热电材料是一种可以将热能和电能进行直接转换的新能源材料，基于热电技术制备的热电发电或制冷器件具有无活动部件、无污染、无噪声等优点。传统的经典碲化铋基室温热电材料是目前唯一被商业化量产应用的热电材料，主要应用于固态制冷。虽然该材料含有的Te元素丰度极低，并且力学性能不佳，但是自上世纪60年代被发现以来，一直被工业界沿用至今，没有可替代的材料。随着物联

提出了复杂摩擦学，动力学系统的系统工程新思想，并用于旋转机械的轴承――转子系统摩擦学、动力学设计，这与传统的摩擦学分别对各摩擦副独立的进行设计有较大区别。在理论分析及计算软件方面：在研究所历年工作的基础上进行全面整理、扩充，使其界面友好，并适用于系统设计。把用于个别目的的单个程序集成起来，嵌入了优化和某些简化的非线性分析环节，集成规模在国内处于领先地位；开发了迷宫密封气流激振计算程序，并用于实际机组计算，这种运算在国内处于领先地位；在实验研究方面：改进了轴承及转子试验台结构的测

一、概述 （一）腐蚀  腐蚀是船舶和其它海洋服役装备全寿命周期内存在的共性问题；  引起船舶和海洋装备不可用天数增加，产生巨额维修费用；  增加发生重大事故的概率。 （二）污损 已探明的海洋生物20余万种，其中约有4000-5000种生物能造成污损； 船舶、码头、浮标、水管、石油平台、养殖设施易受海洋生物附着污损； 污损增加船底粗糙度、降低航速、增加燃料消耗（水线以下船壳污损5%，燃料将增耗10%；污损大于50%，燃料将增耗40%以上）； 产生巨额的清污与防污费用。 （三）国内外现状 1、表面腐蚀防护技术 防腐涂料：常用防腐技术，期效一般为1-5年； 热喷涂：可用于舱内防腐，但不适用于与海水接触区域； 激光熔覆：熔覆层与基体冶金结合、晶粒细小、孔隙率极低，其综合性能显著高于热喷涂涂层。 2、海洋污损防护技术 含氧化亚铜的自抛光涂料是当今主导产品，我国远洋船舶防污涂料的市场一直被国外公司垄断； 常用防污涂料的期效一般为2-5年； 国际公约要求，2008 年全面禁止生产和使用含三丁基锡 TBT 防污涂料，2009 年全部停止溶 剂法氯化橡胶生产线，2010 年全面禁止使用含 DDT船底防污涂料，把含氧化亚铜防污涂料列 入“高污染、高环境风险”名单，氧化亚铜防污技术是过渡性措施。 3、高耐蚀合金现状 Ni-Cr-Mo系镍基合金耐海水腐蚀性能优异，但该类合金产品制造工艺复杂、 价格昂贵，主要依赖进口； 现有镍基合金的成分是综合考虑强度、耐蚀、加工及焊接性能而设计的，而激光熔覆层的核心功能为防腐，需要重新设计其成分。 4、高速激光熔覆技术 2017年10月，德国弗劳恩霍夫激光技术研究所研发了高速激光熔覆技术，其优点为： 激光束功率密度高，1000~5000W/mm2； 熔覆速度高，10~350cm/s，使热影响区、稀释率、工件变形等参数得到更好的控制； 吸收比高，粉末到达熔池之前吸收激光能量，适合在高反射率基体上制备熔覆层。 二、课题组开发的相关技术  研发了系列专用于激光熔覆的高性能耐蚀粉末材料和制备高耐蚀熔覆层的高速激光熔覆系统，高性能熔覆层耐蚀寿命≥50年，该项技术的成熟度达到8级，具备批量生产条件；  研发了系列环保性好（不含氧化亚铜、敌草隆、二甲苯、石油脑等成分）、防污期效长的新型防污材料和防污层制备工艺，防污层与基体冶金结合，防污期效可达10年以上（已经进行了3年的实海试验）。 三、应用领域 （一）船舶与海洋装备的腐蚀防护 根据模拟海水腐蚀实验结果，熔覆层静态海水条件下腐蚀速率为0.00004mm/a。 该项技术已在发电设备、船舶及海洋装备中得到应用，效果显著。 （二）船舶与海洋装备的污损防护  防污层与基体材料形成牢固的冶金结合，防污层在异物撞击下不会脱落；  防污层厚度可根据防污寿命的需要调节，防污层防污期效可达10年以上；  防污层能满足抑制藤壶水螅、水母、藻类、细菌粘膜等多种类型海生物生长的要求；  主要用于船舶、海洋装备的海洋生物污损防护（如钻井平台、海上设施）。

