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单壁碳纳米管和石墨烯的制备及其在能源、光电器件和复合材料等方面的应用
1991 年发现的碳纳米管（CNT）以及 2004 年发现的石墨烯（graphene），分别是一维和二维纳米材料的典型代表，被认为是 21世纪的战略性材料。 本项目发明了一类新的催化剂和大量制备 SWNTs 的方法，实现了高质量单壁碳纳米管的宏量制备（图 1），纯度达 70%以上，并达到了产业化规模（达 200 公斤/年以上）。采用机械共混及"原位"聚合 等方法，使SWNTs 有效地分散于高分子基质中，获得了以环氧树脂、ABS 及聚氨酯等为基质材料，电导率达 0.2 S/cm、导电临界含量仅为0.06%、电磁屏蔽效果高达 49dB 的复合材料。 本项目首先发展了一种可大量制备的可溶性功能化石墨烯（SPFGraphene）的方法，实现了石墨烯的百克级制备（图 2）。通过透射电子显微镜（图 3）及原子力显微镜（图 4）确定了石墨烯的二维平面结构。 获得了可溶性石墨烯材料及柔性透明导电薄膜（图 5）；制备了基于石墨烯的高稳定性有机光伏电池及复合材料。 图 5、基于石墨烯的透明电极材料 所研制的单壁碳纳米管及石墨烯已用于数十家科研机构的研究和相关产品/样机的研制，包括应用于国家 863 重大汽车电池项目（中科院物理所）和军工卫星电池项目（中国电子科技集团公司第十八研究所）等。已研制出晶体管、锂离子电池、超级电容器（图 6）以及高性能复合材料等多种产品，具有广阔的应用前景。
南开大学
2021-02-01
单壁碳纳米管和石墨烯的制备及其在能源、光电器件和 复合材料等方面的应用
1991 年发现的碳纳米管（CNT）以及 2004 年发现的石墨烯 （graphene），分别是一维和二维纳米材料的典型代表，被认为是 21 世纪的战略性材料。 本项目发明了一类新的催化剂和大量制备 SWNTs 的方法，实现 了高质量单壁碳纳米管的宏量制备（图 1），纯度达 70%以上，并达 到了产业化规模（达 200 公斤/年以上）。采用机械共混及"原位"聚合 等方法，使 SWNTs 有效地分散于高分子基质中，获得了以环氧树脂、 ABS 及聚氨酯等为基质材料，电导率达 0.2 S/cm、导电临界含量仅为 0.06%、电磁屏蔽效果高达 49dB 的复合材料。 本项目首先发展了一种可大量制备的可溶性功能化石墨烯 （SPFGraphene）的方法，实现了石墨烯的百克级制备（图 2）。通过 透射电子显微镜（图 3）及原子力显微镜（图 4）确定了石墨烯的二 维平面结构。
南开大学
2021-04-13
单壁碳纳米管和石墨烯的制备及其在能源、光电器件和复合材料等方面的应用
1991年发现的碳纳米管（CNT）以及2004年发现的石墨烯（graphene），分别是一维和二维纳米材料的典型代表，被认为是21世纪的战略性材料。 本项目发明了一类新的催化剂和大量制备SWNTs的方法，实现了高质量单壁碳纳米管的宏量制备（图1），纯度达70%以上，并达到了产业化规模（达200公斤/年以上）。 采用机械共混及"原位"聚合等方法，使SWNTs有效地分散于高分子基质中，获得了以环氧树脂、ABS及聚氨酯等为基质材料，电导率达0.2 S/cm、导
南开大学
2021-04-14
高效换热装备及其耐腐蚀石墨烯复合涂层
