成果的背景及主要用途： 作为国家中长期科学技术发展的 11 个重点领域之首的能源领域，发展高效洁净超(超)临界燃煤发电机组是实现节能减排的重要途径，而蒸汽温度和压力的提高使得高温管道等设备的服役环境更加恶劣，特别在最薄弱的焊接接头部位，频繁的早期失效事故引起的机组非计划停运往往造成巨大的经济损失，甚至导致严重的人员伤亡。因此，对设备进行科学准确的评估与预测，避免突发性的早期失效，是保证机组安全运行的关键。 技术原理与工艺流程简介： 该项目在国家自然科学基金委、天津市科委及电力行业的大力支持下，针对超(超)临界机组关键高温设备，探明了耐热钢焊接细晶区 IV 型开裂、焊缝内部埋藏裂纹、插套焊接头振动疲劳开裂等典型早期失效的产生机理，并提出了耐热钢焊接工艺、现场局部热处理规范、插套焊焊接工艺与焊趾熔修用焊接材料等相应的延寿技术；开发了在役高温设备实时老化性能的微创测试技术与设备，建立了基于蠕变损伤累积的剩余寿命评估技术；揭示了残余应力和拘束水平对蠕变裂纹扩展行为的影响机制，建立了定量考虑这两者影响的高温缺陷寿命预测模型，丰富了高温寿命评估方法。与国内外同类技术相比，该项目提出的寿命预测模型的精度大大提高，延寿技术更科学、全面、有效。 技术水平及专利与获奖情况： 经专家鉴定，达到了国际先进水平。该项目共申请国家发明专利 11 项（已授权 4 项）、获软件著作权 3 项；发表论文 31 篇，其中 SCI 论文 12 篇，EI 论文 9 篇，并多次在国内外学术会议上做大会报告。 应用前景分析及效益预测： 该项目推动了我国超(超)临界机组高温部件寿命评估与延寿技术的发展，解决了超(超)临界机组目前面临的早期失效难题，不仅可保证机组的安装质量，而且减少了不必要的返修，减少机组因非计划停运和检修周期超期带来的巨大发电损失，对机组的安全经济运行具有重要意义。 应用领域：新技术 技术转化条件： 近三年来，该项目开发的寿命评估软件与延寿技术在全国 10 个省市的 16个电厂得到应用，经济效益达 2.3 亿元，取得了显著的社会经济效益。 合作方式及条件：根据具体情况面议

高速棒线材轧制产品质量控制的关键是采用合理的轧制及轧后冷却工艺，决定棒线材使用性能的主要因素是轧制过程奥氏体的晶粒度变化规律及轧后冷却过程的组织演化规律（如铁素体、珠光体等在冷却过程的组织演化行为）。高速棒线材轧制过程中存在的主要问题是由于轧制及冷却工艺不合理导致的产品性能不稳定或不合格。本项目根据物理模拟及定量组织分析，建立弹簧钢控轧控过程的组织演化动力学模型，结合刚塑性有限元法及人工神经网络算法，建立了智能化弹簧钢控轧控冷过程组织性能预测系统。该系统对实际生产中工艺优化具有重要指导意义。

