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氢是元素周期表中的第一个元素，亦是宇宙中丰度最高的元素。其在宇宙演化、生命起源、分子构成、生物大分子组装、化工生产等扮演着极其重要的角色。在单个团簇中成功揭示3个“金属氢”的存在不仅深化了对含有“金属氢”纳米材料结构化学的认识，而且更为重要的是，这为我们从多维度认识氢元素的本质提供了巨大的可能。

2010年我国含氟聚合物产能约8万多吨，占世界总产能的三分之一，产量近6万吨，其中PTFE约占80%，已成为世界第二大生产国。根据国家氟化工十二五规划，到2015年我国含氟聚合物产能将达到13.4万吨，产量达到9.4万吨，其中PTFE约占70%。随着战略性新兴产业的兴起，PTFE应用范围已经从传统领域扩展到环保、生物医药、新能源、电子信息等新兴产业领域。如在环保领域，PTFE膜接触器应用于烟道气处理；在生物医药领域，PTFE中空纤维管用作血浆过滤器；在新能源领域，PTFE用作锂电池隔膜和太阳能电池背板；在电子信息领域，PTFE用作驻极体材料。而这些应用，无一不涉及到对PTFE的表面处理。传统的湿化学法已经不能适应，正如氟化工十二五规划中所述：产品结构不合理，中低端产品为主，高端产品仍然依赖进口；应用开发不力，加工技术和设备落后。 大气压低温等离子体材料表面改性是一种新型的表面改性方法，这种方法可以有效地改善材料表面性能，且凭借其独特的优点使其具有其它传统方法不可比拟的优势，是一项值得深入研究的有广阔应用前景的技术。本项目采用大气压低温等离子体改性PTFE材料，替代传统的湿法化学处理方法，从而提高其表面的粘接性、吸湿性、可染色性、及生物相容性等性能，开发出适合对PTFE表面处理的高放电均匀性、高放电电离效率和大面积的均匀等离子体在线清洁处理技术，从而达到对PTFE表面改性的有效调控，取代传统的化学表面处理方法，推动相关产业的技术进步和PTFE在新兴行业中的应用，对于提升PTFE产品档次，促进PTFE在新兴行业的应用具有现实意义。 本项目所采用的常压低温等离子体设备为大面积、均匀连续处理设备，如图所示，可以实现稳定均匀DBD模式运行，配合上收卷、送卷，臭氧抽气等装置，可实现在线连续运行。目前已在实验室实现电极长度为1.5米的的大面积放电，如图(a)所示，将进一步结合在线处理要求，深入研究等离子在线处理工艺，开发如图(b)所示的在线处理样机。处理宽度0.5m，处理速度1-5m/min可调；处理厚度0.05-0.5mm；处理后PTFE表面水接触角不大于50°；PTFE表面微观形貌：表面刻蚀程度均匀。 技术特点及创新性 针对目前PTFE表面处理中采用的湿法化学处理方法安全性、环保性、节能性差的缺点，采用大气压低温等离子表面处理技术，通过研究放电参数、处理结构及处理气体对PTFE表面改性影响的规律，获取最优改性处理条件，找到最适合取代化学处理方法的PTFE表面状态；通过研究在PTFE表面接枝不同的分子链，使其表面产生新的分子结构和新的功能，解决表面处理后老化效应等问题；开发新型的DBD等离子体处理样机，提高等离子体大面积处理均匀性；实现对PTFE表面处理的在线连续性、经济性、清洁性和安全性。同时为低温等离子体材料表面改性的大规模工业应用提供实践。研发出适应工业化生产的PTFE表面处理新技术和新设备，从而提高其表面的粘接性、吸湿性、可染色性、及生物相容性等性能，而且改性只涉及表面纳米级别范围内，基体性能不受影响，对于提升PTFE产品档次，促进PTFE在新兴行业的应用具有现实意义。 ●应用前景： 以聚四氟乙烯复合胶带为例，该产品是采用PTFE乳液浸渍玻璃纤维基布，生产出聚四氟乙烯漆布，再进行单面表面处理后，涂上一层有机硅胶粘剂。该产品表面光滑，有着良好的抗粘性，耐化学腐蚀和耐高温性以及优秀的绝缘性能，并具有反复粘贴功能，广泛应用于在造纸、食品、环保、印染、服装、化工、玻璃、医药、电子、绝缘、砂轮切片、机械等领域，还可应用于浆纱机的滚筒、热塑脱模等行业。该产品预计全国年用量达1000多万㎡。再以太阳能电池组件背板为例，其主流产品是TPT。该产品是由上下两层PVF（聚氟乙烯）和PET（聚对苯二甲酸二乙酯俗称涤纶）薄膜三层复合而成。该产品的生产就涉及到对PVF的表面处理。相对于PTFE来说，PVF的表面处理就比较容易。据统计1兆瓦组件需要8800-10000平方米的背膜,2007年我国组件量为1717兆瓦,消耗各种背膜1500-1700万平方米,全部依赖进口。据《2008年中国光伏太阳能行业研究与投资前景分析报告》预测，2008年世界组件量为将上升40%，约为5600兆瓦，我国组件量约为2400兆瓦，需要背膜约1900-2400万平方米，PVF表面处理量达3800-4800万平方米。 目前，国内外相关研究大多实验室阶段，国外一些知名的大公司，如道康宁、3M以及德国的一些公司，也正致力于该技术研究。从目前报道资料情况上看，国外仅道康宁公司有应用报道，国内尚无相关产品推出。因此技术属于自主創新技术，将填补国内空白，达到国际先进水平。本技术具有应用的普遍性，不但可用于PTFE的表面处理，更可用于其它氟树脂和难粘高分子材料的表面处理，具有广阔的市场前景。本技术还可以推广到其他高分子材料处理领域，以及保护性包装、生物材料处理、薄膜沉积、生物医学应用等领域，在提高材料表面性能，开创材料新的应用领域方面发挥着至关重要的作用。

