先进聚合物材料研究所建于1999年10月18日。研究所以黄培教授为技术带头人，拥有一批高水平的科研队伍，参与研究工作的教授、博士及研究生二十余人，研究所的主要特点是产、学、研相结合，在基础性研究、应用研究、高新技术产业化等不同层次上开展科研工作。先后参加国家"863"项目、国家科委"九五"攻关项目的研究工作，承担完成国家自然科学基金重点项目、**和化工应用课题多项。研究所主要突出以单体合成、聚合、复合材料、结晶等具有明显优势的学科领域的综合集成开展研究工作。目前主要研究对象主要为以聚酰亚胺为代表的一系列功能高分子材料。聚酰亚胺（PI）是指分子主链中含有酰亚胺基的一类高分子聚合物。近年来聚酰亚胺以其优异的机械性能、电性能、耐辐射性能和耐热性能越来越受到人们的重视，它在航空航天、电气、通讯和汽车等行业得到广泛的应用。然而热固性聚酰亚胺不溶解、不熔融，加工成型困难，限制了其应用范围，因此合成热塑性的PI，进一步制备聚酰亚胺复合材料，扩大应用面是当前聚酰亚胺研究和开发的主要趋势。热塑性聚酰亚胺（TPI）作为一种高性能工程塑料，不仅具有优异的耐热、力学、介电、耐腐蚀及抗辐射等性能，还表现出卓越的热加工特性，可采用热模压、挤出和注射方法成型。在特定场合下为一种替代金属、陶瓷、热固性树脂、低温热塑性塑料和大多数难加工聚酰亚胺的理想材料。聚酰亚胺的单体合成是以苯酐为基础原料，通过酰基化、硝化、缩合、水解酸化、脱水等一系列步骤得到二胺，该合成路线原料来源充足，工艺简单，产物纯净，产率高，易于纯化，三废少，具有很好的工业化价值。聚酰亚胺的聚合是以二酐和二胺通过溶液聚合，再分别通过化学环化或热环化得到聚酰亚胺树脂。聚酰亚胺树脂与碳纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯、石墨等复合，可显著提高材料的力学强度和自润滑耐磨等性能。研究所以自主研发高性能热塑性聚酰亚胺及其复合材料作为研究对象，系统考察复合材料摩擦磨损性能，重点研究各种填料改性材料在不同工况体条件摩擦磨损行为，深入了解填料对其摩擦性能影响机理，从而达到材料摩擦性能设计的长期目标。利用有限元技术建立过程物理及数学模型，对滑动摩擦过程中的温度分布进行模拟计算，取得了较好的模拟结果。通过摩擦表面微观形貌观察，可了解摩擦磨损机理。前期的研究结果已运用于滑片式压缩机的滑片、汽车发动机活塞环等产品形式，为应用提供指导。研究所拥有一批先进的分析测试仪器：热机械分析仪、差示扫描量热仪、高效液相色谱仪、凝胶色谱、红外分析仪、微机控制电子万能试验机、摩擦磨损试验机，可对合成的单体、聚合物、复合材料进行全面的性能测试。

研制出了多种具有自主知识产权的Ag-MAX电接触材料，具有优异的力学性能、电学性能、热学性能及耐电弧侵蚀性能，具体研究成果包括：（1）新型Ag-MAX电接触材料开发：制备了高纯Ti3AlC2，Ti3SiC2，Ti2SnC和Ti2AlC等MAX相粉末材料，研制了Ag-MAX电触头复合材料，在400V、100A条件下（GB14048.4-2010）承受6000次电弧侵蚀后，质量损失约为5[[[[[%]]]]]（与铜基座一体），样品仍然保持完整性，综合性能与商用Ag-CdO相当、优于Ag-C产品；（2）Ag-MAX电接触材料制备技术研究：研究了无压烧结和放电等离子烧结（SPS）制备Ag-MAX电触头复合材料，利用等通道转角挤压优化制备了Ag-MAX复合材料，通过MAX相表面包覆碳层的工艺调控Ag/MAX界面反应与结合，最终改善了材料致密度、微观组织、力学性能及耐电弧侵蚀性能，最佳条件下制备的样品在承受6000次电弧侵蚀后质量损失小于3[[[[[%]]]]]；（3）Ag与MAX相高温润湿性研究：研究了Ag与Ti3AlC2、Ti3SiC2等MAX相块体材料的高温润湿行为，发现二者具有反应/非反应性两种不同润湿性，同时通过导电、导热和耐电弧侵蚀等性能表征，结果表明非反应性润湿体系具有更加优良的耐电弧侵蚀性能，对于Ag-MAX的体系开发与制备技术具有重要指导价值。主要创新点：1、研制了新型无Cd节约贵金属Ag的Ag-MAX电接触材料体系;2、优化制备了具有MAX相组织细化、定向排布特点的Ag-MAX电接触材料；3、研究了Ag与MAX的高温润湿行为，发现非反应性润湿的Ag-MAX体系综合性能更优。应用领域：预期本项目开发制备的Ag-MAX电接触材料，在航天航空、高速列车、电动汽车、智能电网、智能电器等行业的低压电接触器件（如电路开关、接触器、继电器等）中具有广阔市场前景。

