项目针对软磁复合材料长期存在的严重问题开展了深入研究，提出了在软磁粉末基体表面原位生成高电阻率软磁壳层，降低涡流损耗并保持高磁性能的技术思路，发明了多软磁相核壳结构复合材料，构建了高性能软磁合金新体系，制备出具有高磁通密度、高直流叠加等不同特性的系列软磁复合材料。项目达到国际领先水平，获得了系统的自主知识产权，授权发明专利 43 项，发表论文 50 余篇，推动我国软磁复合材料产业进入了世界先进行列。

制备在宏观尺度上具备二维单片石墨烯的独特本征性质的石墨烯三维体相材料是材料学研究中兼具学术价值和实用意义的重大挑战。本项目制备得到了一种三维石墨烯宏观体相材料，其由大量独立且悬空的二维石墨烯单元通过片层边缘的化学键构筑而成。该材料具有良好的机械性能，在常温可见光下作用下具有电子发射能力，在瓦特功率级别的可见波段激光或聚焦的太阳光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料样品可以在真空条件下实现有效的直接光驱动，此现象为国内外所首次观察及报道，为石墨烯带来了一种激动人心的潜在应用价值。上述材料的制备及相关性能研究还可为石墨烯在催化，能源转换与存储等领域的应用提供材料支持与相关理论支撑。

传统的硬质合金工模具材料耐磨性和强韧性难以兼得，而其中的钨、钴元素属于稀有贵重元素。本项目所采用的Ti(C,N)基金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、优良的化学稳定性和高温抗氧化性、与金属间极低的摩擦系数、无磁性、而且还具有较高的强韧性，不含稀有贵重元素，其制造成本仅为硬质合金的35～40%，已在市场上得到较广泛的应用。该成果发明了系列无钴金属陶瓷强韧化、无磁化制备技术，开发了系列高性能低成本无钴金属陶瓷材料，是硬质合金理想的升级替代材料，也具有陶瓷材料、聚晶立方氮化硼等超硬材料难以相比的强韧性。 技术特征 该材料主要性能指标可达：硬度≥92.2HRA，抗弯强度≥3250MPa，断裂韧性≥9.4 MPa·m1/2。 获得相关授权国家发明专利8项，相关技术曾获国家技术发明二等奖，达到国际先进水平。

传统的硬质合金工模具材料耐磨性和强韧性难以兼得，而其中的钨、钴元素属于稀有贵重元素。本项目所采用的Ti(C,N)基金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、优良的化学稳定性和高温抗氧化性、与金属间极低的摩擦系数、无磁性、而且还具有较高的强韧性，不含稀有贵重元素，其制造成本仅为硬质合金的35～40%，已在市场上得到较广泛的应用。该成果发明了系列无钴金属陶瓷强韧化、无磁化制备技术，开发了系列高性能低成本无钴金属陶瓷材料，是硬质合金理想的升级替代材料，也具有陶瓷材料、聚晶立方氮化硼等超硬材料难以相比的强韧性。技术特征该材料主要性能指标可达：硬度≥92.2HRA，抗弯强度≥3250MPa，断裂韧性≥9.4 MPa·m1/2。获得相关授权国家发明专利8项，相关技术曾获国家技术发明二等奖，达到国际先进水平。应用范围:主要用途：①适用于制作各种可转位刀片，用于难加工材料的干式切削；②适合用于制作加工磁性材料的刀具和成型模具；③用于碳纤维预浸料的切割时，使用的稳定性和寿命大大高于目前进口产品；④适合于制作电子元器件生产及激光加工生产线中的专用模具，综合性能优良；⑤适合制作苛刻环境下使用的密封环和耐磨件。

研发阶段/n目前国内生产使用的主要是金属关节，虽然其价格低廉，但仍存在断裂、腐蚀、股骨头磨损等问题，进口人工关节价格昂贵。高纯氧化铝生物陶瓷适用于矫形关节假体部件的替代材料及制品，是一种生物相容性好、耐腐蚀及耐磨损的生物惰性材料。氧化铝陶瓷与金属复合的人工关节，结合了陶瓷生物相容性好、耐磨及金属抗折强度高、韧性好的优点，开发生物陶瓷与金属复合及配伍的人工髋关节，能改变目前国内无生物陶瓷人工关节生产的局面，提高我国人工关节产品的档次，参与国外产品的竞争，为我国髋关节患者提供高质量、价廉的人工髋关节产品

