项目成果/简介:毛细凝聚是指在限域空间内的气体，不必达到过饱和状态即可发生凝聚从而转变成液体的现象。毛细凝聚普遍发生于颗粒状物料和多孔介质中，可极大地改变固液界面处的吸附、润滑、摩擦和腐蚀等特性。毛细凝聚关联了宏观固液界面润湿和微观分子间力学作用，是纳米限域力学的关键科学问题，也是当前介尺度科学的国际前沿热点。 早在150年前，著名的英国科学家威廉·汤姆森（William Thomson，后来被册封为开尔文勋爵）从理论上描述了毛细管内弯曲的液气界面引起的蒸气压变化，被称为开尔文方程，这是固液界面润湿领域三大经典理论之一。数十年来，研究者致力于研究开尔文方程在纳米尺度的适用性问题。然而，在极端限域条件下，通道特征尺寸与水分子大小相当，实验观测难度大，经典模型中采用的弯月面曲率、接触角等概念难以准确定义，给理论分析带来极大挑战。 针对该问题，国际合作团队利用二维材料构筑的纳米通道开展了实验，基于通道壁面变形表征了毛细凝聚。我校王奉超教授研究揭示了固液界面能的尺寸效应，修正了经典的开尔文方程，建立了纳米限域毛细凝聚的新理论，对该极限尺度的最新实验结果及其力学机理进行了合理解释，阐述了固液界面力学作用在纳米/亚纳米尺度的毛细凝聚中扮演的重要角色，明确了经典理论方程中重要参数及边界条件的微观理解是介尺度固液界面科学研究的核心所在。

华南理工大学焊接装备团队经过多年艰苦努力，成功开发出面向复杂水下空间环境的机器人水下焊接制造系统，在水下机器人移动平台、水下机器人焊接电源、潜水送丝装置、微型排水装置、水下视觉检测、工艺过程计算模拟、质量评价等关键核心技术取得了突破。研制的机器人水下焊接系统已在中广核等进行示范应用，可应用于强核辐射环境水下焊接与在役修复，水下焊接制造过程稳定，焊缝成形美观，焊接接头质量优良。通过产学研用合作，部分核心技术已在国内焊接设备上市公司等进行技术转化。 相关研究成果已申请国际PCT 5项、国家专利81件（发明42件），软件著作权登记21件。研究工作被科技日报作为35项卡脖子技术之一（第28项）进行了重点报道，人民网、新华网、中国新闻网等主流媒体都做了相关报道。 党中央、国务院高度重视海洋经济发展，作出了建设海洋强国的重大战略部署。机器人水下焊接制造技术不仅可以满足海洋资源开发装备现场制造、在役修复的需要，还可以提升特种舰船以及海洋维权装备在恶劣环境下的自动化维保能力，也能够应用于核电站强核辐射环境应急事故紧急修复处理。水下机器人焊接制造技术是科技日报重点报道的35项卡脖子技术之一。总体技术方案电站现场机器人水下焊接实验知识产权类型:发明专利技术先进程度:达到国内领先水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:无

华南理工大学焊接装备团队经过多年艰苦努力，成功开发出面向复杂水下空间环境的机器人水下焊接制造系统，在水下机器人移动平台、水下机器人焊接电源、潜水送丝装置、微型排水装置、水下视觉检测、工艺过程计算模拟、质量评价等关键核心技术取得了突破。研制的机器人水下焊接系统已在中广核等进行示范应用，可应用于强核辐射环境水下焊接与在役修复，水下焊接制造过程稳定，焊缝成形美观，焊接接头质量优良。通过产学研用合作，部分核心技术已在国内焊接设备上市公司等进行技术转化。 相关研究成果已申请国际PCT 5项、国家专利81件（发明42件），软件著作权登记21件。研究工作被科技日报作为35项卡脖子技术之一（第28项）进行了重点报道，人民网、新华网、中国新闻网等主流媒体都做了相关报道。 党中央、国务院高度重视海洋经济发展，作出了建设海洋强国的重大战略部署。机器人水下焊接制造技术不仅可以满足海洋资源开发装备现场制造、在役修复的需要，还可以提升特种舰船以及海洋维权装备在恶劣环境下的自动化维保能力，也能够应用于核电站强核辐射环境应急事故紧急修复处理。水下机器人焊接制造技术是科技日报重点报道的35项卡脖子技术之一。 总体技术方案 电站现场机器人水下焊接实验

