成果与项目的背景及主要用途： 泡沫铝材是一种新型的功能材料，一般孔隙率在 45％～98％之间，根据孔 隙特点分为开孔与闭孔两种，各国学者早在 40 年代后期就对泡沫金属材料有所 研究，但由于发泡工艺与孔的尺寸很难控制，一直未得到发展，直到 80 年代中 期以后才取得长足进展，开发出了一些有工业价值的生产工艺。目前，日本与德 国在研究、生产与应用泡沫铝材与其他金属泡沫方面居世界领先地位。我国对泡 沫铝材的研究始于 80 年代后期，并取得了一系列的研究成果，但尚未取得突破 性的成就，仍处于起步阶段。 目前，泡沫铝的应用主要有：防火和吸音板、冲击能量吸收材料、建筑板、 半导体气体扩散盘、热交换器、电磁屏蔽物等方面。还应用于冶金、化工、航空 航天、船舶、电子、汽车制造和建筑业等领域，应用范围还在不断扩大。 技术原理与工艺流程简介： 本课题采取的是传统的粉末冶金工艺，把铝粉和造孔剂混合后，压制成预制 件，在热水中将造孔剂溶解掉，然后在真空炉中对预制件进行真空烧结，就得到 了开孔泡沫铝。本试验方法具有以下优点： 1.采用的粉末冶金法可以制备复杂形状的试样，工艺简单容易实现。 2.通过改变工艺参数可以十分容易地控制孔隙率、孔形状及孔的大小。这一 点是其它方法难以做到的。 3.采用的造孔剂为尿素、碳酸氢铵，成本低、形状可控且容易去除。 技术水平及专利与获奖情况： 1. B. Jiang, N.Q. Zhao, C.S. Shi, J.J. Li. Processing of open cell aluminum foams with tailored porous morphology. Scripta Mater 53(2005)781-785.(JCR 工程技术 二 区，2004 年影响因子 2.112,检索号：952BD.同时被 Ei 检索，检索号：05289206237) 2. B. Jiang, N.Q. Zhao, C.S. Shi, X.W. Du, J.J Li, H.C.Man. A novel method for making open cell aluminum foams by powder sintering process. Mater lett 59(2005)3333-3336. (JCR 工程技术 三区，2004 年影响因子 1.186) 113天津大学科技成果选编 3. 姜斌，赵乃勤. 泡沫铝的制备方法及应用进展.金属热处理. 30(2005)36-40. （Ei 检索，检索号：05279197817） 应用前景分析及效益预测： 泡沫铝以其独特的结构而具有许多优异的性能，它不仅具有多孔材料所具有 的轻质特性，还具有金属所具有的优良的力学性能和热、电等物理性能，如渗透、 阻尼、能量吸收、高比表面积、电磁屏蔽等性能。目前，泡沫铝材已经广泛应用 于防火装饰材料、冲击能量吸收材料、热交换器等。由粉末冶金法制备的泡沫铝 工艺简单，成本低廉，可以制备复杂形状的试样。并且通过改变工艺参数可以容 易地控制孔隙率、孔形状及孔的大小，这一点是其它方法难以做到的。所以本方 法有推广应用价值。 应用领域： 泡沫铝的应用主要有：防火和吸音板、冲击能量吸收材料、建筑板、半导体 扩散器盘、热交换器、电磁屏蔽物等方面。还可广泛应用于冶金、化工、航空航 天、船舶、电子、汽车制造和建筑业等领域。 合作方式及条件：合作开发 7、高附加值尖晶石结构铁酸镍/铁酸镁/铁酸锌纳米粉的制备方法 成果（项目）背景、简介及应用领域： 据市场调查公司(富士经济)的调查，纳米技术最先实现商业化的就是材料领 域。纳米材料的世界市场规模到 2015 年预计可达 15000 亿美元，其中电子学领 域最高可达 8000 亿美元；生物技术领域最高可达 3000 亿美元。 纳米材料(又称超细微粒、超细粉末)是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域 的一种典型系统，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结 构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，拥有一系列新颖的物理 和化学特性，在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用 价值。 