制备在宏观尺度上具备二维单片石墨烯的独特本征性质的石墨 烯三维体相材料是材料学研究中兼具学术价值和实用意义的重大挑 战。本项目制备得到了一种三维石墨烯宏观体相材料，其由大量独立 且悬空的二维石墨烯单元通过片层边缘的化学键构筑而成。该材料具 有良好的机械性能，在常温可见光下作用下具有电子发射能力，在瓦 特功率级别的可见波段激光或聚焦的太阳光照射下，厘米尺寸的此石 墨烯材料样品可以在真空条件下实现有效的直接光驱动，此现象为国 内外所首次观察及报道，为石墨烯带来了一种激动人心的潜在应用价 值。上述材料的制备及相关性能研究还可为石墨烯在催化，能源转换 与存储等领域的应用提供材料支持与相关理论支撑。 项目特色： 1.制备了基于二维石墨烯单元通过片层边缘的化学键构筑而成 三维石墨烯体相材料，该材料不仅保留了二维石墨烯材料的本征性质， 而且具备优良的机械及光电性能。 2. 在国内外首次观察到厘米级尺寸的裸眼可见的宏观石墨烯样 品，只依靠瓦特级别的光作为单一驱动源，即可实现较大距离(数十厘 米)的有效的运动，并提出了光致电子发射驱动的机理解释上述三维 石墨烯体相材料独特的光驱动， 3. 上述材料的制备与性能研究揭示通过有效合理的结构构筑手 段，能够得到以二维石墨烯作为构成单元，并有效保留其独特二维性 质和兼具三维宏观形态的石墨烯体相材料，此项研究为其它二维材料 的开展类似工作并拓展其应用提供了范例和思路。已取得的成果： 项目的标志性研究结果于 2015 年 6 月在线发表于 Nature Photonics，并于 2015 年 7 月正式发表（Nature Photonics, 2015, 9, 471- 476）。杂志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene” 发表了专题评论。英国著名科普杂志 New Scientist 以“Spacecraft built from graphene could run on nothing but sunlight”为题报道了此研究， 指出该成果“再为石墨烯这种优良材料增添了一种惊人的性能”。国 内主要媒体包括人民日报、光明日报、新华网以及多家门户网站等均 对此研究进行了报道，中央电视台《新闻联播》栏目于 2015 年 6 月 21 日也对此进行了报道。 市场应用前景： 空间飞行器是人类探索宇宙的重要工具，而动力源问题一直羁绊 着人类无法走得更远。目前几乎所有的航空、航天飞行均采用化学驱 动，即通过喷射燃烧的化学物质来获得驱动力，光直接驱动飞行是科 学界和航空界多年的梦想。

本项目以连续纤维增强热塑性聚合物基高性能复合材料零件直接3D打印为目标，采用连续纤维与热塑性聚合物为原材料，利用复合浸渍-熔融沉积的3D打印工艺实现高性能复杂结构复合材料构件的低成本一体化快速制造，打印的复合材料零件的拉伸与弯曲强度分别达到340MPa与390MPa,该技术既改进了传统3D打印零件强度不足的缺点推动了3D打印技术向工业化应用的进程，又克服了传统复合材料成型工艺成本高、周期长的技术瓶颈促进了复合材料在将来的进一步发展与应用，是一次具有革命性的创新与突破。该技术属于国内首创，获得多项自主知识产权，受到国内外越来越多机构的关注，在国内，本项目得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、载人航天等项目的支持，开展关于工艺机理与装备等方面的研究，探索该工艺在航空航天领域的应用前景，在国外，分别与德国、俄罗斯等研究单位合作对该工艺的材料以及结构设计开展研究，研究水平国内外领先。在当今全球3D打印领域快速发展的形势下，复合材料3D打印具有巨大的发展前景，据SmarTech预测，至2026年全球用于3D打印的复合材料收入将超过5亿美元，未来十年内复合材料将成为3D打印最主要的市场机遇，目前该项技术已经开发出了成熟的工业设备，形成了成熟的装备-材料-工艺体系，具备了商业化应用的条件，已经初步在复合材料轻质结构等方面得到应用，随着该技术的成熟，将来必将在航空航天、汽车交通甚至民用领域得到广泛的应用。本项目目前正在积极寻求具有热塑性复合材料界面改性、基体材料开发、复合材料结构设计以及复合材料应用等方面特长的合作单位共同推动该新型技术的工业化进程。

