项目成果/简介:近日，天津大学赵广久教授团队在钙钛矿材料的激发态化学机制研究方面取得突破性进展。相关研究成果发表在《Chemical Engineering Journal》（IF: 10.65）上。该团队首次合成了一种新型非铅双钙钛矿材料，并调控晶格畸变，调控了激发态载流子动力学，从而显著促进了光致发光量子产率的提升，对进一步的材料开发和应用有很强的指导意义。 研究背景 在过去的十年中，关于钙钛矿材料的开发和应用一直在光伏电池和发光领域得到了极大的发展。钙钛矿纳米晶体的与其块状材料相比，具有许多优势，例如钙钛矿纳米晶具有高的光致发光量子产率，颜色可调，同时易于大规模制备柔性器件。因此，卤化钙钛矿纳米晶体已成为研究人员的重要研究对象。 不幸的是，铅的毒性限制了卤化铅的进一步应用钙钛矿纳米晶体。最近报道了一些无铅钙钛矿纳米晶体的合成，但是其很难构造3D的钙钛矿结构，导致性能不佳。铅基钙钛矿的出色光学性能NC由独特的3D钙钛矿结构和ns2电子轨道，使其具有优异的电荷载流子行为。同时，几种双钙钛矿纳米晶体 3D结构取得了一些进展。但是有两个问题仍然存在。一种是开发更新颖的双纳米晶体来配合设备的应用；另一种是使用高精度光谱探索更深层次的激发态动力学。因此，更有效的合成技术改造和更深刻的载流子动力学研究是目前最有效的方法，这可提高无铅钙钛矿纳米晶体的应用前景。 研究基础 在前期的研究中，团队在钙钛矿光电材料设计与机理研究方面取得了一系列的原创性成果。前期我们团队通过离子掺杂诱导相转变，从非活性相转变为活性相，使得发光效率得到大幅度提高 (Angew. Chemie. Int. Ed. 2019, 58, 11642.) ; 在认识到晶型对发光调控的重要影响后，我们进一步地通过离子掺杂控制晶格变形程度进而调控发光峰的宽度，可以在实现高发光效率的同时随意控制发光峰宽度的窄化和拓宽(Chem. Eng. J. 2020, 125367; J. Lumin. 2020, 117045; 2D Mater. 2020, 7, 031008.)；最后我们为了开发多手段实现构象调控，我们通过引入不同的左右旋手性基团，从而实现手性的传递和放大(J. Mater. Chem. C. 2020, 8, 5673. Phys. Chem. Chem. Phys. 2020, 22, 17299.)。 研究进展 在这项工作中，赵广久团队创新地开发了高效光致发光钠铋双钙钛矿Cs2NaBiX6（X = Cl，Br）纳米晶体。该团队通过离子掺杂控制晶格畸变，促进自陷态激子的捕获，实现了超快的热载流子弛豫；同时，DFT理论计算分析表明离子掺杂后的晶体的能带结构从间接带隙转变为直接带隙，促进了电子空穴的辐射复合；此外离子掺杂也降低了晶体的体相缺陷，减少了缺陷产生的非辐射复合。以上三者的贡献综合作用从而大幅度促进了光致发光产率的提升，结果离子掺杂后的双钙钛矿Cs2NaBiCl6 NCs可显示约16％的明亮宽带光致发光PLQY，高于迄今为止报告的单组分钙钛矿发光材料（2-10％）。我们的研究为未来的新材料的开发和应用提供了指导。

姚宏斌课题组充分利用氯基金属卤化物钙钛矿宽带隙、成膜性好、制备简单等优势，开发出基于金属卤化物钙钛矿的梯度导锂层，实现了金属锂负极与电解液的隔离，大幅度提升了锂金属电池的循环稳定性。作为一种新型可溶液加工的离子型半导体材料，金属卤化物钙钛矿成为近年来光电研究领域的热点材料。然而，金属卤化物钙钛矿材料框架内的锂离子传导特性以及相关应用却少有研究。研究人员发现，利用旋涂法制备的金属氯基钙钛矿具有容纳和传输锂离子的特性。研究人员发展了方便的固相转印方法，避免了锂枝晶生长和锂金属电极的粉化。测试表明，在金属卤化物钙钛矿导锂层的保护下，锂电池的稳定性显著提升。

传统的空穴传输材料——以Spiro-OMeTAD为代表的芳胺类化合物由于其结构多样性、易于调节的前线轨道能级、较好的成膜能力和高的热稳定性与形态稳定性，在多个技术领域也受到了极大的关注。 氮原子的易氧化和有效传输正电荷的能力，使芳胺基团成为强电子给体。然而，由于芳胺的非平面构象及核心氮与芳基之间的扭曲，芳胺化合物大部分是无定形的。这降低了芳胺化合物的电荷载流子迁移率，并导致芳胺化合物需