2002 年开发的阳极钢爪校直机系列产品（在电解铝行业应用，可取代传统切、割、焊校直方式） , 2003 年 8 月 XKJZ—ZL— Ⅱ型全自动在链校直机通过宁夏自治区科技厅成果鉴定 ,2003 年 11 月铝电解阳极钢爪校直机通过陕西省重点新产品鉴定，结论为：国内首创，填补了电解铝行业空白 , 达到国内领先水平；获国家发明专利； 2005 年 4 月 XKJZ—ZL— Ⅱ A 型全自动在链校直机获宁夏自治区人民政府科技进步三等奖； 2006 年 4 月铝电解阳极钢爪全自动控制在链校直机获陕西省专利二等奖； 2007 年 2 月阳极钢爪全自动在链校直机系统研制及推广获陕西省科学技术二等奖。

近日，以我校为第一署名单位，化学与材料科学学院武鹏彦博士课题组与日本京都大学Susumu Kitagawa教授课题组合作，在Nature Communications发表题为“Carbon Dioxide Capture and Efficient Fixation in a Dynamic PorousCoordination Polymer”的研究论文。论文第一作者为我校化学与材料科学学院教师武鹏彦副教授，通讯作者为我校化学与材料科学学院王健副教授和京都大学的Susumu Kitagawa教授。该论文受到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和江苏师范大学高级别论文培育专项资助。     使用化石燃料促使二氧化碳（CO2）的排放量急剧增加，由此导致一系列的环境问题，如温室效应和气候变化等。所以，如何原子经济的将二氧化碳这一C1原料转化为高附加值的化合物，在生产和生活上都具有重要的意义。多孔配位聚合物（PCPs）是一类高结晶性的晶态多孔材料，尽管其已经成为非常有潜力的CO2吸附和催化转化材料。然而，CO2分子的热化学稳定性和动力学惰性使其异相催化转化合成高价值的化学品依然成为一种挑战。因此，直接获得包合CO2分子的晶体结构信息，将有利于实现对CO2固定反应作用机理的明确洞察和对CO2分子的有效活化。本论文通过对螺旋桨式配体的选择，并与过渡金属离子进行配位自组装，制备出一例局部柔性的二重贯穿多孔配位聚合物材料。该材料实现了对CO2分子的捕捉，并通过X-射线单晶衍射仪测试对包合CO2的结构进行了明确的分析。该PCP对CO2具有很好的亲和力和材料特定的孔道限制作用，展现出对CO2转化为高附加值环碳酸酯反应，具有高的催化效率和良好的尺寸选择性，并且具有高度的催化剂循环利用性能。该研究策略为发展多孔材料应用于明确气体分子包合结构和有效的C1资源的固定，均提供了新的研究思路。 　　武鹏彦，1983年6月生，博士，副教授；JSPS特别研究员，江苏省优秀青年基金获得者。研究方向为金属-有机框架材料的可控制备及其相关性能的研究。以第一作者或通讯作者在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Funct. Mater.等刊物发表SCI论文近30 篇，论文总被引用1600余次。主持和完成国家自然科学基金1 项、江苏省优秀青年基金1项、江苏省自然科学基金1项。2018年获徐州市发明协会科技创新奖三等奖1 项。 　　王健，1984年10月生，博士，副教授。研究方向为功能配合物的可控制备及其相关性能的研究。以第一或通讯作者先后在Nat.Commun., J.Am. Chem. Soc., Chem. Commun. 等刊物发表SCI论文30余篇，论文总被引用1500余次。主持完成国家自然科学基金1项。

面向高密度储能体系的需求，金属锂负极由于具有最高的理论容量和最低的标准电极电势的优点而广受关注。但同时它也存在易产生枝晶和库伦效率低等问题，极大的阻碍了锂金属电池的商业化。针对这一问题，赖老师课题组首次明确提出了“疏锂排斥”的金属锂负极保护机制。该工作被JACS的审稿人评价为“a very interesting and impressive technique”和“commercially available, environmentally benign andjust needs small amount”，在锂金属电池中展现了较高的应用价值。该论文第一作者为我校2015级硕士研究生戴宏柳。 　　此外，赖老师课题组与南开大学梁嘉杰和陈永胜老师课题组合作，设计了一种三维多层次三维孔结构骨架，即连续的银纳米线被组装到互相连接的3D石墨烯骨架上，形成双网络结构。在这种独特的双网络结构中，可有效约束锂的沉积过程，并极大的缓解金属锂负极长循环过程中体积膨胀问题。该项研究工作发表于Advanced Materials后, 引起了广泛的关注，被科技日报以《锂电池“长寿密码”找到》头版、人民网和新华网等媒体广泛报道。该论文第一作者为我校2016级硕士研究生薛攀。

