北京大学现代农业研究院是北京大学与山东省人民政府共建的省属公益二类事业单位，是北京大学在京外设立的首个高端农业类研究院。先后获批山东省新型研发机构、国家自然科学基金依托单位、博士后科研工作站，参与共建山东省农业生物技术国际联合实验室、小麦育种全国重点实验室、山东省作物精准分子设计育种重点实验室、国家盐碱地综合利用技术创新中心。聚力攻坚关键领域和核心技术，不断强化基础研究人才培养，加速成果转化。已组建42个独立课题组，人员规模约760人，形成院士领衔，杰青、长江为两翼，中青年骨干为主体的雁阵人才团队。目前已在多个主粮、油料及经济作物开展精准设计育种，取得了原创性理论及技术突破，也在智慧农业、农业经济政策、数字乡村建设等领域进行开创性研究，争取国家、省级科研项目72项，累计发表论文333篇，已授权国际专利6项、国内专利31项，申请24个植物新品种权，完成6项技术合同认定登记，8项科技成果实现转化。

针对我国高品质粉末冶金铁基材料制备技术较薄弱的问题，在高品质铁基粉末和高性能铁基制品制备技术方面取得了突破。以 LAP100.29 水雾化铁粉作为高密度低合金粉末基粉，添加母合金粉末、增塑剂经塑化处理后，再添加专用润滑剂和石墨进行混合。首先将水雾化铁粉及合金粉末进行粒度搭配，提高堆积密度；然后通过粉末结化处理，提高混合粉末的流动性、合金成分均匀性；接着通过粉末塑化处理，改善铁粉颗粒整体塑性，从而获得了具有高压缩性的专用高密度成形粉末（图 7）。合批粉末的松比为 3.2～3.4g/cm3，流动性≤30s/50g，压缩性≥7.6g/cm3，粉末显微组织如图 2 所示。在混粉阶段，设计制作了 5 吨/h 专用连续式混合装置（如图 6 所示），通过软化处理的复合粉末及粘结剂、石墨等的定量供给和高效混合，合批制成高密度专用粉末，从而实现粘结化粉末的连续、稳定的批量化生产。

1 成果简介利用我国丰富的镁资源，依托技术创新开发高附加值的功能性粉体材料是镁盐行业面临的一个共同课题。本项目通过制备塑料增强材料－碱式硫酸镁晶须为镁盐的高度利用提供一条有价值的处理途径。此外， 我国是一个塑料生产大国，在塑料产品的深加工及增值方面有很大技术潜力和市场空间，制备晶须-塑料高性能复合材料是其中重要的发展方向之一。 晶须是指以单晶形式生长的形状类似短纤维，而尺寸远小于短纤维的针状单晶体，是一种力学性能十分优异的复合材料补强增韧剂。碱式硫酸镁晶须具有轻质、高韧、耐磨、耐腐蚀等特性，用其制备的复合材料具有强度高、比重小的特点，可用于制备高性能晶须－塑料复合工程材料如高强塑料容器、管材、板材、齿轮、刀具、轴承、滚压设备等，也可用于航空航天及汽车行业，目前国内市场需求是 8~10 万吨/年。目前日本类似产品（碱式硫酸镁晶须）的售价为 4~6 万元/吨。2 应用说明清华大学已成功开发出水热合成碱式硫酸镁的实验室技术。该项技术的主要原料为硫酸镁（ 500~700 元/吨），工艺简单，所需设备大多为常规设备，成本较低（约 8000 元/吨），具有较强的经济效益和社会效益。  图1 碱式硫酸镁晶须形貌3 效益分析按年产 1000 吨中试规模计，成本： <8000 元/吨， 保守售价:20000 元/吨， 年创产值（万元）： 1000´20000¸10000=2000，年创利税（万元）： 1000´(20000-8000)¸10000=1200。