（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。

荷叶出淤泥而不染的自清洁性能、蛾翅膀表面的自清洁性能、水黾的腿在水面上自由行走而不下沉、鱼体表面在油污污染的水中保持自身清洁等一系列自然界中的超疏水、超双疏现象引起了许多学者的极大关注。近年来国内外关于超疏水、超双疏的研究都有大量文献报道。然而依照这些方法制备超疏水/超双疏涂层的成本非常高且技术要求严格，进行大规模工业生产几乎在短期内难以实现。2013年美国Ultra-ever Dry公司推出了世界首款，迄今为止也是唯一一家通过简单喷涂即可实现超疏水界面的超疏水的涂层。    目前课题组已经成功开发了具有世界领先技术的超双疏、自清洁涂层，此种纳米涂层模拟荷叶表面结构，具有超疏水、超疏油自清洁性质，利用简单喷涂可在布料、木材、纸张、金属、建筑等材料表面，快速形成“荷叶效应”界面，并具有耐紫外线和一定的耐磨性质，具有自清洁、防水、防腐蚀、防冻、减阻、油水分离等作用，在建材、化工、石油、国防军事、能源等领域具有广阔的发展空间，是一种极具发展潜力的新材料。例如，直接喷涂在衣物、鞋帽、帐篷表面可实现自清洁、防雨功能，达到免清洗作用，并具有织物原有的透气性；喷涂在高压电网输电支架以及风力发电扇叶上可防止结冰；喷涂木材表面可实现户外的防潮、防霉；喷涂电路板上可实现防水、防潮；喷涂在高层建筑物表面可实现自清洁等等。 此外，此种材料的生产无排放、无污染。课题组已经实 现了小试生产制备，实验室即可制备公斤级产品，已经能够突破超双疏涂层白色限制，得到各种颜色的超双疏涂层；能够对食用油、导热油、甲苯、氯仿等实现超疏油；通过简单调整可实现只超疏水但亲油，喷涂后的织网可对油水两相实现快速、简便的油水分离。该技术已申请四项相关国家发明专利，目前正在积极与相关应用企业合作，推广该产品的市场应用。

在国际上首创出血型超快速检测试纸，利用染料显色反应进行血型表型检测，仅需一滴血液即可在30 秒内完成AB0正定型和Rh血型检测，速度较现有主流技术提升40倍以上。同时 在国际上首次实现AB0正反定型同步直接检测(2分钟完成)，无需离心过程。其检测卡为便携式设计，操作简单，肉眼即可通过颜色变化判断血型；无需大型 仪器设备，可满足室内、外使用。此外，也可配合自动检测系统，实现试纸卡的 自动加样、检测、出报告，满足临床大样本检测需求。现已构建出AB0血型卡、 ABD血型卡、ABO&Rh血型卡、其他稀有血型卡等以适应不同需求；同时可做成4 人份或8人份等，满足临床多人份检测需要;经6000余例样本测试，准确率100%。 