高比能电池面向国家重大需求，仅锂电池 2017 年市场规模已超过 1 亿 kWh，并且随着电动汽车、规模储能市场的迅速发展，电池需求快速增加，市场规模很快将超过 3000 亿元。 本项目为陈军教授团队十余年的研发成果。 1. 开发了两类新型锂电池正极材料：取代型锰系尖晶石正极材料和掺杂型超高镍含量三元层状材料。相对于 LiCoO2，这两种材料原料便宜、制备工艺（连续共沉淀与梯度加热）简单，成本优势明显，并且性能优异，产品晶相纯度高、形貌规整、振实密度大、长周期循环稳定性好。 2. 针对传统无机电极材料的不足，研发有机电极材料，它们由高丰度的 C、H、O、N 等元素组成，具有易合成、低成本、绿色环保等突出优点，并且由于可实现多电子反应，容量大、能量密度高，此外有机电极材料柔韧性强，在柔性可折叠等新颖结构电池体系中应用前景巨大。部分有机电极材料在实验室中已实现公斤级制备，并组装 Ah 级软包全电池，经18所等权威机构检测鉴定，能量密度超过300Wh/kg，通过安全性测试。计划 5 年内完成 1-2 种有机电极材料的中试，并实现部分电池产品的应用示范。 所需条件支持：希望能获得 60-80 万/年经费与 100-200m2实验室支持，用于购置大容量控温控压反应釜、连续式沉淀反应釜、箱式气氛炉、旋转窑炉、电池封装机等设备，进行材料制备的进一步工艺优化、宏量放大制备以及大容量电池装配试验，推进中试和产业化。 