 在可再生能源日益短缺及温室效应日趋恶劣的严峻形势下，Seebeck效应作为一种新的能源转化方式，可以有效地将日常生活及工业生产废热和不能被太阳能电池有效吸收的红外波段转化为亟需的电能，故而引起了科研工作者们的广泛关注。衡量热电材料能量转化效率的最重要的指标是其品质因子ZT(=S2σT/κ)，如何提高材料的品质因子是热电科研工作者们普遍关注的问题。     由于本征的纳米析出相以及价键非简谐性(bond anharmonicity)的存在, BiAgSeS具有非常低的本征热导率κ；然而，因其过低的载流子迁移率极大地限制了其功率因子S2σ。何佳清教授课题组巧妙地将在二维薄膜中广泛运用的调制掺杂(modulation doping)技术推广到三维块体BiAgSeS材料中，使用具有不同载流子浓度的异质晶粒构建三维复合结构，从而极大地提升了该材料中的载流子迁移率，使得功率因子S2σ相对于均匀掺杂的对照样品提升了约87%，进而显著地提升了BiAgSeS材料的热电转化效率。文章结合了透射电子显微术和理论计算对在n型BiAgSeS三维块体复合材料中运用调制掺杂改进载流子迁移率的物理机制做了深入的探讨；该工作对调制掺杂技术在三维块体热电材料中的广泛运用颇具启发意义。

对于各种颗粒、纤维增强复合材料，目前主要采用大规模的宏观力学实验寻找力学性能变化规律，进而为提高材料力学性能提供支持，实验繁杂，周期长，投入大。采用显微镜原位力学性能测试方法，对复合材料在各种外力作用下的破坏过程进行细观观测，有助于对填料、纤维的增强效果及其对复合材料力学性能的影响进行研究，进而探寻影响材料力学性能的主要因素，可大大节约开发成本，提高开发效率。但目前国内所具有的细观力学性能观测条件主要利用带有原位加载台的扫描电镜技术，该实验系统成本昂贵，国内仅有少数几家科研院所拥有此设备，主要适于科

以高性能纤维（玻纤、碳纤、芳纶等）为增强体，通过自有独特专利技术制 备三维正交、角联锁、间隔型机织物以及三维多向编织物，并通过树脂改性、复 合成型等技术集成制备成系列三维机织、三维编织复合材料。系列结构材料具有 质轻、高强、高模、耐冲击等性能、阻燃、隔音、隔热等特性，可广泛用于交通 工具、体育用品、军事、安全防护等领域。321 2 关键技术 ① 重构出“纤维-预制件-复合材料”在空间位置的真实图像，再现复合材 料内部纤维束空间路径、偏转和纤维束间的接触状态，定量揭示工艺织造参数之 间的关联关系；基于连续介质假设和有限变形理论，建立三维机织多尺度结构设 计方法。 ②以界面相的微观结构为切入点，从设计合理的碳纤维-环氧树脂界面微结 构入手，将碳纳米材料作为纳米改性剂引入碳纤维/环氧树脂复合材料界面中， 揭示其界面增强增韧机理，最终确立界面、结构与性能的关联机制。 3 知识产权及项目获奖情况 （1）一种用于宽幅扁平碳纤维丝束的连续定型工艺 ZL 201010519415.1 （2）一种适用于无弯曲织物织造的夹头 ZL201310303000.4 （3）一种适用于无弯曲织物织造的送经装置 ZL201310302349.6 （4）一种无弯曲织物织造的纬纱递进装置 ZL201310302920.4 （5）一种体密度梯度变化的碳纤维针刺预制体 ZL201410159117.4 （6）一种深交联结构碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料及其制备方法 ZL201501531119.6 4 项目成熟度 成熟度 5 级 5 投资期望及应用情况 可广泛用于交通工具、体育用品、军事、安全防护等领域。