一、 项目简介荷叶出淤泥而不染的自清洁性能、蛾翅膀表面的自清洁性能、水黾的腿在水面上自由行走而不下沉、鱼体表面在油污污染的水中保持自身清洁等一系列自然界中的超疏水、超双疏现象引起了许多学者的极大关注。近年来国内外关于超疏水、超双疏的研究都有大量文献报道。然而依照这些方法制备超疏水/超双疏涂层的成本非常高且技术要求严格，进行大规模工业生产几乎在短期内难以实现。2013年美国Ultra-ever Dry公司推出了世界首款，迄今为止也是唯一一家通过简单喷涂即可实现超疏水界面的超疏水的涂层。目前张旭教授课题组已经成功开发了具有世界领先技术的超双疏、自清洁涂层，此种纳米涂层模拟荷叶表面结构，具有超疏水、超疏油自清洁性质，利用简单喷涂可在布料、木材、纸张、金属、建筑等材料表面，快速形成“荷叶效应”界面，并具有耐紫外线和一定的耐磨性质，具有自清洁、防水、防腐蚀、防冻、减阻、油水分离等作用，在建材、化工、石油、国防军事、能源等领域具有广阔的发展空间，是一种极具发展潜力的新材料。例如，直接喷涂在衣物、鞋帽、帐篷表面可实现自清洁、防雨功能，达到免清洗作用，并具有织物原有的透气性；喷涂在高压电网输电支架以及风力发电扇叶上可防止结冰；喷涂木材表面可实现户外的防潮、防霉；喷涂电路板上可实现防水、防潮；喷涂在高层建筑物表面可实现自清洁等等。此外，此种材料的生产无排放、无污染。张旭教授课题组已经实现了小试生产制备，实验室即可制备公斤级产品，取得了目前已知除美国Ultra Ever-dry公司以外全球唯一能够公斤级制备超双疏、自清洁涂层的技术，并在一些方面超过该公司产品，例如已经能够突破超双疏涂层白色限制，得到各种颜色的超双疏涂层；能够对食用油、导热油、甲苯、氯仿等实现超疏油；通过简单调整可实现只超疏水但亲油，喷涂后的织网可对油水两相实现快速、简便的油水分离。该技术已申请四项相关国家发明专利，目前正在积极与相关应用企业合作，推广该产品的市场应用。二、 项目技术成熟程度已实现实验室的小试制备（5L反应釜）。三、 技术指标（包括鉴定、知识产权专利、获奖等情况）喷涂在材料表面对油（食用油、导热油、甲苯、氯仿等）和水接触角大于150度，滚动角小于10度，耐受温度使用温度范围可以在-34℃~149℃之间，目前已申请四项国家发明专利。四、 市场前景（应用领域、市场分析等）此种纳米涂层模拟荷叶表面结构，具有超疏水、超疏油自清洁性质，利用简单喷涂可在布料、木材、纸张、金属、建筑等材料表面，快速形成“荷叶效应”界面，并具有耐紫外线和一定的耐磨性质，具有自清洁、防水、防腐蚀、防冻、减阻、油水分离等作用，在建材、化工、石油、国防军事、能源等领域具有广阔的发展空间，是一种极具发展潜力的新材料。在早期，人们对于如何防水、防油一直以来都是热衷讨论的话题，毕竟没有人会愿意打扫厨房里各种油污，或者自己的手机掉进水里当场报销损失惨重。各色疏水、疏油涂层几乎成为人们生活中不可或缺的化学用品，小到手表、雨伞，大到航海航天，都可以找到疏水、疏油涂层的身影。例如:   能源行业我国南北交界地区冬季长出现冻雨现象，结冰对风力发电扇叶、高压输电线支架产生很大的影响，该涂层的超疏水的微小滚动角可使材料表面无水存留，避免材料表面结冰。此外，自清洁作用在太阳能电池板上的应用也具有广阔的空间。 油水分离我们开发的超双疏涂层之一超疏水亲油涂层喷涂在普通纱网上，普通筛网即可具有油过、水不过的特点。纱网亲油，因此油能轻易通过筛网，而织网表面超疏水、极小滚动角，水在织网表面迅速流走，达到油水分离作用。如果在普通瓶子口蒙上该种纱网可在油水混合液捞取，只有油能进入瓶子中（如图所示）。 军事国防喷涂有超双疏涂层的织物具有自清洁作用，同时涂层渗透到织物中增加了其耐磨性，更为重要的是能够保证织物的透气性，因此可制成作战服、野外帐篷、背包、手套等等户外用品 。此外超双疏涂层在防腐、防冻、防潮方面对武器装备无疑具有最强保护作用。 日用品超疏水雨衣、雨伞使使用过的雨具，无水积存，直接收纳放入背包中；喷涂超疏油涂层的抽油烟机可滴油不沾全部回收；喷涂在厕所卫浴上可有效避免尿垢的产生。 建筑物自清洁我们开发的超双疏自清洁涂层具有抗紫外线作用，对户外墙体具有较强的粘附性，同时开发出彩色超双疏自清洁涂层，对高层建筑具有自清洁作用。 防腐、防潮作用我们已经进行了初步的应用尝试，喷涂超双疏涂层的金属在浓酸中具有一定的抗腐蚀作用；由于极小的滚动角，对户外的金属制品具有很强的抗腐蚀作用；喷涂在木材表面可达到防腐、防潮的作用。 船舶行业：如果船体喷涂上超疏水涂层，船只行驶过程中与水的摩擦会大大降低，这样对燃油就会节省很多，海藻之类吸附在船底的现象也会减少很多，对于船舶的护理会减轻很多工作，其实也是减少成本。船舶方面，目前船只有一半以上的驱动能是被船体与水之间的摩擦消耗掉的。如果能通过特殊涂层在船体表面形成空气膜，船与水摩擦而造成能耗则能降低10％，因而可以大量节省燃油。一般船舶航行中受到的阻力有3种,即船体运动引起的兴波阻力、产生旋涡引起的旋涡阻力以及由于水和船体之间接触产生的摩擦阻力.在这3种阻力中,对于油船那样的低速肥大型船舶,摩擦阻力要占全部阻力的80%以上,而对通常的货船约占70%的比例。因此,降低摩擦阻力是一项重要的技术。 应用在航海以及航天事业，以减小因为液体产生的阻力，达到节能环保且高效转换动能的效果。 电子元件行业可以应用在真正防水的电子元件上，或者是需要经常接触带腐蚀性液体的工作人员，这款涂层的诞生不得不说是一个福音，例如一些电子原件需要进入到水中、高温中、冰块中、油中等一些特殊环境工作，有了超双疏涂层，就不用担心了，可有效解决问题。  在电子元件上覆盖厚度远比人类头发直径小的薄膜涂层后，水无法真正接触到关键电子元件，也就不能对其造成损害。 通信设备其它室内室外设备都可以使用，延长寿命，使用功效不会降低，免受雨水的干扰。  五、 规模与投资需求（资金需求、场地规模、人员等需求）可面谈六、 生产设备常规反应釜，无三废排放；喷涂设备七、 效益分析目前全球唯一生产厂商美国Ultra-ever Dry推出的超疏水涂层价格为：底层涂层约人民币70万/吨、表层涂层人民币140万/吨。八、 合作方式共同开发市场。九、 项目具体联系人及联系方式（包括电子邮箱）联系人：张旭 博士/教授河北工业大学化工学院高分子科学与工程系天津市红桥区光荣道8 号E-mail：xuzhang@hebut.edu.cnTel：022-60200443

