发展了水分辅助 CVD 生长高品质碳纳米管阵列的技术，可实现高纯度碳纳米 管阵列的高效生长。制备了碳纳米管阵列负载各种金属氧化物的纳米复合材料， 并用于构建高性能的超级电容器。

开发了碳纳米管预分散和预处理新技术；采用创新的碳纳米管 / 金属颗粒前驱体制备工艺制备出大尺寸碳纳米管增强镁基复合材料及其锻件和挤压件。复合材料的屈服强度达到 300MPa 以上，刚度超过45GPa，可满足乘用车对轻质、高强镁材料的需求，也可在航空航天、轨道交通等领域中的次承力结构部件中得到应用。

碳纳米管的优越电磁波吸收性能， 在军事领域及民用领域里有潜在的 巨大用途。碳纳米管吸波材料对于国家安全、隐形作战装备研制、具有十 分重大的意义。碳纳米管 /聚合物复合吸波材料还可广泛应用于民用领域， 可用于抗静电、电磁屏蔽，减少或者消除电磁波对人体的伤害及电磁设备 的干扰。 本研究显示碳纳米管 /聚合物复合吸波材料具有优良的雷达波吸收性 能，具有广阔的市场空间和应用前景。

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 目前碳纳米管复合材料的制备过程影响因素复杂，制备结果不确定性大。 针对此难题，本成果建立了一种碳纳米管复合材料宏观性能的评估标准，将碳纳米管界面空间填充程度与复合材料的宏观性能联系起来，实现最终复合材料性能的评估和预测。 本成果基于碳纳米管微观形貌表征和电镜分形维数计算，研发了一种碳纳米管界面的数量和均匀度（即界面空间填充程度）评估方法，首先，实现碳纳米管分形界面空间填充程度的定量化表征。其次，基于该定量化表征方法阐明碳纳米管界面空间填充程度与聚合物基复合材料性能间的关系。结果表明，复合材料的电导率和机械强度分别随界面空间填充程度的增大呈指数和线性增加。这种对应关系建立起了界面空间填充程度和碳纳米管复合材料宏观性能间的直接联系，且该联系与生产过程中采用的碳纳米管分散方法、碳纳米管浓度、碳纳米管类型以及复合基体无关。本成果普遍适用于碳纳米管复合材料的宏观性能评估，也可推广至各类纳米填充复合材料，对于指导纳米填充复合材料的制备具有十分重要意义。

X射线管是X射线成像系统最为核心的部件。现有的X射线管存在启动速度慢、工作温度高、获取高分辨率困难、辐射损伤大、功耗高、无法实现对运动物体同步成像、无法实现剂量和能量分别可控等致命缺点，无法满足下一代X射线成像系统的基本要求。特别地，现在的CT球管存在生产成本高昂的缺点、寿命非常短，对人的辐射伤害非常大等缺点，严重阻碍了CT成像系统的发展。 本项目成果采用独有的兼备高电流密度和大发射电流的碳纳米管场致发射阵列为电子源，并设计了高效的栅极结构和精细的聚焦透镜的电子枪，制备出具有划时代的意义的高速碳纳米管X射线管及碳纳米管CT球管，具有快速启动、超低剂量辐射、高分辨率、低功耗、运动闪拍等传统X射线管无法实现的性能，可满足新一代CT设备或全数字X光透射成像设备中快速启动、高速响应、与运动物体同步、高分辨率、X射线剂量和能量可控等要求，进而推动整个CT产业和全数字X光成像设备步入全新的发展阶段。 应用领域及在该领域的特色和先进性： 1.医学成像领域：本项目成果应用于CT成像系统时可以实现快怕功能，有效X射线的剂量不到现有CT机的10%，对人体的损害降低了10倍以上，并且分辨率更高，超低功耗。特别地，在运动器官检测领域和乳腺CT中和有独特优势。 2.无损探测领域：本项目可以非常容易实现超高分辨率检测，可以实现100nm至30um的纳焦点和微焦点超高分辨率X射线管。 技术指标：启动时间小于10ns；最高快拍频率1MHz；分辨率；微纳焦点X射线管：100nm-30微米；大功率高分辨X射线管：0.1mm；CT球管：0.6mm；最高耐压 120kV；最大电流密度 2.5A/cm2；最大束流：500mA；靶倾角：5°~20°；寿命 5万次完整拍照 本项目产品已经解决产业化的关键问题。可以摆脱国外对我国在高端X射线成像领域的垄断，使我国X射线成像领域步入世界先进行列。