针对我国高品质粉末冶金铁基材料制备技术较薄弱的问题，在高品质铁基粉末和高性能铁基制品制备技术方面取得了突破。以 LAP100.29 水雾化铁粉作为高密度低合金粉末基粉，添加母合金粉末、增塑剂经塑化处理后，再添加专用润滑剂和石墨进行混合。首先将水雾化铁粉及合金粉末进行粒度搭配，提高堆积密度；然后通过粉末结化处理，提高混合粉末的流动性、合金成分均匀性；接着通过粉末塑化处理，改善铁粉颗粒整体塑性，从而获得了具有高压缩性的专用高密度成形粉末（图 7）。合批粉末的松比为 3.2～3.4g/cm3，流动性≤30s/50g，压缩性≥7.6g/cm3，粉末显微组织如图 2 所示。在混粉阶段，设计制作了 5 吨/h 专用连续式混合装置（如图 6 所示），通过软化处理的复合粉末及粘结剂、石墨等的定量供给和高效混合，合批制成高密度专用粉末，从而实现粘结化粉末的连续、稳定的批量化生产。图 1 连续式混粉装置图 2 水雾化铁粉和预处理后粉末显微组织基于粉体塑性特性和改性原理，通过优化粉体粒度组成、改善粉体塑性变形能力，再结合高密度成形技术制备出高密度铁基制品。首先将水雾化铁粉及合金粉末进行粒度搭配，提高堆积密度；然后通过粉末结化处理，提高混合粉末的流动性、合金成分均匀性；接着通过粉末塑化处理，改善铁粉颗粒整体塑性，从而获得了具有高压缩性的专用高密度成形粉末。在混粉阶段，设计制作了连续式混合装置，通过软化处理的复合粉末及粘结剂、石墨等的定量供给和高效混合，实现粉末的连续、稳定的批量化生产。压制过程中，采用多模板多缸联动和计算机自动精确控制技术，提高压坯密度均匀性; 通过模壁润滑，降低粉末颗粒与模壁之间的外摩擦力，提高了压坯密度及其均匀性。采用高密度成形技术制备出密度为 7.5~7.55g/cm3 的高密度铁基制品，其抗拉强度、延伸率和疲劳强度都比普通铁基材料显著提高，具有综合力学性能优异，尺寸精度高，使用寿命长等优点，如图 8 所示。开发的高密度粉末冶金同步器系列及链轮系列等产品，已经通过了吉利集团、湖州求精、德尔福等公司的供货评审，目前已形成批量供货，项目期内实现产值 860 万元，利税 120 万元，如图 2 所示。建立了年产 5000 吨高密度铁基制品生产线，如图 4 所示。图 3 高密度铁基制品的拉伸曲线和疲劳性能图 4 典型的高密度铁基制品利用 δ 相烧结制备出接近全致密(>99.9％)的铁基软磁零件。利用加 P 液相烧结，大幅度降低了烧结温度，缩短烧结时间。在 1200C 烧结 2 小时，Fe-0.8％P 的相对密度可以达到为 98.5％。制备的铁基软磁材料的烧结致密度≥96%；磁导率（μm）≥6000，饱和磁感应强度≥1.6T，矫顽力≤110A/m。图 9 是烧结温度对高密度样品最大磁导率和矫顽力的影响规律。随着烧结温度的升高，高密度纯铁样品的磁导率提高，同时矫顽力下降；当烧结温度达到 1450°C 时，样品的磁性能有显著提高，如图 10 所示。升高温度可以进一步提高材料的致密度，并促经晶粒的长大完善，进而提高材料的磁性能，如图 11 所示。采用 HIP 和后续热处理工艺，制备出全致密的铁基软磁材料，能够进一步提高材料的磁性能。

针对天然生漆成膜速度慢、成膜条件对温湿度苛刻、耐老化性能差和脆性大的问题，以环氧生漆作为复合涂料基质，将纳米氧化铝和纤维素纳米纤维作为增强剂，采用共混法与表面化学改性等技术制备了两种改性生漆纳米复合涂料，大大提高了生漆耐老化性、耐紫外线性、防潮性和力学性能，改善其柔韧性。 对于纳米氧化铝复合涂膜，总体来说，加入适量的改性纳米氧化铝的确使漆酚的性能更加优良，以达到保护木材表面的目的。在此次研究中，随着漆膜中纳米氧化铝含量增加，复合涂膜的硬度和抗冲击强度逐渐增加，同时漆膜的干燥时间越来越短，透光率逐渐减小，疏水性越来越强。但纳米氧化铝的量加入过多，则易在漆膜表面发生团聚现象，反而会影响复合涂膜的性能，影响其对木材的保护作用。加入纤维素纳米纤维有助于增强漆膜如抗冲击强度、内部致密性等部分性能，以达到有效防止木材表面划伤、改善木材各向异性的目的；但 CNF 本质较软，加入过多会给复合涂膜带来硬度降低等缺陷，这反而不利于复合涂膜保护木材表面。 分析生漆与改性漆和木材的结合机理，通过紫外老化实验，揭示改性漆的老化机制和对木材抗紫外老化的作用。复合涂膜宏观表面透亮光滑，微观表面平整，微观截面呈层状交织结构，木材表面光泽度得到提升，木材紫外抗老化性能得到有效提升。纳米氧化铝复合膜随纳米氧化铝含量的增加，拉伸强度和断裂伸长率减小，改性后随着改性基含量的增加，木材表面磨损率逐渐降低，其中纳米 氧化铝改性后磨损率最低，耐磨性能最优。纳米纤维素复合膜拉伸强度和断裂伸长率随着 CNF 含量的增加先增加后减小，涂敷纳米纤维素复合膜后木材吸湿系数及吸湿尺寸变化率最低。 项目发表了研究论文“一种生物基纳米复合膜的光谱学特性研究”，发明专利“一种基于生物酶预处理木质材料的方法”和调查报告“改性生漆基纳米复合涂料的制备及对木材性能影响的研究”。

