炭质多孔炭材料的可控制备及用于水处理及气体吸附。

该成果用于考虑材料--结构--工艺--性能的多因素和多层次相互影响的材料和整体结构多功能化设计建模、材料、机械产品和建筑结构创新设计开发, 以及提供复杂载荷工况下增材制造材料和整体结构多功能化创新设计技术与软件系统。该成果在增材制造产品和建筑结构创新设计方面具有高效和高性能及低成本优势。 该成果在国家”863”和多项国家自然科学基金的支持下取得一系列创新性研究成果: (1) 发明了一种基于材料破损约束的连续体结构拓扑设计建模及优化设计方法; (2)发展了多载荷工况下多相材料结构的拓扑优化设计方法;(3) 研制了涉及静、动力学要求的柔性机构创新设计技术;(4) 提出了解决应力集中和奇异问题、最大应力波动问题、分析和计算量大问题和病态载荷工况问题等的关键技术; (5)打通了技术工艺, 开发了长度尺寸控制和多个制造工艺要求的约束表征及模型化技术;(6)发展了复杂载荷环境下结构静、动力学性能要求的拓扑优化的灰度单元抑制方法和考虑边界光滑化的结构优化模型化方法；(7)在国内, 率先研发了考虑智能制造约束的功能特征空间布局和支撑结构构型的复杂集成结构优化技术和与软件系统;(8)率先研发了多功能化材料的创新设计技术;(9) 研制了整体结构多功能化创新设计技术平台和工业应用技术。

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 离子液体是第一种由离子组成的液态熔盐，作为一种新型绿色介质或“软”功能材料可应用于分离，催化，材料，新能源，石油化工等诸多领域。本技术通过利用高效清洁的电离辐射接枝技术结合化学手法相结合将离子液体牢固化学键合负载到不同的载体上，得到一系列新型固体材料，兼具了离子液体与载体的特征，能够显著提升离子液体的利用率，无需引发剂，接枝产物中不残留催化剂等优点。目前已经成功将多种离子液体成功固载到微晶纤维素微球、二氧化硅微球、聚苯乙烯微球等基材，制备出一系列新型吸附分离用途的分离层析树脂材料。

项目成果/简介:本课题组自主开发了纳米氧化物制备工艺，结合共沸蒸馏和膜处理技术，获得晶粒度在10~20 nm的氧化物陶瓷粉末，最高耐热温度1400℃以上。该项制备技术于2004年获得国家发明专利（专利号ZL01128448.X）。2001年10月，“纳米氧化锆粉体制备”项目通过了湖北省科学技术厅主持的科技成果鉴定（证书编号：鄂科鉴字[2001]第2172380号），鉴定委员会认为：纳米氧化锆粉体制备工艺属于国内外首创，由该工艺生产的纳米氧化锆粉体的质量达到国际领先水平。2002年9月，“纳米氧化锆粉体制备技术”项目列入“十五”湖北省科技攻关计划重大项目：“纳米材料的应用研究与开发”项目。2003年4月，“纳米氧化锆粉体”项目列入国家重点新产品。截止目前，共授权相关领域发明专利26项，系列成果3次获得湖北省技术发明奖。该系列技术专利权在中国地质大学（武汉），已经完成耐高温隔热粉体和涂层的中试验证，技术成熟度高。在进行纳米氧化锆粉体研发工作的同时，还自主研发了二次造粒方法制备纳米氧化锆球形团聚体，试制出适用于热喷涂工艺要求的、具有纳米结构的氧化锆微米级氧化锆喷涂粉末，该粉末可以用于等离子喷涂等相关工艺。课题组研发的纳米氧化锆材料开始在我国航空发动机和燃气轮机热震涂层等领域进行初步试验。目前，纳米氧化锆材料已经经过了**发动机FWS**、舰船动力GT**、地面发电燃气轮机QD70A、QD128 燃气轮机、XX14、XX20 等型号的实际考核、验证，并在空军第三代X10、X11 等型号飞机上成功应用。与北京钢铁研究总院合作，将纳米氧化锆团聚体材料，应用于烟燃气轮机纳米涂层技术及应用，开发出了烟、燃气轮机热端部件纳米ZrO2热障涂层，该涂层具有优良的结合强度、隔热、抗热震性能，已成功应用于PG6541燃气轮机和YL14000A烟气轮机热端部件的实际应用，使用寿命较传统ZrO2涂层提高3倍以上。与贵州***公司合作，将纳米氧化锆材料粉末作为涡轮叶片热障涂层陶瓷面层，经入厂复验检查符合技术标准要求，经生产试验与后期使用考核。在 2011年通过中航工业相关单位组织的评审，并被制定为**系列发动机和**发动机热障涂层陶瓷面层粉末原料提供单位。F***系列发动机是我国自主研发空军第三代系列飞机的重要动力，目前已定形、并批量装备部队使用。解放军第***工厂承担F***系列发动机维修任务。中国人民解放军***工厂在进行已使用300小时寿命F***发动机的维修任务过程中。我们还开发了氧化锆靶材、高熵氧化锆、高熵稀土锆酸盐等，相关技术已经完成了中试。知识产权类型:发明专利技术先进程度:达到国际先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级计划/专项类别:科技创新重大专项获得经费:600.00万元自筹资金:500.00万元自筹资金来源:企业

