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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
项目成果/简介: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。应用范围:南开大学在碳纳米材料的制备及应用研究方面取得了一批开创性成果，该项目技术的推广，将促进我国新材料、微电子、储能、资源保护等领域的技术进步和发展，为我国在这一新型纳米材料领域占据有利地位，提高国际竞争力，做出重要贡献。
南开大学
2021-04-11
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
南开大学
2021-04-14
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
Fe-MOF/Fe3S4复合材料及其作为纳米酶在检测马拉硫磷中的应用
本发明属于污染物检测技术领域，涉及一种Fe‑MOF/Fe<subgt;3</subgt;S<subgt;4</subgt;复合材料及其作为纳米酶在检测马拉硫磷中的应用。将六水合三氯化铁溶液和富马酸溶液混合，得到混合液A，然后进行回流反应，得到Fe‑MOF前驱体；将硫源加入到Fe‑MOF前驱体的乙醇分散液中，超声处理后，密封并进行水热反应，制得Fe‑MOF/Fe<subgt;3</subgt;S<subgt;4</subgt;复合纳米材料。本发明所提供的制备方法流程简便、原材料价格低廉、资源丰富，合成成本低，且产品性能稳定，适合大批量合成。通过溶液颜色变化可实现对马拉硫磷的可视化检测，具有高灵敏度、低检测限、宽线性响应范围和较好的选择性及稳定性。
南京工业大学
2021-01-12
纳米光子学材料
一种全新的光热转换全介质材料（all-dielectric materials）即碲（Te）纳米颗粒，它不仅可以实现全太阳光谱吸收而且具有极高的光热转换效率。他们采用自己发展的液相激光熔蚀（laser ablation in liquids, LAL）技术制备出多晶碲纳米颗粒，粒径分布范围10到300纳米，并且发现由碲纳米颗粒自组装形成的吸收层具有强烈的宽谱吸收属性，在整个太阳光谱范围内的吸收率超过85%（紫外区接近100%）。在太阳光照射下，该吸收层的温度从29°C上升到85°C只需要100秒的时间。此外，通过将所制备碲纳米颗粒均匀分散到水中，在太阳光照射下水的蒸发速率提升了3倍，这种表现超越了所有已经报道的用于太阳能光热转换水蒸发的纳米光子学材料，包括等离激元（plasmonic）和全介质材料。
中山大学
2021-04-13
大理石矿综合利用及矿物复合材料研发与产业化
该发明涉及一种尾矿全资源利用方法，属于矿产资源综合利用与矿物复合新材料技术领域。该发明能够利用尾矿废石制备多种资源化利用产品，所制备的产品强度较高，具有良好的综合性能，应用范围广泛。该项发明绿色环保，可实现规模化批量制备。
中国地质大学（北京）
2021-02-01
汽车件快速成型复合材料用高温韧性环氧树脂体系的研制
碳纤维复合材料要真正应用于汽车领域，必须适应高产量汽车生产的成本和生产速度，因此对复合材料的规模化、自动化、快速成型技术提出了更高的要求。高效率批量化生产要求新型的快速固化成型环氧树脂复合材料。其中主要涉及到的是预浸料的模压成型工艺：利用固化时间在2~5min的环氧树脂预浸料模压成型工艺生产。首先使用2～3分钟即可硬化的环氧树脂和碳纤维制造预浸料，然后再放入模具加热，在3～10MPa的高压下冲压成型。成型周期仅为约10分钟，在热硬化性CFRP中生产效率上佳。 