自蔓延高温合成（Self-propagating High-temperature Synthesis, 缩写SHS），也称为燃烧合成，是利用化学反应放热合成材料的新技术，具有省时、节能、产品纯度高等特点。SHS－离心法制备陶瓷复合钢管利用Al和Fe2O3之间的自蔓燃反应2Al＋Fe2O3®2Fe＋Al2O3＋836kJ，反应放热使Fe和Al2O3均熔化，在离心力作用下Fe和Al2O3两相由于比重差异产生分离，Al2O3浮在表面，凝固后在钢管内形成陶瓷衬层。SHS－离心法制备陶瓷复合钢管，在863计划“八五”和“九五”的支持下，经过近十年的努力，开发了陶瓷复合钢管的工业化技术和装备，获国家发明专利ZL901077443。已形成规模化生产的成熟技术，生产工艺主要由钢管加工、粉料的准备和复合管的合成等过程组成。目前已能生产出各种规格（f20~f820mm）的陶瓷复合钢管、弯头、三通及四通等。成果已通过部级鉴定，产品性能达90年代国际先进水平，并荣获国家技术发明四等奖、教育部科技进步二等奖。SHS－离心法制备陶瓷复合钢管被列为国家高技术863计划新材料领域的重点产业化项目,以北京科技大学为技术依托单位的“陶瓷内衬钢管”项目，被列为国家科委九五科技成果重点推广计划的206个工业项目之一（编号98040102A）。 陶瓷复合钢管具有优异的耐磨、耐蚀、耐热、抗热冲击和抗机械冲击综合性能，陶瓷硬度Hv1300，压溃强度300MPa，结合强度15MPa，耐蚀性（在HCl中）0.05g/m2h。陶瓷复合钢管广泛应用于电力、矿山、冶金、煤炭、化工、建筑等行业，可用于煤粉、灰渣、矿粉、尾矿、回填料、焦炭、水泥的输送，以及铝液、腐蚀介质的输送。用作耐磨管寿命是普通钢管的5～20倍，稀土耐磨钢的3～5倍，铸石管的3倍。高炉煤粉喷枪的寿命提高4倍。另外陶瓷复合钢管重量轻，并可采用焊接、法兰或柔性快速接头联接，能降低工程造价。

减振复合板是指在金属板材 (简称基板) 中间或者两侧添加阻尼层复合而成的板材。即两 边为金属板，中间为阻尼层。减振复合板的外观、加工性能等与金属基板类似，以其优良的减 振性能被广泛应用于数控机床、发动机、高速铁路机车、飞机等高技术工业领域。 由于减振复合板的金属基板和阻尼材料都需根据使用要求定制，因此，可以根据需要来开 发各种性能的减振复合板。但目前缺少相应设备来评价减振复合板的阻尼性能，从而影响了产 品的推广应用。本项目针对这一需求，开发了减振复合板阻尼性能测试设备。 设备开发所依据的标准： GB-T 16406：声学材料阻尼性能的弯曲共振测试方法； ASTM E756：Standard Test Method for Measuring Vibration-Damping Properties of Materials。 基本原理： 测试系统的仪器由激励、检测和采集三部分组成，测试系统框图如图1所示。首先利用信 号发生器驱动激振器对试样施加简谐激励力，由检测传感器测试试样的振动信号，经放大后接 入数采系统分析记录并显示。 保持恒定的激励力，连续改变频率，测出试样的速度弯曲共振曲线。对采集信号进行频响 分析，最后从其频响图得到各阶共振频率以及共振峰宽度，计算出损耗因子等参数。当测试过 程在控温箱中完成时，则可确定温度对材料阻尼特性的影响。

竹塑复合材料 (BPC) 是一种以竹纤维为填充材料作为增强相，以热塑性树脂为基体，选择 不同的助剂对复合材料的界面进行改性处理，通过挤出、注塑、模压等不同加工方法制备而 成的新型复合材料。竹塑复合材料既有纤维的高弹性和高强度，又具有树脂的高韧性和耐疲劳 性，比单纯的树脂或者纤维具有更好地使用价值。BPC具有优良的透气性、防腐性、防虫蛀等 特点，容易钉锯、便于二次加工，且竹子生长周期短、原料供应充足，故而价格低廉。目前， 竹塑产品在一定程度上可以取代传统的木制产品，广泛应用于园林建设、汽车行业、建筑装饰 行业、包装材料和日常生活用品等领域都有广泛的应用。竹纤维或废旧纤维的回收利用对于保 护环境，节约资源和降低生产等方面有着重要的意义。

陶瓷拥有很多有用特性，如高强度、高硬度以及耐腐蚀、耐磨损等优点，缺点是无法轻易制成复杂形状。 3D打印技术能使陶瓷拥有复杂的形状，但陶瓷极高的熔点又限制了这一方法的使用。 目前几项陶瓷的3D打印技术不仅效率低下，且打印出来的产品往往内部缺陷大，无法保证性能，本项目采用选择性激光熔融技术和后续处理工艺可以大幅度提高打印材料的致密性，既能实现材料的复杂结构也保障了材料的各方面的性能。

本项目采用投资最小和工艺最简单的焊接——拉拔复合工艺生产不锈钢/碳素钢复合管，具有投资小、成本低、产品范围广、质量稳定、成才率高等优点。该产品在研发过程中，攻克了临界变形量、轧头优化等关键技术，实现了碳素钢与不锈钢之间的良好结合，综合了二者的优势，工艺技术处于国内领先水平。由于不锈钢/碳素钢复合管是替代不锈钢管和镀铬钢管的节省镍铬的环保型新材料，市场前景十分广阔。

　Al-Ti-C是继Al-Ti-B 之后的新一代高效细化剂。通过对反应动力学的长期研究，达到了对Al+Ti+C+X（X是微量添加元素）反应过程的有效控制，成功地制备出了 Al-Ti-C-X高效复合细化剂，可广泛用于纯铝和各种铝合金，其晶粒细化效果达到或超过国外进口的Al-Ti-B 细化剂水平，而成本却低于国外进口的Al-Ti-B细化剂，是理想的新一代铝合金晶粒细化剂。 　　其形状可以根据需要制成块状或适合于连续喂丝添加用的盘条，能满足工业化生产和应用的需要。

本研究成果系PW系列保水增稠剂，包括干拌抹灰砂浆外加剂PW-1、PW-2，湿拌抹灰砂浆缓凝型保水增稠剂PW-4和湿拌砌筑砂浆缓凝型保水增稠剂PW-3和PW-6。其中，PW-1完全取代了石灰膏的使用，不但净化了施工现场，而且每年可以利用10多万吨粉煤灰。