能源与环境问题是目前人类面临的两个重大危机，也是科研工作者关注的重点领域。钙钛矿太阳能电池以其独特的物理性质、醒目的光电转化效率和良好的工业应用前景等特点，被认为是一种拥有巨大解决能源问题潜力的光伏器件。但其电池效率衰减(稳定性)等问题是其走向工业化应用急待解决的课题。现行钙钛矿电池比较普遍使用的空穴传输材料是一种比较昂贵的螺二芴结构化合物(spiro-OMeTAD)，需要通过掺杂锂盐以提高电池的性能，但这同时加剧了钙钛矿电池的不稳定性。所以一直以来研究人员希望寻找更加廉价和稳定的空穴传输材料来替代传统材料。 酞菁铜是一种具有优异光电特性的廉价小分子半导体材料。但其有机溶解性比较差，不利于廉价液相工艺规模制备光电器件。许宗祥课题组从分子设计层面出发，开发八甲基取代的酞菁铜并制备纳米材料，通过酞菁纳米材料与廉价商业化的高分子材料聚噻吩复合，开发出了具备更高载流子迁移速率及环境稳定性的空穴传输材料，实现溶液法制备出光电转换效率为16.61%的钙钛矿太阳能电池，效率高于传统商业化的螺二芴结构化合物(spiro-OMeTAD)。同时器件的稳定性大幅度提高。

技术人才：高分子材料与工程专业；材料化学专业；应用化学专业

山东大学晶体材料国家重点实验室陶绪堂教授团队通过自主设计的“微爆炸法”获得了无氧化MXene-Ti3C2Tx量子点，首次提出可将此类二维结构钛基晶体材料用于肿瘤治疗，并与刘宏教授团队合作发现其具有较强的类芬顿反应特性，在抗肿瘤实验中效果显著，从而实现了更高效、更安全的纳米催化治疗方式。相关结果以“Nonoxidized MXene Quantum Dots Prepared by Microexplosion Method for Cancer Catalytic Therapy”为题，发表在材料类权威期刊Advanced Functional Materials（IF=15.621）上，陶绪堂教授和刘宏教授为通讯作者，晶体所博士研究生李雪松和刘锋为共同第一作者，山东大学为独立完成单位。 对于肿瘤治疗，传统的化学、物理疗法都存在严重的副作用，限制了其在实际临床治疗中的应用。最近，基于特殊的肿瘤微环境，利用肿瘤内部催化反应的纳米催化治疗成为前沿且备受关注。其中，研究最为广泛的铁基纳米催化剂可特异性响应肿瘤的弱酸性细胞微环境，释放Fe2+并引发芬顿反应，产生•OH自由基以触发细胞凋亡，从而抑制肿瘤。然而，在弱酸性肿瘤环境中，Fe2+催化的芬顿反应速率较低，导致•OH自由基形成缓慢。此外，众多抗肿瘤复合纳米制剂的潜在毒性值得关注。因此，寻找更高催化活性和更安全的纳米制剂是人们一直追求的目标。晶体材料国家重点实验室陶绪堂教授团队与刘宏教授团队合作发现所制备的钛基无氧化MXene-Ti3C2Tx量子点具有较强的类芬顿反应特性，其对正常细胞和组织器官均表现良好的生物相容性，并对宫颈癌和乳腺癌均有强烈的杀伤能力，体现出优异的抗肿瘤效果。这种以钛基类芬顿反应为基础的肿瘤治疗方式潜力巨大，为实现肿瘤的高效、精准治疗提供了一条新的探索途径。