北京化工大学先进材料研究院中心将化学流变学理论应用于碳纤维预浸料专用树脂体系的设计指导通过流变学调控树脂体系的初始粘度，实现树脂对纤维的充分浸润。通过化学反应降低预浸料的树脂流动度，提高预浸料的工艺性能。已申请专利6项。在工艺设备创新方面，采用双行星双动力的搅拌方式，低速运转的行星搅拌锚使物料上下翻动混合，高速运转的行星分散盘使物料产生强烈的碰撞和剪切。课题组充分利用北京化工大学的高分子学科优势，基于国产碳纤维的产能扩张，结合不同级别国产碳纤维(T300、T700、T800) 的表面特性，自主设计了不同耐温等级的环氧树脂体系，开发了系列化(80、90、100、120、180度)的预浸料专用树脂体系，以开拓国产碳纤维的下游加工应用。 在快速固化耐高温韧性环氧树脂体系的研制方面，环氧树脂分子设计需要满足几个条件，1、含有噁唑烷酮环的环氧树脂固化后不仅具有较好的耐热性，其玻璃化转变温度和热分解温度亦高于纯环氧树脂和其他的传统环氧热固性材料。2.具备出色的电气绝缘性能，物理机械性能。3.噁唑烷酮结构极性基团的存在使得环氧树脂与碳纤维的粘结强度增加。4.聚氨酯柔性链的存在，使得树脂的柔韧性提高。固化体系设计包括：固化剂的液化改性；储存稳定性；吸水性；分散性。MHT150-PN预浸料树脂是中高温固化快速成型的阻燃环氧树脂体系，具有高耐热、环保阻燃和高韧性等特点，主要用于汽车件等快速固化预浸料领域，具有优异的操作性及贴合性。
北京化工大学
2021-02-01
金属玻璃包覆金属丝复合材料的连续制备设备与工艺
金属玻璃（又称非晶合金）是指在固态下原子排列具有短程有序而长程无序，并在一定温度范围内保持这种状态相对稳定的金属合金。近十几年来，块体金属玻璃的发展更是其发展过程的一个里程碑，使得金属玻璃作为结构材料成为可能。 与传统晶体材料相比，块体金属玻璃很高的强度、大的弹性极限（2%～3%）及良好的耐腐蚀性等突出优点。正是由于其独特性能，使得块体金属玻璃在体育用品、电子、医学及国防等领域得到了越来越广泛的应用。 本项目开发了一种短流程、适合于大规模工业生产、并能获得完全清洁复合界面的金属玻璃包覆金属丝复合材料的连续制备设备与工艺。 设备构成为，由真空系统、预热系统、加热系统、冷却系统、牵引机构组成。牵引机构上下各有一个导轮，两导轮竖直方向相切，且下部导轮与电机相连，可以将制备的丝直接缠绕起来，实现连续生产；冷却装置紧置于坩埚下部，保证包覆的合金液快速凝固形成金属玻璃。 工艺过程为：将按照名义成分配好的合金先用电弧炉熔炼成均匀的母合金，然后将母合金和金属丝装在底部带有小孔的坩埚中，金属丝一端自内而外穿过坩埚的小孔，在加热炉中重熔母合金并保温，然后通过牵引机构由电机带动下拉浸渍在熔体中的金属丝，使其表面均匀浸渍一层合金液，在穿过加热区后通过冷却介质快速冷却形成金属玻璃，最终获得具有较高强度与延伸率的金属玻璃包覆金属丝复合材料。 技术特点：金属丝可以选用具有较高熔点及较高强度的钨丝，金属玻璃合金可以选用具有较强玻璃形成能力及较好力学性能的锆基合金体系。电机牵引拉丝速率为1-5mm/min,冷却装置的冷却速率为所吹氩气流速1-5m/s。 已申请专利：张勇，陈晓华，陈国良，张兴超，王自东，“一种金属玻璃包覆金属丝复合材料的连续制备设备与工艺”，中国发明专利申请号：200710120355.4，专利申请时间：2007.08.00，专利公开日：2008年3月12日。
北京科技大学
2021-04-11
一种三元复合材料地铁减振道床制作方法
本发明公开了一种三元复合材料地铁减振道床制作方法，利用建筑工程材料组成三元复合材料，所得三元复合材料是一种周期性结构材料，它具有带隙特性，利用这种带隙特性进行减振，三元复合材料道床可有效减小地铁列车振动对周边环境的影响，提高地铁运营的质量，改善和提高地铁沿线周边居民的生活质量。
东南大学
2021-04-11