项目成果/简介:该项目是基于固废为原料的高性能隔热保温材料，包括稻壳硅，赤泥，石膏等。以及污水处理回收后的COD有机物，花生壳等农业固废基于特色低温烧结技术制备的高性能隔热保温材料。优势是成本低，制造工艺简单，可做成板材，涂料及异性件等。解决固废的高附加值利用问题，具有很好的社会经济效益。产品优势：1） 成本低采用特殊烧结技术，烧结温度低于1000度，比普通的隔热材料烧结温度低400度以上，并采用廉价的造孔剂如COD污水回收有机物等作为造孔剂，制造过程简单。2）使用温度范围宽 使用温度超过1300度，主要成分氧化硅，氧化铝，氧化锆，等高温耐热材料，也可石膏，赤泥，稻壳或复合成分，耐热度高。3）强度高，机械力学性能好，制造工艺简单 可以作为毡，板，或各类异性件，成型工艺简单，不需压力成型烧结，材料的烧结强度高，不易破碎。可以作为建筑外墙隔热，窑炉隔热，钢铁冶炼，农业等。图1 低温烧结的硅基致密陶瓷4）隔热性能好 以回收污水有机物作为造孔剂，原位矿化原理合成纳米材料，闭孔气孔率高，隔热性能好。也可直接利用稻壳中的有机固废成分造孔。 图2 稻壳硅基隔热保温材料显微结构项目阶段:项目进展：用于速热陶瓷及金属的隔热保温材料，投产阶段项目目前基于稻壳硅等固废开发了耐热1400度以上的隔热保温材料，用于不锈钢MCH速热电炼炉隔热保温材料立项投产阶段。同时适合用于石墨烯零秒速热陶瓷农业地温恒温系统的隔热保温，及道路化雪材料的底板隔热保温用途。知识产权类型:发明专利技术成熟度:可以量产技术先进程度:达到国际先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:无

一、系统深入研究了作为纳米场发射冷阴极的发射材料——纳米氧化锌阵列和碳纳米管的制备工艺。通过工艺优化，采用水热合成法和化学气相沉积法分别制备出形态可控、尺寸满足合同要求且适合作为场发射冷阴极的纳米氧化锌阵列和碳纳米管。 二、在场发射冷阴极材料可控制备条件下，采用水热合成法制备出直径为50mm的氧化锌纳米场发射冷阴极，采用化学气相沉积法和丝网印刷/涂敷法分别制备出直径为50mm的碳纳米管场发射冷阴极。各类纳米场发射冷阴极的形态指标均满足合同要求。 三、在线性感应加速器的脉冲电场条件下，现场测试了纳米氧化锌阵列和碳纳米管场发射冷阴极的发射性能，其中氧化锌纳米棒阵列阴极、碳纳米管阵列阴极、涂覆法制备的碳纳米管阴极的最高发射电流密度分别达到132.42A/cm2、176.73A/cm2、343.77A/cm2。各类纳米场发射冷阴极的发射性能均优于合同指标。根据用户报告，纳米场发射冷阴极的寿命达到合同要求。 四、发现了氧化锌和碳纳米管场发射冷阴极的不同强流发射特性，建立了纳米场发射冷阴极的高压脉冲发射模型，提出了纳米场致发射冷阴极在高压脉冲电场条件下存在场致发射和场致等离子体发射两种电子发射的强流发射机理。该理论模型和发射机理具有创新性。综上所述，本项目全面完成了合同中研究工作的内容，各项性能指标达到了项目合同要求，满足了线性感应加速器的使用。经查新检索及该研究中基础理论部分发表的论文表明，本项目首次将氧化锌阴极作为强流电子束源使用在线性感应加速器上，且使碳纳米管阴极应用在加速器上得到的发射电流密度超过目前国内外报道的最高值。专家组一致认为，研究水平达到国际领先水平。

该项目是基于固废为原料的高性能隔热保温材料，包括稻壳硅，赤泥，石膏等。以及污水处理回收后的COD有机物，花生壳等农业固废基于特色低温烧结技术制备的高性能隔热保温材料。 优势是成本低，制造工艺简单，可做成板材，涂料及异性件等。解决固废的高附加值利用问题，具有很好的社会经济效益。 产品优势： 1） 成本低 采用特殊烧结技术，烧结温度低于1000度，比普通的隔热材料烧结温度低400度以上，并采用廉价的造孔剂如COD污水回收有机物等作为造孔剂，制造过程简单。 2）使用温度范围宽  使用温度超过1300度，主要成分氧化硅，氧化铝，氧化锆，等高温耐热材料，也可石膏，赤泥，稻壳或复合成分，耐热度高。 3）强度高，机械力学性能好，制造工艺简单  可以作为毡，板，或各类异性件，成型工艺简单，不需压力成型烧结，材料的烧结强度高，不易破碎。可以作为建筑外墙隔热，窑炉隔热，钢铁冶炼，农业等。 图1  低温烧结的硅基致密陶瓷 4）隔热性能好  以回收污水有机物作为造孔剂，原位矿化原理合成纳米材料，闭孔气孔率高，隔热性能好。也可直接利用稻壳中的有机固废成分造孔。  图2   稻壳硅基隔热保温材料显微结构