市场背景1：根据中国机械工业联合会统计，基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器产业在未来一段时期内将保持稳定增长。预计 2010 年至 2020 年期间，我国换热器产业将保持年均 10-15%左右的增长速度，2015 年，我国换热器产业规模已突破 880 亿元，到 2020 年我国换热器产业规模有望达到1500亿元。 市场背景2：2016年国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，“突破石墨烯产业化应用技术”被写入规划。2017年1月《新材料产业发展指南》正式公布，石墨烯成为新材料产业发展的先导性产业。据前瞻研究院数据显示，2017年我国防腐涂料（常规防腐涂料和重防腐涂料）全年产量达到561万吨，占涂料总产量的27%左右。2013年以来，涂料产量年均增长率在5.5%左右，而我国防腐涂料达到12%左右，是增长最快的涂料品种之一；2018年防腐涂料总产量或达到600万吨以上，2020年总产量可突破700万吨。
同济大学
2021-02-01
高效换热装备及其耐腐蚀石墨烯复合涂层
项目成果/简介:市场背景1：根据中国机械工业联合会统计，基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器产业在未来一段时期内将保持稳定增长。预计 2010 年至 2020 年期间，我国换热器产业将保持年均 10-15%左右的增长速度，2015 年，我国换热器产业规模已突破 880 亿元，到 2020 年我国换热器产业规模有望达到1500亿元。 市场背景2：2016年国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，“突破石墨烯产业化应用技术”被写入规划。2017年1月《新材料产业发展指南》正式公布，石墨烯成为新材料产业发展的先导性产业。据前瞻研究院数据显示，2017年我国防腐涂料（常规防腐涂料和重防腐涂料）全年产量达到561万吨，占涂料总产量的27%左右。2013年以来，涂料产量年均增长率在5.5%左右，而我国防腐涂料达到12%左右，是增长最快的涂料品种之一；2018年防腐涂料总产量或达到600万吨以上，2020年总产量可突破700万吨。应用范围:目前国内外水蒸气空气预热器基本都是翅片管式，节能效果有待提高； 目前国内外成熟的蒸发式冷凝器基本都是管状或椭圆状，紧凑度不高，单位面积热负荷有待提高，特别针对化工产品如甲醇汽冷凝，要求系统压降低和尾气回收等指标，难以达到； 目前国内外烟气空气预热器基本采用管式，或回转式，管式占地面积达，换热系数不高，回转式漏风严重并且维修成本较高； 目前国内外解决金属表面腐蚀问题，基本采用搪瓷涂层，但搪瓷涂层导热系数低，不到1 W/（m·k）左右，而且搪瓷由于应力及金属与搪瓷线膨胀系数不一致，易导致崩瓷现象。项目阶段:批量生产效益分析:1）新型板式水蒸气空气预热器。与翅片管相比，节约水蒸汽15-30%，该项目目前属产业化阶段； 2）新型中间排液板式蒸发式冷凝器。与普通蒸发式冷凝器相比，节电节水30%，系统压降降低约0.1MPa，该项目目前属产业化阶段； 3）新型板式空气预热器。燃煤、燃气及燃油锅炉空预器，节能减排效果明显，该项目目前属产业化阶段； 4）耐腐蚀耐磨超导热疏水性石墨烯复合涂层。解决各领域换热设备表面的腐蚀问题，导热问题及结垢问题，节能减排效果明显。该项目目前属产业化阶段。
同济大学
2021-04-10
智能压电纤维复合材料
智能压电纤维复合材料通过对单层平行排列压电纤维的复合，能有效抑制压电陶瓷沿三维方向的压电效应，增强机电效应的方向性，优化单向驱动性能；作为复合材料，结构整体性大幅提高，很好地克服了压电陶瓷的脆性问题，并能有效避免因局部纤维失效而影响整体器件的问题。智能压电纤维复合材料可进行大幅度弯曲和扭转，适宜应用于包括曲面在内的多种工作主体结构，因而极大地拓宽了压电器件的应用领域。智能压电纤维复合材料集传感、驱动和控制功能于一体，可以广泛应用于飞行器的智能蒙皮、自适应机翼、装备的振动噪声控制和结构健康监测等领域，对有效提高武器装备和飞行器性能、提升生存能力和延长服役寿命等方面具有非常重要的意义。
