石墨烯增强金属基复合材料制备及性能研究

成果描述：无铬多金属配合鞣剂是采用低毒/无毒的锆、铝、钛等金属盐经配伍、复合、喷雾干燥、高能球磨精制而成，是一种具有环境友好、反应能力强、结构与性能稳定、分子尺寸可调控的高性能、环保型新型鞣剂，主要用于皮革、毛皮鞣制，用以替代目前在制革工业中占据统治地位的、对人体和环境有害的铬鞣剂。无铬多金属配合鞣剂的全面推广应用，将会彻底消除重金属铬对环境的污染，彻底改变制革工业的落后面貌，引发制革工业的新的技术革命。 本项目产品可以广泛地应用于制革、毛皮工业的预鞣、主鞣和复鞣等重要工序。目前，制革工业因普遍采用铬鞣剂鞣革，造成了严重的重金属污染，对环境和人体产生危害。由于治理铬污染的难度很大，成本很高，使制革工业难以摆脱铬污染的困扰。本项目产品可以全面替代铬鞣剂，从而彻底消除铬污染。本产品现有市场需求总量30-35万吨，潜在市场需求50-55万吨。市场前景非常广阔。市场前景分析：1.应用领域：制革、毛皮工业的预鞣、主鞣和复鞣等重要工序。 2.市场需求分析：从目前铬鞣剂的使用量来看，世界铬鞣剂的总用量为260万吨/年，我国铬鞣剂用量约占世界总用量的23%，我国的用量为60万吨/年。本产品市场占有率按若2%计，则年需要量为1.2万吨。以每吨1.1万元计，则年销售总额约1.32亿元。此外，从目前我国的发展现状来看，鞣剂市场每年将以10%的速度增长，当市场容量达到100万吨/年，方达到饱和。由于本产品是唯一能够全面替代铬鞣剂的理想鞣剂，因此其市场前景十分诱人。与同类成果相比的优势分析：外观：白色粉末状固体； 粒径：50-100nm； 氧化物含量（以金属氧化物计）：≥20%； 水不溶物（%）：≤0.5； pH值：2.0-3.0。 国际领先。

基于增材制造理念的先进设计与智能制造赋能第四次工业革命，金属3D打印技术开始应用广泛应用于航空航天、生物医疗、交通运输、智能制造等领域。但是全球绝大部分高端金属粉末市场份额被国外厂商占据，高端金属粉末的缺失制约了我国3D打印行业的发展。为解决这一“卡脖子”难题，本项目拟研发出具有我国自主知识产权的粉体制备技术，形成从粉末原材料、打印工艺到发动机铝合金零件制造成套技术科学与技术原型，建成超高强度3D打印用铝合金示范生产线，有力提升经济效应。 本项目基于“粉末-3D打印工艺-零件性能”关系，指导粉末进行成分、粒径、形貌等参数优化。通过调节气雾化压力、过热温度、保温时间、喷嘴结构、惰性气体气流量来揭示氧含量、球形度、空心粉率及成分变化规律。最终获得高品质合金粉末气雾化紧耦合制备原理及技术。并且通过探究“打印工艺-力学性能-变形控制”关系，发展了高性能、高精度3D打印构件配套成形技术。

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

颗粒材料广泛存在于自然界和人类生活和生产活动中。对其力学性质的研究不仅是当前力学学科的重要基础科学问题之一，也与诸多工程科学技术的发展密切相关，包括沙漠环境下的仿生机器人技术，冲击防护工程，地质灾害防护等。围绕我国探月工程重大项目需求，研究课题组近年来系统开展了与月壤采样密切相关的颗粒物质动态力学性质及其螺旋输动力学行为等方面的研究。研究成果不仅为我国航天工程实现提供了可靠的技术保障，而且在颗粒材料力学理论研究方面取得了一些重要基础性成果。

项目简介 颗粒材料广泛存在于自然界和人类生活和生产活动中。对其力学性质的研究不仅是当前力学学科的重要基础科学问题之一，也与诸多工程科学技术的发展密切相关，包括沙漠环境下的仿生机器人技术，冲击防护工程，地质灾害防护等。围绕我国探月工程重大项目需求，研究课题组近年来系统开展了与月壤采样密切相关的颗粒物质动态力学性质及其螺旋输动力学行为等方面的研究。研究成果不仅为我国航天工程实现提供了可靠的技术保障，而且在颗粒材料力学理论研究方面取得了一些重要基础性成果。刚性介入体压入过程中形成的颗粒材料固化区（粉红色三角形AOB）以及流化区（绿色部分）应用范围该项研究不仅在颗粒材料理论研究方面具有重要的理论价值，而且已应用到探月工程月壤采样钻采工艺规程设计当中。项目阶段课题组发表在NatureCommunications 上的研究工作证实了颗粒材料具有复杂流体的典型特征。通过准静态压入实验，定量表征了介入体在颗粒材料中的阻力- 深度特征曲线。并从理论上了证实：通过引入一个与颗粒材料内摩擦角相关联的比例系数，流体力学中的经典阿基米德定律能够用来描述颗粒流的准静态阻力。即介入体准静态运动时所受阻力正比于颗粒密度和排开的材料体积。修正后的阿基米德定律中的比例系数是颗粒材料内摩擦角的强非线性函数。该理论结果不仅能够被课题组自身的实验所证实，而且能够被已有文献的实验结果所验证。扩展的阿基米德定律中的比例系数知识产权已经获得相关专利授权。合作方式合作开发、技术转让、技术许可。

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。

具有乙酰乙酸酯基的化合物是一种可应用于室温快固化型或光固化型涂料、油墨、胶粘剂的新型主体 材料，与多官能丙烯酸酯、光产碱剂组合，可形成新型光固化配方，颜料着色体系深层固化效果好，可用 于特种UV油墨与UV色漆。本技术成果将树脂与丙烯酸酯、胺类催化剂组合，可形成室温快固化型配方， 也可创新的设计成接触式快速固化体系，适用于快干型喷墨印刷，喷出墨滴触及印布立即交联固化。本技 术成果即为该种多官能乙酰乙酸酯官能化低聚物的简便合成方法，可以将聚醚多元醇、聚酯多元醇、多元 脂肪醇、纤维素、改性纤维素等多种富含羟基的合成聚合物或天然高分子材料改性成为多官能化聚合物材 料，包括低聚物、与高分子材料。合成过程以微波作为促进手段，反应时间为2~30分钟。

在努力打造世界顶尖的光学成像与多维度分析仪器平台，指导和推动新型功能材料的开发，从而为纳米光学、光电子技术、超分辨亚细胞成像、单分子检测、量子通讯和大数据存储等领域的下一次突破提供“利器”。 当今的纳米材料合成已经实现了高度可控，但即使是同一批次合成的发光纳米粒子，单个颗粒的光学性质往往是不均匀的，这是由于尺寸、形状、结构缺陷、表面基团和电荷等方面的细微影响。这一构效关系是与材料科学、

功能高分子新型材料与国民经济、国防建设和人民生活密切相关，是我国集 中研究与重点发展的产业之一。树脂型高分子功能新材料的特性主要是依靠助剂包括增塑剂和热稳定剂等体现出来的，其应用领域十分广阔。本项目针对助剂领域全球无毒化的趋势和要求，将化学工程与催化、分离科学原理应用于环保塑料助剂清洁生产技术工程化，建立化工过程中高品质调控技术体系，提出开展环保塑料助剂的催化与合成调控研究的思路，形成了多种环保塑料助剂的清洁生产工艺并成功实现了产业化，可以工业化多品种替代邻苯类增塑剂及重金属热稳定剂，多项技术获得国家发明专利。