X射线管是X射线成像系统最为核心的部件。现有的X射线管存在启动速度慢、工作温度高、获取高分辨率困难、辐射损伤大、功耗高、无法实现对运动物体同步成像、无法实现剂量和能量分别可控等致命缺点，无法满足下一代X射线成像系统的基本要求。特别地，现在的CT球管存在生产成本高昂的缺点、寿命非常短，对人的辐射伤害非常大等缺点，严重阻碍了CT成像系统的发展。 本项目成果采用独有的兼备高电流密度和大发射电流的碳纳米管场致发射阵列为电子源，并设计了高效的栅极结构和精细的聚焦透镜的电子枪，制备出具有划时代的意义的高速碳纳米管X射线管及碳纳米管CT球管，具有快速启动、超低剂量辐射、高分辨率、低功耗、运动闪拍等传统X射线管无法实现的性能，可满足新一代CT设备或全数字X光透射成像设备中快速启动、高速响应、与运动物体同步、高分辨率、X射线剂量和能量可控等要求，进而推动整个CT产业和全数字X光成像设备步入全新的发展阶段。

这种基于单臂碳纳米管和石墨烯复合材料的新型纳米材料，可吸附电磁辐射和屏蔽电磁干扰，并具有比传统用材重量更轻、机械性能更好和热稳定性更高的优点，以有效抑制各种电磁波造成的辐射、干扰和信息泄露。该新型纳米材料经过数十家科研机构的实际应用，已相继开发生产出高性能锂离子电池、多功能复合材料和超级电容器、高频晶体管等，并获得了国家“863”纳米专项、国家自然科学基金和天津市重点项目基金的支持，进一步推动了碳纳米管和石墨烯的产业化应用。

专利申请时，成果处于研发阶段，技术处于国内空白，技术指标处于量子点敏化太阳能电池的中等水平。

本项目产品目前超级电容器的致命缺陷，创新构建了以改性的碳纳米管(CNTs)为骨架，在此基础上合成以CNT为纳米茎、片状纳米镍基多元氧化物为枝叶的三维纳米结构材料。由该材料体系结构作为超级电容器正极材料时，CNT形成一维电子“快速通道”，在充放电过程中，电荷能通过CNT快速通道进行超高速交换。而片状纳米镍基氧化物具有巨大的表面积兼有非常强的电化学活性，使其赝电容效应的极具显著。该材料体系结构的另外一重大优点为在电容器制备过程中可以高效地避免纳米材料很容易出现的团聚现象，可以保证该三维纳米结构能获得最大的比表面积，从而使能量密度大大提高。因而，由该纳米三维结构电极材料制备的超级电容器可以获得了非常大的比电容、很大的能量密度和非常高的功率密度；更特别地，充电时间远小于锂离子电池和铅酸电池，在充电设备允许情况下，充电时间可以减小到2分钟以内；循环寿命也高于锂离子电池10倍以上；并且该超级电容器具有非常高的可靠行，制备和使用都非常环保和安全。该项目产品不仅仅可以广泛应用于原有的电容器应用领域，更特别地，可以代替现有巨大市场规模的铅酸电池和锂电池等二次电池而可广泛应用于电动自行车、新能源汽车、电站储能、工业电动运输装置、电动工具、便携式电子设备、通讯基站的备用电源、军事装备（单兵备用电源、瞬时大推力陆用装备、无人机、空间飞行器等）等，具有千亿级的市场规模。 技术指标： ？ 能量密度：30-80Wh/kg（目前商业超级电容器的最高仅为8Wh/kg） ？ 功率密度：2-20kW/kg ？ 充电时间：小于5分钟 ？ 循环寿命：大于5000次 项目产品的技术和性能优势： ？ 超大的电容量：比传统电容器容量高6个数量级，比现有商业化的超级电容器的比能量高10倍，已经超过铅酸电池的能量密度。 ？ 超高功率：比锂离子电池的功率密度高两个数量级以上。 ？ 充电速度快：比锂离子电池快10倍以上。 ？ 更长的充放电循环使用寿命：比锂离子电池的寿命高1个数量级以上。 ？ 具有免维护：可随时浅充、满充和过充电、浅放电、全放电，对电池不会损害，无记忆效应。 ？ 高可靠性：超级电容器从生产至使用过程中，均不会出现锂离子电池爆炸问题，即使在严重挤压和高温下也是安全可靠的。 ？ 环保无污染：从生产、使用到报废回收，均不存在污染，是典型的绿色产品。 ？ 生产成本低，生产工艺兼容性好：电极材料的制备工艺兼容常规材料的制备工艺；电容器的制备工艺可以完全兼容锂离子电池的生长设备，但工艺要求更加简单。