成果与项目的背景及主要用途： 吸波材料即雷达吸波材料（RAM），是指能够吸收衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能而消耗掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料。目前，随着电磁波污染的日益严重，吸波材料在民用领域具有极大的发展潜力。许多研究已证明，持续、高强度的电磁波照射会诱发细胞变异、诱发肿瘤、癌症等疾病，电磁波污染已成为世界各国本世纪重点治理的环境污染之一。不让电子设备发射电磁波是不可能的，所以消除电磁波污染最有效的办法就是使用吸波材料。这项属于电磁干扰（EMI）范畴的研究已在世界各国得到广泛重视和应用。 技术原理与工艺流程简介： 本项目研究制备含有不同含量及分布的碳纤维(毡)树脂基复合吸波材料，主要研究碳纤维(毡)排布方式、含量对于材料吸波性能的影响，通过调整参数，实现材料对电磁波的宽频吸收、高效吸收、选择吸收的目的；其次，通过对纤维(毡)表面改性、添加电磁损耗剂、改变基体种类等制备具有刚性和柔性基体吸波材料，同时对吸波机理进行研究，以求开发一种低成本、宽频、高效、轻质的吸波材料。试样的制备采用复合材料成型工艺压缩模塑。将环氧树脂与低分子量聚酰胺按质量比 2：1 搅拌均匀（E-44 型环氧树脂：低分子量聚酰胺树脂=100：50～100：100 质量比），在真空干燥箱中脱泡，然后浇注到事先预热的半溢式模具中，模具中预置碳纤维或碳毡。在透波层表面加一层 S-玻璃布，目的是达到与自由空间的阻抗匹配，在模具底部也加一层玻璃布，目的是抵消由透波层玻璃布引起的应力，使试样不致弯曲而造成测量误差。然后将浇注好的模具在 60℃，10MPa的压力下固化 2 个小时，得到所需的 180mm×180mm，厚度为 4mm 的正方标准试样。 技术水平及专利与获奖情况： 本研究通过两年多的大量实验，获得具有良好吸波性能和商用价值的环境功能材料。可用于消除环境空间中的有害电磁波。本课题组制备了材料样品，完成了 4 个专题的研究报告，发表论文 12 篇，申请专利两项。本研究已达到国际先进水平。 应用前景分析及效益预测： 随着电信业的飞速发展，吸波材料的应用已深入到通讯抗干扰、环保及人体防护等诸多领域。 成本估算： 环氧树脂/碳纤维复合吸波材料E-44 环氧树脂：15.4 元/公斤，低分子量聚酰胺树脂：24 元/公斤。碳纤维：300 元/公斤 每块试样用碳纤维：0.36 克 其他费用：电费，模具费，人工费 每块试样成本：约 4 元（180×180mm） 折合成本：约 120 元/平方米 应用领域：电磁波污染的防护，构筑微波暗室。 2、 连续碳纳米管纤维 成果与项目的背景及主要用途： 碳纳米管被誉为超级纤维，是 21 世纪的基础材料，具有优异的物理化学性质，其密度只有钢的六分之一，强度超过钢 100 倍，具有高导电导热性，导热性是铜的 5-8 倍，在高性能复合材料，能源电极，电场发射等多方面有重要的应用前景，世界各国和大公司都争先投入抢占碳纳米管市场，近年来产业发展迅猛。连续碳纳米管纤维是无数碳纳米管构成的长纱线，轻于碳纤维，有高柔性，具有碳纳米管所有结构和功能特性，可编织和成型，较碳纳米管更接近应用，在制备高性能复合材料方面，极具潜力，可用于宇航、汽车用高性能复合材料、风力发电叶片、导电导热材料、电力传输电缆、高强编织物，智能纺织和柔性光电器件等。 基于天津大学的气相法制备连续碳纳米管纤维技术，研发碳纳米管纤维量产化技术，制备万米连续碳纳米管纤维材料, 研发碳纳米纤维复合材料和相关新材料，在国内率先推出碳纳米纤维新产品，主导国内市场，开拓国际市场。 技术原理与工艺流程简介： 本方法是一步制备连续碳管纤维的方法，具有工业化应用前景。2010 年天津大学技术团队取得关键制备技术的突破，纺出千米连续的碳纳米管纤维，为产业化提供了基础。气相纺丝法是以含碳原理和催化剂输入到高温炉中，在气流中生长碳纳米管并组装成丝，用机械的方法纺出碳纳米管纤维的新方法。主要成果包括发明了乙醇/丙酮混合碳源，发明了水密封反应器和致密碳管纤维的纺丝方法。目前已经取得连续纺丝数小时数千米连续碳管纤维，在方法、技术和材料性能方面处于国际领先水平。 应用前景分析及效益预测： 碳纳米管的价格范围较大 2-20000 元/克，价格取决于碳管种类和纯度，有些容易合成，有些受制备限制，尚未量产化。目前市场上多壁管 2000 元/公斤，天津大学科技成果选编高纯碳管价格十倍以上。高纯单壁碳管尚未量产，目前仍以克量计，纯度 80%的单壁管价格为 60 美元/克，高纯（>90%）单壁管在 1000-2000 美元/克以上。连续碳管纤维为双壁管，纯度 90%，短期可参考单壁管价格 60-2000 美元/克。 应用领域： 高性能复合材料、导电导热材料、储能材料、功能电子和织物，产业领域航空航天、能源、环境、化工和纺织等。 合作方式及条件： 技术合作与专利转让 与国际知名企业和研究单位建立合作,引领碳纳米管纤维新产业的发展

本发明公开了一种利用液体热电效应进行发电的系统，它由高温循环回路、液体热电发电系统和低 温循环回路组成；高温循环回路上设有热交换器，工厂或环境中的低温热能在热交换器内与热循环工质 进行热交换，低温循环回路中设有冷凝器，低温循环工质在冷凝器中进行冷却；当离子交换膜为阴离子 交换膜时，高温循环回路和低温循环回路分别经过液体热电发电单元的正负极。本发明对热能温度要求 较低，只要液体热电发电单元两端存在温差就可以正常运行，在电厂和工厂余热以及海水低温热

未来装配式建筑构件若实现工业化、标准化和智能化制造，关键环节是要求构件成型模具拆装灵活，便捷高效，可重复使用，并具通用性。高性能磁性固定器件就是为简化预制混凝土构件模具安装而设计开发的一种新型无损模具固定装置，旨在解决传统螺栓锚定对生产平台的破坏性、难拆卸、通用性差的技术难题。

