了一维氧化锌纳米材料新的生长机理。首次合成四针状纳米氧化锌材料并揭示了该结构的八面体孪晶核生长的理论模型，该研究结果的论文发表在Chemical Physics Letters (2002,358:83-86)上，被他引更是达到了130 余次。首次发现和论证了一维氧化锌纳米结构中的螺旋位错诱导晶体生长机理，观察到了一维氧化锌纳米材料存在的大量螺旋位错、周期性的位错及生长台阶，发现生长是沿着位错进行，且与其伯格斯矢量的方向一致。 3.原位研究单根ZnO和In-ZnO纳米线的力学行为。利用TEM对单根纳米线加载交变电压使其发生共振，原位测量其本征共振频率，通过计算得出氧化锌纳米线的弯曲模量。氧化锌纳米线可以构建纳米悬臂梁和纳米谐振器，通过氧化锌纳米线构建的纳米秤，测量了黏附在纳米线自由端的纳米颗粒质量。该研究论文发表在英国物理协会的期刊J. Phys.: Condens. Matter( 2006, 18 (15), L179-L184)上，被评为该期刊2006年度的顶级论文(Top paper)，位列其中第九名，是该年度该期刊22篇Top papers研究论文中唯一由中国研究人员完成的成果。 4.合成了多种ZnS准一维纳米材料，并提出了四针状ZnS纳米结构的生长机理，指出其生长过程由立方相形核和六方相孪晶生长机制共同控制。同时率先报道了ZnS四针状纳米材料的光致发光性能，发光波长相对其它ZnS 纳米材料发生蓝移4.8~32.8nm。该研究论文发表在国际著名期刊Nanotechnology (18 (2007) 475603)上，在发表后的第一个季度内，下载量就超过250次，成为该期刊排名前10％的热点文章。 5.碳纳米管及ZnO纳米阵列的实际应用取得了重要突破。采用涂敷和CVD两种方法成功制备了多种大面积碳纳米管阴极，采用水热合成法制备了大面积一维纳米ZnO阵列阴极。首次研究了纳米阴极的强流脉冲发射性能，其中碳纳米管阴极的发射电流密度高达344 A/cm2，ZnO阴极的发射电流密度达到123A/cm2。系列研究成果发表在Carbon、Appl. Phys. Lett.等国际著名期刊上。研制的多种纳米阴极在线性感应加速器上已经得到成功应用，阴极的发射电流强度及发射电子的均匀性远远高于现有的阴极性能指标。 张跃教授有关纳米材料的研究成果获教育部高等学校科学技术奖（自然科学奖）二等奖1项（2006-052），完成专著1部，另合作出版专著1部，发表论文80 余篇（其中SCI 40余篇、EI 近20 篇），重要成果发表在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.等国际知名期刊上，申报12项发明专利（已授权5项）。发表研究论文中的4 篇代表性论文，已被引用300余次，单篇他引超过130次。