目前主流的抗菌膜制备方法是在基膜表面接枝抗菌物质，常用的抗菌材料包括氧化石墨烯、碳纳米管、抗菌聚合物、金属离子等，但这些材料普遍存在着接枝方式复杂，且对环境有危害的缺陷。相比而言，季铵盐类抗菌剂具有抗菌效果好，环境友好等特点，目前水溶性的小分子或高分子季铵盐抗菌剂已经广泛应用于水处理、食品、医疗卫生和包装材料等领域。然而，将季铵化合物直接接枝到膜表面所制备的抗菌膜仍存在制备流程复杂，成本较高等问题，这也使得目前开发的大部分季铵盐功能膜无法大规模应用于实际水处理系统。因此，为解决以上问题，开发新型亲水抗菌功膜的制备方法是目前业内所亟需的。 本成果中提出的制备方法将氯甲基化聚合物制备为中空纤维多孔膜，并制作为管壳式膜组件，之后采用过滤操作模式直接将叔胺化合物接枝到组件中的中空纤维膜丝上，从而制备出具有优良抗菌性能的季铵化功能膜组件。该制备方法简单便捷，且接枝稳定性高，适合长期大规模应用于实际膜法水处理体系中，且制备的超滤膜具有良好的亲水性和抗菌性。抗菌膜制备简单便捷，常温常压过滤操作即可完成接枝，且接枝稳定性高，成本低，对水体中微生物去除率99.9%以上，尤其能抑制微生物在膜上（内外表面，孔道壁面）生长。 图1.性能参数

项目成果/简介:作为一种新的太阳能电池电池技术，有机太阳能电池具有低成本、柔性、半透明、可大面积溶液印刷等优点；在应用方面，可与当前基于硅等的无机太阳能电池形成优势互补。特别指出的是，与钙钛矿太阳能电池相比，有机太阳能电池还具有环境友好的优点，在使用过程中以及使用后处理方面不会产生重金属污染，其所使用的少量有机材料都是可降解的有机染料类化合物。效率、成本和稳定性是所以太阳能电池能否应用的关键要素。有机太阳能的效率目前和其它最好的太阳能电池之间的差距正在迅速缩小，目前我们实验室已经获得超过 1515%的效率，是有机太阳能电池领域世界最高效率；成本方面，OPV具有巨大优势，有机材料分子结构多样性，成本低廉；寿命方面，因成本低廉，产业界对有机太阳能电池寿命的要求不如无机太阳能电池，10 年左右的寿命可以完全满足商业化应用，已有研究表明，OPV 寿命达到 5-7 年没有问题，随着研究深入，提高的 10 年以上会很快实现。 本项目围绕有机太阳能电池的关键材料开展系统研究，1）提出了新的材料设计理念，发展了系列具有独立自主知识产权的活性层材料；2）发展了成熟的高效率有机太阳能电池制备工艺技术，制备了系列高效率有机太阳能电池光伏器件，不断刷新领域内最高太阳能电池光电转化效率；3）制备了低成本、可溶液印刷柔性的透明电极，应用于有机太阳能电池，获得了与目前常规透明电极，如 ITO，完全相当性能。应用范围:目前有机太阳能电池正处在从实验室走向实际应用的黎明阶段，因其优点和特点，在可穿戴设备、建筑一体化等领域将会产生巨大的需求市场。当前国内外多家实验室已开展完全面向实际应用的研究开发，随着研究的不断深入，有机太阳能电池的商品化生产应用将会很快实现。效益分析:1. 具有完全自主知识产权的高效有机太阳能电池活性层材料，且合成简单，成本低； 2. 具有成熟的高效有机太阳能电池制备工艺； 3. 具有自主知识产权的低成本、高性能柔性透明电极，不仅完全适用有机太阳能电池，亦可广泛应用了其它相关领域。