尖晶石结构的纳米NiFe2O4作为一种陶瓷材料具有耐高温，高硬度，高强度， 114天津大学科技成果选编 热稳定性好等优点。NiFe2O4 是一种常用的软磁材料，可用作磁头材料、矩磁材 料和微波吸收材料，同时也是制备性能优良的磁电转换复合材料所选用的磁致伸 缩材料，在电子工业上具有极广阔的应用前景。NiFe2O4 还是好的气敏传感材料， 还可以作为锂电池的负极材料。 本技术是一种新颖的纳米化合物的制备方法，该法用水和热能替代传统的草 酸盐、碳酸盐等，与传统共沉淀法制备超微粉相比，由于直接利用了萃取过程中 的物料，降低了粉末的生产成本，并得到了更高纯度的产品，减少了化工原料的 消耗和废水的排放，是制备高品质超细金属氧化物材料经济便捷的绿色化学工艺。 因此，这种结合溶剂萃取制备高级无机材料的新过程是极有发展前途的新方法。 这个过程容易将沉淀粒子的大小控制在纳米范围内，从而克服了直接水解法难以 控制氧化物粒度的弊端。 成果（项目）技术特点（技术优势及主要指标）： 本项目采用先进的新方法，合成一些售价在 500~2000 元/公斤的高附加值的 纳米材料，该新技术吸收和继承了液相法的优点并解决了现有合成方法中存在的 一些不足。本技术采用低成本的原料，降低了能耗，且容易产业化。 该新技术为一步合成方法,吸收和继承了液相法的优点并解决了现有合成方 法中存在的如下问题： 1）解决了固相法中产物粒度不易控制、批次间分布不均匀，产品粒径大、 形貌不规则的问题，通过改变工艺条件，可以调节产品的形貌、粒度大小和性能。 2）本技术为一步合成法，反应在短时间内就能完成，且省去了湿化学法后 续工艺的高温煅烧和球磨过程，能直接合成纳米级或微米级的粉体。 3）通过使用有机萃取剂对亚铁离子的萃取提高了产品的纯度，通过萃取剂 的循环，降低了生产成本、减少了化工产品的消耗和排放，属洁净工艺。 4）容易实施对产品的改性。 5）原料来源广泛、制备工艺简单、流程短、耗能低、工艺条件容易掌握、 易于工业化生产。 技术水平及专利与获奖情况： 1) 申请了国家专利，并获授权：尖晶石结构铁酸镍纳米粉的制备方法， 115天津大学科技成果选编 申请号: CN200710057617.7，授权号: CN100506749，授权日: 2009.07.01 尖晶石结构铁酸镁纳米粒子的合成方法， 申请号: CN200710057615.8，授权号: CN101070192B，授权日: 2010.10.13 2) 该技术在实验室已取得决定性突破。通过与企业的合作，进一步研究开 发，可望达到或超过国际同类产品的水平。 3) 该产品已完成放大实验，经中试后，便可进行试生产和生产。 应用前景分析及经济效益预测： 本技术采用的液相合成新方法优势明显，如反应时间短，后处理简单等。而 且样品为纳米级，粒径也较均匀，这对产品的性能有很大影响。此外，有机体系 中还可以直接用纯水做反应物，无废碱排放，有机萃取剂也可以循环使用，属于 绿色工艺，具有重要的实际应用价值。 本技术的原料成本低于其它方法，设备投资小：主要设备是低压反应釜，反 应在中性的介质中和低于 150OC 的温度下进行，因而对设备的耐腐蚀性要求不 高，与目前的固相法相比设备的投资小。 本项目按照年生产能力 100 吨、原料成本 5 万元/吨、产品销售价 20 万元/ 吨计算，毛利收入 1500 万元。 技术转化条件：（包括：原料、设备、厂房面积的要求及投资规模） 1.原料，具体如下： ①镍盐：可以选用工业级的硫酸镍、氯化镍等，通过溶剂萃取提纯 Ni2+。 ②少量氨水和萃取剂(循环使用)。 2.主要设备：低压反应釜、过滤机、干燥箱、粉碎机。 3.生产用房高 4 米，其它为普通房。 4.投资规模：根据投资确定，如本年产总量 500 吨，项目开发总投资约为 2000 万元，利税可达到 3000-4000 万。 合作方式及条件：面议。