为了追求极限性能，越来越多的电子系统需要在低温条件下工作。例如，在量子计算机、高性能传感器、深空观测以及一些经典信息处理系统中，通常使用工作温度为2K甚至是mk温区的低温器件，从而在噪声、速度和灵敏度等方面实现接近量子极限的性能。对于这一类低温系统，信号读取与处理通常采用两种方式：第一种是采用超导数字电路SFQ（单磁通量子技术）来实现高性能计算和处理；第二种是将信号传送至几十K的温区，再采用低温CMOS技术对进行信号处理。然而，不论采用何种技术路径，数字电路的功耗都必须控制在极小范围之内，从而保持极低温的工作环境，维持低温器件的高性能。随着应用需求的提高和低温阵列器件规模的扩大，低温电子系统性能受到信号处理和传输技术的制约，急切需要新的方案进行解决。 图1. (a) 采用超导纳米线结构实现的12门控或逻辑门；(b) 超导纳米线数字编码器芯片照片。针对此问题，南京大学吴培亨院士领导的超导电子学研究所团队，赵清源教授和康琳教授课题组设计出新型多门控超导纳米线逻辑器件(superconducting nanowire cryotron, nTron)，并利用此器件搭建经典二进制数字编码器；在1.6K的温度下，成功实现数字信息编码，总功耗小于1微瓦(10-6瓦)。同时，他们还利用此编码器对超导纳米线单光子探测器阵列实现数字化读出，为低温阵列探测器的信号读出和处理提供第三种解决方案。图2. 超导纳米线逻辑芯片实现对单光子探测器阵列的数字化读取。半导体数字电路，经历了从电子管、晶体管、混合集成电路至大规模集成电路的发展过程。每一代技术的升级变革，其核心推力都是基础逻辑器件的更新换代。前沿技术领域对超导电子器件的应用需求，也正将超导电子技术推向数字化的发展时代。南京大学吴培亨院士团队基于超导纳米线技术，开展了新型超导逻辑器件(nTron)的研究工作。nTron为单层平面器件，利用局部超导相变，实现高速低功耗的开关逻辑。

在利用太阳能分解水制取氢气的催化剂研究上取得新进展。该研究工作借鉴自然界光合作用，在多个光敏中心多个催化中心产氢器件构筑的基础上，进一步将其植入到金属有机框架材料中，模拟自然界酶催化环境中质子和电子的传输与转移，在有效规避分子基催化剂稳定性差的同时，极大地提高了光催化产氢性能，为人工模拟光催化剂的设计和构筑提供了新的思路。 人工模拟光合作用，利用太阳能在催化剂作用下分解水制取氢气，是实现将太阳能转化为清洁的化学能，解决人类社会面临的能源危机和环境污染问题的理想途径。在早期，我校化学学院苏成勇教授和石建英副教授研究团队发展了空间上相互独立、功能上相互等价，集合8个光敏金属有机钌中心和6个催化Pd2+中心于一体的金属-有机分子笼产氢器件[Pd6(RuL3)8]28+(MOC-16)，在单一分子笼内构筑出多个相互独立的能量传递和电子转移通道，获得了高达380 μmol h-1的初始产氢速率和635的TON(48h) [Nature Communications, 2016, 7: 13169]。虽然金属有机分子笼提高了分子基催化剂的产氢性能，但光照条件下的稳定性仍然是制约其进一步应用的决定因素。       最近，我校化学学院苏成勇教授和石建英副教授研究团队又基于配位组装策略实现了Au25(SG)18纳米簇在金属有机ZIF-8主体框架内部和外表面的可控组装[Advanced Materials, 2018, 30,1704576]。采用相似策略，他们将MOC-16植入到ZIF-8主体内，进一步将ZIF-8转化为Znx(MeIm)x(CO3)x (CZIF)，获得了MOC-16@CZIF催化剂。

已有样品/n在主流硅基FinFET集成工艺基础上，通过高级刻蚀技术形成体硅绝缘硅Fin和高k金属栅取代栅工艺中选择腐蚀SiO2相结合，最终形成全隔离硅基环栅纳米线MOS器件的新方法。并在取代栅中绝缘硅Fin释放之后，采用氧化和氢气退火两种工艺分别将隔离的“多边形硅Fin”转化成“倒水滴形”和“圆形”两种纳米线结构。

已有样品/n基于AlGaN/GaN异质结材料体系，通过采用导电机制融合和能带分区调控的先进技术路线改变传统氮化镓肖特基二极管正向电压与反向电流等参数之间的经典调控规律，采用无损伤工艺，提升了器件的均匀性和可靠性，进一步提升了氮化镓肖特基二极管的性能。测试结果达到1700V反向耐压，正向开启电压达到0.38V以及高防浪涌能力，为肖特基二极管器件市场提供了一种新选择。