利用氨基功能化配体与钙盐组装得到一种新颖的二维层状Ca-MOF。其通过{Ca3O18}簇与配体连接而成的金属-有机层上悬挂配位的DMF分子，并进一步通过DMF间的范德华弱作用力层层堆叠，形成“范德华MOF”多层结构。基于DMF的动态配位活性，该独特的金属-有机多层MOF能实现层内稳态和层间动态的有效平衡，并存在具有半导体发光特性的层间激子（exciton）发光和层内激基缔合物（excimer）发光的双通道发射。发展了二维MOF设计和利用的新概念，将“自下而上”的金属-有机配位组装与“自上而下”的后合成形貌加工调控相结合，实现了超薄二维MOF的简便、绿色、宏量制备的新方法，并为光学存储器等应用建立了元器件模型。

实现了一系列光功能导向金属-有机配位超分子材料的合理化模型设计与可控合成，探索了新型传能与发光、光调制、光转换的机理与机制，建立了独特的光学应用器件模型。如利用配位键动态活性的后合成剥离策略，可逆转换配位材料空间维度，获得了具有层间/层内荧光调控开关特性的超薄2D配位发光材料 利用ESIPT多能级配体激发态过程，构筑了超快速专一性水分子光响应配合物薄膜器件，以及用于F离子、温度、溶剂等的荧光探针材料 利用异质同晶配位特性和区域控制各向异性外延技术，获得具有异质结超晶格的多稀土MOF单晶，实现多层次间隔色域可调发光，建立了光谱—空间编码结合的单晶光学微器件、双通道高等级编码配合物材料、单金属单相/多金属单相配合物白光与混光材料

光学超构材料（Metamaterials）的快速发展为人类提供了在亚波长尺度下调控光的传播的丰富手段。很多新奇的光物理现象，例如负折射、超分辨透镜和隐身斗篷等都可以通过设计功能基元的有效介电常数来实现。在光波段，三维纳米加工的困难和金属结构的光损耗不利于超构材料的广泛应用。自二维超构表面（Metasurface）概念提出以来，超构表面在降低三维超构材料加工难度、提高光学效率方面，特别是控制光的功能基元的几何位相等方面取得了众多突破性进展。近来，超构表面在高效率全息成像、超薄光学波片、高数值孔径的平面透镜等领域已经表现出极高的应用潜力。超构表面的研究进展极大丰富了利用超构功能基元实现对电磁场 (可见光、近红外光，太赫兹、微波等波段) 进行调控的手段，为设计新型光学元件提供了新技术。 当前，超构表面的研究主要集中在线性光学的范畴。但毫无疑问，非线性光学响应例如倍频、三倍频、光致折射率变化等过程，将为光学超构表面的功能基元赋予新的可调控自由度。此综述文章从非线性光学超构表面的材料选择、对称性，非线性手性光学超构表面，非线性光学相位调控，非线性光光束调控，光开关与调制五个方面详细介绍了非线性光学超构表面的最新进展。文章最后对非线性光学超构表面在太赫兹非线性光学、量子信息处理等领域的潜在应用的前景作了展望。