本发明公开了一种激光辅助低温生长氮化物材料的方法及装备， 该方法将非氮元素的前驱体蒸汽和活性氮源前驱体气体分别输送到反 应腔室内温度为 250 至 800℃的衬底材料处，利用波长与活性氮源分 子键共振波长相等的激光束作用于活性氮源气体，使激光能量直接耦 合至活性氮源气体分子，加速 NH 键的断裂，提供充足的活性氮源， 使非氮元素与活性氮源发生化学反应，沉积第 III 族氮化物膜层材料， 持续作用直到沉积物覆盖整个衬底

（1）研发了系列新型高强高韧铸造轻合金材料，支撑了复杂铸件性能提升。 1）研发出一种新型高强韧铝硅合金。开发出一种新型高强韧铝硅合金及其制备方法；提出一种混合稀土和Sr元素的复合变质方法，缩小枝晶间距并细化共晶硅；研究出合适的热处理制度；阐明了变质剂组成与含量对变质效果的影响规律，基于此显著提高了铝硅合金的综合力学性能。有效解决了现有铝合金铸件易发生的裂纹、伸长率低、屈服强度不达标等缺陷和问题。 2）研发出一种低成本高强耐热稀土镁合金。开发出一种添加低成本混合稀土的新型多元稀土镁合金材料；揭示了混合稀土对镁合金相变规律的影响机制；研究出准晶增强稀土镁合金的高温固溶T6热处理工艺；开发出兼具优良的室温与高温力学性能的低成本稀土镁合金；解决了现有镁合金铸件易产生冷隔、强度低、韧性差等问题。 3）研发出一种新型高强韧钛合金。开发出一种α+β型双相高强高韧钛合金，揭示了合金在凝固-热等静压-热处理过程中微观组织的演变规律；研究出调控相组成及相形态的双级固溶时效热处理制度，形成了以等轴和篮网为主要特征的基体组织，使合金的强度和韧性同步提升。解决了现有铸造钛合金强度和韧性偏低、铸造成形性差等问题。 （2）研发了铸造全流程模拟仿真系统，提出了高效的单件化铸造数值模拟方法，实现了高性能复杂铸件的数字化工艺设计。 1）提出了一种铸造原辅材料热物性参数高精度求解方法。提出了基于实验测温与数值模拟反求的热物性参数求解方法，实现了面向数值模拟的热物性参数高精度求解；建立了反热传导法求解铸件/铸型界面换热系数的数学模型,降低了界面关键参数求解误差；研发了高精高效的热物性参数反求平台-华铸PIS，创建了铸造原辅材料高精度热物性参数数据库。 2）研发了铸造合金熔炼-复杂铸件充型凝固-热处理的铸造多物理场全流程高效模拟平台。建立了电磁、速度、压强、浓度、温度的多物理场耦合数学模型，自主研发了从铸造合金熔炼到复杂铸件充型凝固到热处理的铸造全流程模拟仿真平台，为铸造工艺优化提供了工具；提出一种数据内存动态自适应划分技术，解决了SOLA流动场求解数据耦合干扰难题，实现了大规模铸造流动场模拟问题的并行高效求解。 3）提出缩孔缩松缺陷定量预测与单件化模拟工艺优化方法。提出双高分配原则缩孔缩松预测模型，解决了复杂铸件缩孔缩松高精度预测难题；提出了针对高性能复杂铸件不同批次的单个铸件模拟方法，建立关键工艺参数波动对典型缺陷的多元回归关系模型，实现了基于单件化模拟仿真的高性能复杂铸件缺陷控制与工艺优化。 （3）建立了铸件生产全生命周期的单件化柔性化质量管理模型，实现了高性能复杂铸件质量问题的单件化、全过程、全要素溯源。 1）创建了基于PLM理论和TQM理论的铸件单件化管理模型。基于产品全生命周期PLM理念以及多智能体技术，构建了铸造串并联多工位单件化的缺陷溯源模型；建立铸件单件及作业过程信息模型和组批、混批、拆批模式下单件自动生成、感知、标记、进度跟踪的控制机制，实现高性能复杂铸件单件化缺陷溯源。 2）创建了支持业务即时重构的参数配置式多维度铸造柔性化管理模型。创建了支持铸造数字化管理系统业务即时重构的参数配置式多维度铸造柔性化管理模型，解决了刚性管理系统可重用性低、应变能力弱和实施周期长的难题，支撑不同领域不同类型铸造企业随环境变化、自身发展等柔性进行的组织变革、流程变更和管理改善，实现了企业按需柔性化管理。 3）创建了基于TLBO\GA\BSA元启发式算法优化理论的铸造智能化管理模型。创建基于改进性教与学算法（TLBO）、遗传算法（GA）、回溯搜索算法（BSA）等元启发式算法优化理论的铸造智能化管理模型和技术，解决了铸件异步热工序组炉复杂条件下工序生产调度IPPS组合优化难题，实现了系统智能决策管理以及多品种大容量铸件高效生产。