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。

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。

通过对烧结钴铁氧体进行热等静压烧结，得到钴铁氧体陶瓷材料的样品内部孔隙大大减少，致密度大于 99％；平行方向磁致伸缩系数绝对值大于 150ppm；磁致伸缩激励场低于 2000Oe。对钴铁氧体磁致伸缩材料进行热等静压处理促进了其在低场高频磁致伸缩领域的应用。 通过凝胶注模、磁场取向及常压烧结及热处里工艺，得到的钴铁氧体磁致伸缩材料<100>方向取向度大于 40％，致密度大于 99％，垂直取向方向磁致伸缩系数绝对值大于 300ppm，对应的激励场低于 2000Oe。

综述了人工钾离子通道或运输载体选择性设计及其功能特性，特别是选择性运输钾离子的功能设计，有助于进一步探究活性结构作为“过滤器”或“门控”蛋白在离子传输过程中的动态过程。综述指出人工钾离子通道一般具有以下特征：（i)钾离子结合的大环识别位点。配位后大环通道获得的能量可以补偿钾离子脱水后能量损耗。即使体系中存在过量的Na+离子，大环通道也只识别K+离子。从机理上看，该识别系统具有协同动态效应，K+离子的增加也协同驱使着大环通道对钾离子的选择性增大；（ii)能够实现分子间自组装的氢键供体与受体；(iii)具有可以嵌入疏水双层膜结构的疏水链。       该综述分析和总结了该类材料体系中跨膜传输钾离子的机理与机制；总结了人工设计自组装高选择性钾离子通道的特征，并对比了一系列的人工钾离子通道单晶结构特点及其跨膜运输的特点。

通过对烧结钴铁氧体进行热等静压烧结，得到钴铁氧体陶瓷材料的样品内部孔隙大大减少，致密度大于 99％；平行方向磁致伸缩系数绝对值大于 150ppm；磁致伸缩激励场低于 2000Oe。对钴铁氧体磁致伸缩材料进行热等静压处理促进了其在低场高频磁致伸缩领域的应用。通过凝胶注模、磁场取向及常压烧结及热处里工艺，得到的钴铁氧体磁致伸缩材料<100>方向取向度大于 40％，致密度大于 99％，垂直取向方向磁致伸缩系数绝对值大于 300ppm，对应的激励场低于 2000Oe。

开发使用绿色的纤维素基材料和一些可降解的合成高分子，可以缓解“白色污染”与“能源危机”，这符合我国提出的节能减排、低碳经济的可持续发展战略，拥有良好的发展前景。江南大学绿色功能复合材料实验室白绘宇副教授利用聚乙烯醇/纤维素体系环保廉价的优点，并对该体系进行简单快捷的光敏改性，制备出了具有阻水性能的聚乙烯醇/微纤化纤维素包装膜材料，和具有吸附性能，敏感性能以及胶粘性能的聚乙烯醇/纳米晶纤维素水凝胶材料。这些发明赋予聚乙烯醇以及纤维素等材料新的功能性，拓宽了聚乙烯醇以及纤维素的运用领域。 