本项目针对振动对高性能飞行器等武器装备的关键性能、服役寿命的明显制约，发展厚度薄、重量轻、柔韧度好、机电效应方向性强、驱动力和变形量大的智能压电纤维复合材料，填补国内在该技术领域的研究空白，突破西方对该技术和产品的封锁，为智能材料和结构在我国航空、航天、武器装备及民用工业领域的应用提供技术支撑。
济南大学
2021-04-22
轻金属及其复合材料
西安交通大学
2021-04-10
金属基复合材料（MMCS）
金属基复合材料是近几年来迅速发展起来的一种高技术的新型工程材料，它具有高的比刚度，比强度，优良的高温性能，低的热膨胀系数以及良好的耐磨、减摩性。由于其优良的加工、成型性能，明显的性能价格比之优势，在世界许多国家，如美国、英国、日本以及印度、巴西等对它的研究和应用开发正多层次大面积的展开。金属基复合材料的成功应用首先是在航空、航天领域，如美国宇航局（NASA
西安交通大学
2021-01-12
气凝胶隔热复合材料
气凝胶材料是一种纳米多孔性固体材料，孔隙率高达 80.0-99.8%，是最轻 的固体材料，比表面积非常大，隔热性能好。 本项目除可生产耐 650ºC 二氧化硅气凝胶隔热复合材料外，还可生产耐 1100ºC 透波型二氧化硅气凝胶隔热复合材料。气凝胶隔热复合材料可用于冷库 保温、石油管道保温、LNG 保温、高速铁路保温隔音等领域；还可用于防爆、 防弹，气凝胶材料具有吸能的特点，在防爆领域应用前景广阔。 本项目研制的二氧化硅气凝胶隔热复合材料性能指标优于国外同类产品， 耐 1100ºC 的两种二氧化硅气凝胶隔热复合材料国外尚未见报导，综合技术水平 处于国内领先，达到国际先进水平。
山东大学
2021-04-13
汽车车身复合材料
汽车车身复合材料主要以经编结构复合材料为主，将刚性纱线成圈技术、针 织结构增强设计和异型结构织造技术三者相结合，生产质量轻、强度高的相关产 品，满足汽车车身材料的使用要求。汽车车身的材料主要是多轴向经编复合材料 和异型结构经编复合材料。 2 关键技术 ① 多轴向经编复合材料的定义 轴向织物是由带有纬纱衬入系统的织机生产的一类独特的织物。在织物的纵 向和横向以及斜向都可以衬入纱线，并且这些纱线能够按照要求平行伸直地衬在 需要的方向上。因此这类织物亦称为取向结构。多轴向经编复合材料指在经编结 构基础上形成的轴向织物。 ② 多轴向经编织物特点 需求量大、生产效率高、生产成本低（卡尔迈耶的 Malimo Multiaxial 型多 轴向经编机最高机速可达 1400r/min，相应产量可达 240m/h） 原料适应性好，力学性能优异 ③ 多轴向经编复合材料结构特点 较好力学性能：由于经编多轴向织物纤维平行且伸直排列，所以纤维强度与314 刚度在复合材料中可以充分发挥。机织物的经纬纱线呈波浪形，其力学性能贡献 只有 50%左右。如在平纹布中碳纤维拉伸强度仅为 1100N/mm2，而同样材料在双 轴向经编织物中拉伸强度为 2200N/mm2。 降低应力集中，提高材料性能：在普通机织复合材料中，当材料受拉伸载荷 时，其应力转移有一个过程，由于树脂模量低，纤维处于不断伸长过程中，应力 载荷也逐步加到纤维上，纤维在伸长过程中破坏，树脂与纱线受到剪切应力，在 纤维还未断裂时，反复的剪应力作用也使复合材料界面被破坏，导致复合材料强 度损失。 3 知识产权及项目获奖情况 论文 5 篇，专利 1 篇，SCI6 篇 4 项目成熟度 小批量生产阶段 5 投资期望及应用情况 多轴向经编复合材料在汽车领域应用，经编复合材料可用于制造车辆壳体、 发动机引擎盖、保险杠等
江南大学
2021-04-13