根据多层膜光学干涉的原理，当光线照射到薄膜，在进入各膜层时由于各膜层的光 学性质不一样使得有些光相干相长，有些光相干相消，随着观察者视角的变化薄膜呈现 不同的颜色。早在 1973 年加拿大国家研究院的 J.A.Dob-railski 等人就预见了变色薄 膜在防伪领域中的应用前景，并于 1987 年首次应用于 50 圆的货币上。稍后美国人也研 制出有金色变到绿色的全介质变色薄膜。再以后又有人与瑞士 SICPA 公司合作将变色薄 膜作为颜料掺入到油墨中，研制成光变色油墨。现在许多国家的护照、签证和货币上都 用上了光变色油墨。 光变色薄膜的光变色功能来自于多层膜的复合特性，光变色效果与组成该薄膜的各 膜层的材料性质、厚度以及膜层之间的组合有关。薄膜多采用金属膜与金属氧化物介质 组合，用物理方法（如热蒸发、电子束或离子镀、磁控溅射等）镀制薄膜。金属氧化物 介质膜用物理方法镀制质量控制比较困难，效率低，成本也比较高。同济大学课题组用 气凝胶或有机材料替代金属氧化物，材料性能稳定，可进行大面积快速涂膜，效率大大 提高，成本也很低。

相变储能建筑材料是一种新型建筑节能功能材料，利用相变储能材料可以使传统能 源和可再生能源在时间和地点上进行流转，自动优化能源供应和需求之间的匹配，属于 智能能源概念，在建筑中应用这种材料可以显著提高建筑物的能源利用效率。其应用方 式主要有两种。 一为通过相变储能建筑材料提高建筑物对太阳能等可再生能源的利用率，降低建筑 物对传统能源的消耗。冬季，太阳能热丰富的时间为晴天和白天，而我们对太阳能热需 求的时间是晚上和阴天，二者之间存在明显的时间不匹配性。利用相变储能建筑材料蓄 存白天和晴好天气时的太阳能，在夜间或阴天将蓄存的太阳热释放出来，使得建筑物利 用太阳能的时间从白天和晴天延长到夜间和阴天，提高建筑物利用太阳能的量。 第二种方式为利用相变储能建筑材料开发电力峰谷差“绿色能源”。在盛夏或严寒时 节，空调或其它取暖设备往往集中使用，造成电力紧张，供不应求，而在其它时段又出 现电力过剩的现象，出现所谓的电力峰谷现象。为消除峰谷现象，电力公司将峰时电价 定为谷时电价的数倍，以鼓励电力用户多使用谷时电。在电力需求的波谷时段，可采用 相变储能复合材料蓄存由空调或制热设备产生的冷量和热量，用于电力波峰时段，降低 空调等设备在波峰时段的用电强度，可从用户侧的角度减小电力峰谷差，实现节电、节 能和节约资源的效果。 此外，相变储能建筑材料还可提高建筑物的热稳定性和热惰性，减缓建筑物室内的 温度波动，在提高室内热舒适度的同时，降低空调制冷或加热设施的启、停频率和运行 时间，并达到降低建筑能耗的目的。