我校物理与电子工程学院李印威副教授与美国卡耐基研究所的刘寒雨博士、剑桥大学Simon Redfern教授，以及吉林大学马琰铭教授等人合作，在高压下聚合氮高能量密度材料研究领域取得新进展，相关研究成果发表在SCI顶级期刊《Nature Communications》上，江苏师范大学为第一单位。这是继李印威副教授于2015年在物理学顶级刊物《Physical Review Letters》上发表本领域相关研究成果后取得的又一新突破，标志着物电学院在这一领域的科研水平上了一个新台阶。 据李印威副教授介绍，由N-N单键构成的聚合氮是较好的高能量密度材料，然而，在纯氮材料中，聚合氮的形成需要极高的压强（高于100万大气压），而且无法保留到常压下，限制了其作为高能密度材料的应用。针对这个难题，李印威副教授和合作者通过理论计算设计了合成聚合氮的新途径，首先通过惰性气体氦（He）和氮气（N2）混合，在高压下形成新型稳定化合物HeN4，再通过对He原子的抽离，从而获得纯的聚合氮，计算表明，通过此方法获得的聚合氮可以稳定保留到常压下，推进了聚合氮的实际应用。该研究结果于2018年2月19日在线发表在《Nature Communications》上。 该项工作得到国家自然科学基金优秀青年科学基金的资助。 李印威副教授是物电学院2011年引进的优秀博士，2017年获国家自然科学基金优秀青年科学基金资助，研究的主要领域为利用第一性原理计算设计新型功能材料（超导、超硬和高能密度材料等），目前，李印威副教授已经在新材料研究领域取得了一系列的突破，在Nature，Nature Communications，PRL，PNAS，PRB，JCP等国际著名期刊发表SCI论文共48篇，被引用1500余次，H指数21,科研成果丰硕，有力支撑了物电学院的学科建设。

以传统两步法为基础，设计提出了钙钛矿籽晶诱导生长的两步旋涂法，通过在碘化铅薄膜中引入含铯钙钛矿籽晶，使籽晶提供后续钙钛矿生长的成核位点，引导高质量薄膜生长，解决两步法中无机阳离子的有效掺杂问题。通过籽晶诱导，可实现对成核和晶粒大小的精确调控，有效掺入无机Cs离子，器件的能量转化效率提升至21.7%，同时，器件在AM1.5G太阳光下持续工作140小时后，仍然保持超过60%的初始效率，远优于传统两步法数小时的稳定性。图1. a) 籽晶法制备钙钛矿薄膜过程示意图。 b) 光致发光显微原位探测籽晶法中钙钛矿实时生长过程。 进一步的，赵清教授课题组设计了氯化铯增强碘化铅前驱液两步法，在进一步提高钙钛矿薄膜中碱金属离子含量的同时，减缓钙钛矿的成核、生长过程，获得了具有更大晶粒、更低缺陷态密度的钙钛矿多晶薄膜。基于此制备得到的平面正式钙钛矿薄膜太阳能电池器件具有更高的能量转化效率22.1%、器件的长时间工作稳定性也得到了提高，在AM1.5G太阳光下工作70小时后，依然能够保持90%的初始效率。在两步法制备钙钛矿薄膜与太阳能电池器件方面，对碱金属离子的均匀高效掺入、器件性能的提高等问题提供了新的思路。

本工作中，基于安徽大学微纳加工平台以及香港科技大学纳米系统实验制造中心联合制造出了两款氮化镓功率器件，分别实现了电压驱动/电流驱动的栅极结构，为后续的驱动设计和研发提供了器件技术支持；工作中也同时提出了两种结构在高温下的稳定性模型，为进一步提升氮化镓器件的性能以及可靠性打下了基础。