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。

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。

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。

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

伴随着5G、大数据、人工智能、物联网、工业4.0、国家重大战略需求等领域的技术发展，电子器件正朝着高功率、高集成化和便携式的方向发展，这亟需高效、轻质和高稳定性的热管理材料和方案来保证电子产品的效率、可靠性、安全性、耐用性和持续稳定性。如何大幅提高导热材料的热导率一直是热管理材料行业的技术痛点，也是促进消费电子、5G设备、高功率芯片、集成电路、电池等突破功率限制的关键。由于传统导热材料如金属、无机导热材料存在质量大、柔性差等缺点，导热聚合物的应用正在不断向高导热材料领域渗透。聚合物导热材料在成本、可加工性、柔韧性及稳定性等方面更有优势。但绝大多数的聚合物自身的导热性很差（一般导热系数为0.2 ~ 0.5 W/mK），无法满足高导热的需求，开发高导热的聚合物复合材料已经成为该领域的一个研究热点。采用复合高导热填料（如石墨烯、碳纳米管、氮化硼、金属氧化物等）是一种简单而高效的方式来提高聚合物基体的热导率，目前在工业生产已经有了广泛的应用。现有的大量研究表明，在聚合物材料内部构建导热网络可以在低添加量的条件下实现热导率的大幅度提高，这种三维渗流网络（如图1所示）可以为声子的快速传递提供通道，从而加速热量沿着三维网络进行传递。 封伟团队在综述中重点介绍了不同三维导热网络的构建及在制备聚合物导热复合材料方面的最新进展，如石墨烯三维网络、碳纳米管网络、氮化硼网络、金属三维导热网络等。讨论了不同导热材料三维网络的构建方法、结构取向调控方法及影响导热性能的关键因素（取向性、界面连接性、网络密度等）。同时，比较了不同的填料形式（分散颗粒填料与三维连续填料网络）对复合材料热导率的影响。相比于共混法制备的导热复合材料，基于三维填料网络的复合材料在填充比、分散性、取向控制及热导率提升率上都具有明显的优势。毫无疑问，三维连续导热网络的形成对于提升聚合物热导率至关重要。可以预见，三维导热填料网络的设计将作为一种实现聚合物高导热率的重要手段，成为新一代热管理系统的研究热点。 极端环境热管理系统在能源化工、通讯卫星、高速飞行器及人工智能等领域都发挥重要作用。导热复合材料作为热管理系统的关键材料，直接影响着其在不同环境内的热传导方向和效率。近年来，天津大学封伟教授团队以高导热碳复合材料为研究基础，针对其存在的导热各向异性、易损伤、压缩回弹性差以及与高弹性难以兼顾的问题，提出了通过微观结构设计、界面优化、分子级相互作用优化，分别实现复合材料的定向高导热、弹性高导热及自修复高导热，探索其在复杂界面和极端环境热传导领域的应用。

本发明公开了一种用碳纤维复合材料制造汽车车身的方法。该方法的步骤如下：将用于制造汽车车身相符合的柔性内模充气呈汽车车身形状，再将预涂胶的碳纤维材料按照设计的角度和层数要求敷设于柔性内模外表面，即为该汽车车身；将敷设好的碳纤维材料的柔性内模放置于外模内固定和充气加压后，置于固化炉内固化；碳纤维复合材料固化后自然冷却，将柔性内模放气泄压，打开外模，将固化成型后的复合材料汽车车身取出。由于本发明采用碳纤维树脂复合材料的车身，与传统金属材料汽车车身相比，重量减轻60%以上，耐腐蚀性能得到提高，车身吸能更加好，运行能耗得到降低。

SiC/Al 复合材料具有高导热、低膨胀、高模量、低密度等优异的综合性能，在电子封装领域具有广阔的应用前景。目前广泛采用工艺复杂、设备昂贵的压力浸渗制备 SiC/Al 复合材料。课题组在历经近十年的研发过程中，采用无压浸渗法在空气环境下，成功制备出了电子封装用 SiC/Al 复合材料。该制备技术工艺过程简单，设备要求不高，成本低廉，所制备的复合材料的热物理性能可在较宽范围内调节，具有较好的市场应用前景。于 2010 年获得国家发明专利授权。

本项目采用拥有我国自主知识产权的燃烧合成技术生产技术生产各种先进陶瓷，金属间化合物和复合材料的粉末。提供的主要产品有：a-Si3N4，b-Si3N4，a-Sialon，b-Sialon，AlN，TiN，ZrN，TiC，TiCN，TiB2，SiC，Cr3C2，MoSi2，FeAl，Fe-TiN，Fe-TiC，Fe-TiB2，Cu-TiB2，TiB2-Al2O3，AlN-ZrN-Al3Zr，Si3N4-SiC-TiCN，Si3N4-Si2N2O-TiCN，TiN-TiB2以及纳米电子陶瓷BaTiO3粉末，纳米ZrO2及ZrO2基陶瓷，纳米TiO2粉末。采用这种先进工艺合成反应完全，性能稳定，质量优良，欢迎各界用户洽谈业务。 用于各工业领域耐磨、耐腐蚀、耐高温等严酷服役条件下工作的结构部件。

该项目利用先进激光诱导石墨烯技术（Laser Induced Graphene, LIG）成功制备出无基质的大尺寸石墨烯纸，并可对其结构和性能进行精准调控，为石墨烯的广泛应用提供了有力支撑。该方法不仅实现了石墨烯纸的连续/高效/低成本/大规模制备，还可对石墨烯纸进行多尺度/图案化/不同结构的定制化制作，同时性能可调控的特点有效扩展了石墨烯纸的多功能应用。 目前，研发团队在实验室条件下已实现基于石墨烯纸的智能复合材料在自固化，全生命周期结构健康监测和功能结构层-阻燃/除冰方面的成功应用。同时基于其可调控的结构和性能，已开展其在传感、结构功能表面、超级电容器和生物抗菌方面的应用研究。该项目在智能传感，能源存储等领域受到行业多家企业的关注，后续将在智能复合材料一体化成型及结构健康监测、高灵敏性可穿戴器件集成以及高性能蓄电池复合板栅材料等方面开展交流合作。 该项目所制备的石墨烯纸应用非常广泛，能应用在在传感、储能、环境等方面。“原位激光诱导石墨烯”技术能满足储能领域、军用高强度结构、民用可穿戴器件等各领域的产业化需求。

本发明公开了一种基于叶酸修饰的混合光子晶体复合材料及应用，包括载体混合光子晶体以及负载在该载体上的叶酸；其中，所述混合光子晶体包括聚乙二醇双丙烯酸酯反蛋白石骨架及填充于该骨架孔隙中的甲基丙烯酸酯明胶和磁性纳米粒子；其应用于髓性白血病耐药细胞的检测。本发明的显著优点为该复合材料不仅具有纳米的有序结构、比表面积大，且机械强度高、稳定性强，同时还具有优越的生物兼容性和磁性响应性，易于操控；将其应用于耐药细胞的检测，能够特异、灵敏、简单、有效地抓捕到髓性白血病耐药细胞，并保持要细胞株具有良好的生物活性，抓捕后只需施加磁场即可有效地对其进行富集、分离。