锂离子电池负极材料主要包括天然石墨、人造石墨、焦碳和碳纤维等。作为电极材 料的活性物质，对碳材料的要求有许多方面：如放电比容量、颗粒大小和比表面积、电 极极化性能、充放电稳定性等。目前国内外有许多研究单位在探索新的制备工艺来改善 电极性能。 采用常压干燥技术，成功地制备了碳气凝胶材料，通过控制制备条件，实现了碳气 凝胶材料微结构人为裁剪与控制。这些新型储能器件具有重量轻、体能密度高、无污染 等优点，是新一代绿色能源材料。多孔碳电极用于锂电池将优于枝晶锂电池，传统的电 极充电时枝晶会在阴极上成核，当枝晶越过电极跨度时将造成短路，从而限制了充电次 数。用多孔碳做电极时，锂离子嵌在石墨结构中，防止了锂金属的沉积和枝晶的形成， 而丰富的孔洞可提高电极与电池溶液的接触面积。碳气凝胶是由间苯二酚和甲醛在碱性 催化剂作用下，通过溶胶-凝胶和炭化工艺制备而成的。通过控制水和催化剂的用量， 可以控制其孔洞结构和密度，它的干燥过程也正由管来的超临界干燥向常压干燥发展， 以便降低气制备成本，改善其性能，使其得到更广泛的应用。碳气凝胶也可能成为电池 材料的理想选择。 

磁性蓄冷材料是在90年代初被发现的。这些材料用于制冷机中后，使得商用制冷机的温度可达2K，效率有了突破性提高（以往这种制冷机中使用的蓄冷材料只有铅，但是因为铅的比热容在15K以下急剧下降，使得小型制冷机在10K温度以下制冷效率几乎为零，商用制冷机的最低制冷温度在8K左右）。使用磁性蓄冷材料的最大特点在于不需要重新建立一个制冷体系，只要将商品化的气体制冷机中的蓄冷材料换成磁性蓄冷材料。 Er-Ni系列磁性蓄冷材料的指标： 比热容峰值：5K~20K； 在10K以下的比热容峰值为0.35~0.81J/cm3.K； 4K到20K的比热容积分∫CdT是5.5J/cm3 新型稀土磁性蓄冷材料已经用于小型回热式低温气体制冷机产品中。这种制冷机的制冷温度在4.2K～20K，一般用于医用核磁共振成象仪、磁悬浮列车和超导发电机中冷却其大型超导磁铁、用于量子干涉仪（SQUID)、射频天文望远镜的传感器探头和军用红外探测器中以提高其灵敏度，并用于低温冷疑高真空泵中等等。使用了这种新型稀土磁性蓄冷材料替代传统蓄冷材料以后，可以使医用核磁共振成象仪等不用灌注液氦，每年仅每台医用核磁共振成象仪就可以节约16万人民币。

新型稀土磁性蓄冷材料是一种高熵密度磁性材料(high entropy magnetic materials)，高熵密度磁性材料这一概念是磁性材料用于制冷工程时提出的。它的特点是材料的磁熵发生变化时会出现大的吸热与放热效应，可以应用于制冷技术中。利用磁性材料在经历磁相变时发生的磁熵变化，可以将高熵密度磁性材料作为磁蓄冷材料(magnetic regenerator material)，用于小型回热式低温气体制冷机中。 这种制冷机的制冷温度在4.2K～20K，一般用在高技术领域，例如可用于医用核磁共振成象仪、磁悬浮列车和超导发电机中冷却其大型超导磁铁、用于量子干涉仪（SQUID）、射频天文望远镜的传感器探头和军用红外探测器中以提高其灵敏度，也可以用于低温冷疑高真空泵中等等。以往这种制冷机中使用的蓄冷材料只有铅。由于铅的比热容在15K以下急剧下降，使得小型制冷机在10K温度以下制冷效率几乎为零，制冷温度难以低于8K。要得到低于8K的制冷温度，只得附加效率极低的J-T回路。为了提高低温制冷机的制冷效率，在过去的几十年中，人们都在努力寻找在20K以下具有高比热容的材料。具有实用价值的Er—Ni系列磁性蓄冷材料是在90年代初被发现的。这些材料用于制冷机中后，使制冷机的效率有了突破性提高。 磁性蓄冷材料的最大特点是不需要重新建立一个制冷体系，只要将商品化的气体制冷机中的蓄冷材料换成磁性蓄冷材料，就可大大提高制冷机效果。因此磁蓄冷材料正在取代原来的蓄冷材料金属铅。而且由于磁性蓄冷材料的出现，推动了低温制冷机的发展。现在，不用灌液氦，用制冷机带动的医用核磁共振成象仪和超导磁体已经商品化。在这些新设备中，都必须使用磁蓄冷材料。