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

本项目属于电子信息功能材料技术领域。 特色及先进性：为了实现同一种单晶薄膜即可应用于磁光器件，又可应用于微波器件中，本项目提出了铋镥铁石榴石（BiLuIG）薄膜的设计体系，为了使其同时具有良好的磁光和微波特性，本项目很好的根据晶格匹配原则设计了材料配方，并选用无铅液相外延技术，大大提高了薄膜的性能。本项目提出了在钆镓石榴石（GGG）衬底上直接外延大口径磁光BiLuIG单晶体的思路，解决我国无大晶格常数掺杂钆镓石榴石（SGGG）晶圆片技术、无铅液相外延大尺寸BiLuIG晶体圆片的不足，突破纯GGG基片上外延超厚（1-20μm）磁光晶体这一难点科学问题。研究内容包括：（1）BiLuIG薄膜材料的配方设计研究：基于四能级跃迁模型，并结合离子替代规律和多离子掺杂技术，寻找最佳配方；（2）液相外延单晶薄膜材料的工艺技术研究：包括薄膜均匀性、缺陷控制、无铅配方、生长速率和薄膜镜面条件控制等；（3）材料在器件中的验证研究，设计制备平面波导型磁光开关对材料磁光性能的验证。 技术指标：（1）建成了我国第一条大尺寸磁光单晶薄膜液相外延的生产线，最大尺寸达到3英寸，单面薄膜厚度达到1μm－20μm。（2）单晶薄膜具体微波和磁光参数：4πMs=1500-1750Gs，△H=0.6-2.0Oe，Θf≥1.6-2.1度/μm＠633nm。（3） 掌握了进行单晶薄膜材料在磁光和微波器件中的设计、制备和测试工作。 促进科技进步作用意义：本项目突破了我国在3英寸石榴石系列单晶体材料以及相关器件研究上的瓶颈技术，获得了高法拉第效应和低铁磁共振线宽的大尺寸高质量石榴石单晶薄膜材料。满足了国内在磁光、微波及毫米波集成器件方面对石榴石系晶体材料的需求，摆脱了完全依赖进口、受制于人的不利局面。该项目研制的材料已提供给中电集团41所、美国Delaware大学、天津大学、中国工程物理研究院、深圳市通能达电子科技有限公司（中电九所下属）、陕西金山电器有限公司（4390厂）等单位使用，并为中电集团9所、33所等单位提供批量样品，用于制备磁光和微波器件，受到好评。

随着电子设备的日趋微型化、高频化及高密度集成化，设备内部的传导干扰和电磁辐射干扰等问题尤为突出，引发出的一系列电磁兼容和设备可靠性问题亟待解决。采用宽带轻质高效吸波材料是解决电磁兼容的必由之路。 电子科技大学研制的泡沫和蜂窝系列化宽带轻质高效吸波材料具有低频吸收性能好、重量轻、吸收频段宽等特点。材料系列厚度范围：6mm~55mm；应用频率：2GHz~18GHz，可扩展到0.5GHz~40GHz；吸收率5dB~30dB；体密度：0.07g/cm3~0.12g/cm3。 与美国Laird公司产品相比，在相同厚度的情况下，电子科技大学研制的FLXB-20泡沫吸波材料，面密度降低30%，达到1.4kg/m2，2GHz~4GHz频段内吸收率由5dB提高到10dB；FWXB-12蜂窝吸波材料，吸收率大于10dB，带宽由7~18GHz拓宽到4~18GHz，同时面密度降低40%，达到1.5kg/m2。该成果在材料低频吸收率及面密度等技术指标方面达到国际领先水平。 电子科技大学研制的FLXB泡沫和FWXB蜂窝两类宽带轻质高效吸波材料已在基站天线系统及手机测试箱抗电磁干扰领域得到批量应用（应用单位包括华为技术、中兴通讯、摩比天线、爱立信等），通讯行业对吸波材料的需求日趋明显，尤其是对低频段性能的要求尤为重要，年需求量在20000平方米以上，具有重要的社会效益和十分广阔的市场应用前景。