用混凝土进行发泡制备轻质材料已经得到较广泛的应用，但是混凝土发泡材料比重仍然较大，应用受到限制；且混凝土发泡所用的主料水泥是用高温煅烧生产的，不仅耗能，也排放温室气体。黄土为无机类氧化物，资源丰富，价廉易得，不需要高温进行煅烧即可直接使用，本项目利用粉碎到一定细度的黄土进行发泡，制造块状泡孔材料，可用于保温、隔热、隔音、工程填土和建筑隔断等，既节能又环保。技术路线为：将黄土制成水浆料，用水溶性包覆剂在颗粒表面进行包覆处理后，在适量的水溶性聚合物、发泡剂、助剂作用下进行搅拌发泡，得到发泡浆料；将发泡浆料倒入不同的模具，待其自然干燥后，得到不同形状的黄土发泡轻质材料；或将发泡浆料直接浇注到应用场所，得到黄土发泡浇注块。本项目的技术关键在于有效地选择适当的发泡剂、添加剂，并控制好发泡时间段。该发泡材料制备工艺简单、成本低廉，有较好的经济效益。

聚合物多孔材料在高技术领域有可观的应用前景，如作为有机合成催化剂载体、生物组织工程支架等。通过高内相乳液模板法（HIPEs）制备的聚合物多孔材料具有孔径和孔容积可调等优点，是极具工业价值的一种技术。但前人的工作都基于乳液经典理论：Bancroft规则即水包油型的乳液只能采用水溶性的乳化剂，油包水型的乳液只能采用油溶性的乳化剂，这严重限制了以高内相乳液为模板制成的聚合物多孔材料的直接应用，迫使其在使用前必须经由复杂的表面功能化；且传统方法在制备稳定高内相乳液时，乳化剂占有机相5-70 wt%，大大增加了高内相乳液制备成本，并造成环境污染。本项目以一步法制备功能化聚合物多孔材料及降低HIPEs制备过程乳化剂用量为技术特点，以仅占有机相0.8 wt% 的水溶性乳化剂为稳定剂，获得稳定的、水相体积分数达96.3vol% 的油包水型高内相乳液，并聚合得到功能化聚苯乙烯-二乙烯基苯基多孔材料。该多孔材料已成功地用作有机合成的微反应器和催化剂载体，避免了高毒性有机锡类催化剂的使用，为聚合物多孔材料在绿色化学工业中直接应用提供新的途径。

1 成果简介新材料产业的发展带动了纳米粉体技术的发展，如何合理分散和使用纳米粉体材料已经成为制约该技术应用的瓶颈。因此，各类纳米粉体根据用途而进行二次加工处理，制备用户方便使用的“功能性微纳米复合粉体材料” 也就逐渐形成了市场。 该技术的特点是：借助微米级母粒子与纳米级子粒子的复合，完成对纳米粉体的有序分散和实现纳米颗粒对微米颗粒的包覆；或者是将不规则的颗粒整形处理，从而制备不同类型的功能性复合粉体，满足新材料功能的需要。这一新成果已经实现产业化，解决了许多航空、航天、电子、生物、材料、医药、涂料、冶金等行业对新一代粉体材料的需求。2 应用说明 图 1 生产功能性微纳米复合粉体材料的技术路线 采用我们研制的 PCS-II 型粉体复合机，借助机械冲击的方法对粉体颗粒进行表面处理，有目的地改变其物理化学特征、表面结构和颗粒的形貌特征。 产品的特点是：功能性：根据需要制备具有特定新性能的复合粉体材料，如导电导热粉体、高流动性粉末、球形化石墨粉体、氧化铝弥散铜粉、碳化硅弥散铝粉等；以壳代核：节约贵重原料，如包覆银的聚合物（铜、铝）粉体、包覆铜的铁（铝）粉体等；以微米颗粒为载体分散纳米粉体，如包覆碳纳米管的聚合物（铜）粉体、包覆纳米二氧化硅的橡胶粉体、包覆纳米氧化铝的聚合物粉体等。3 效益分析不同产品的市场背景和成本都有不同，需根据具体情况系统分析。