本项目产品目前超级电容器的致命缺陷，创新构建了以改性的碳纳米管(CNTs)为骨架，在此基础上合成以CNT为纳米茎、片状纳米镍基多元氧化物为枝叶的三维纳米结构材料。由该材料体系结构作为超级电容器正极材料时，CNT形成一维电子“快速通道”，在充放电过程中，电荷能通过CNT快速通道进行超高速交换。而片状纳米镍基氧化物具有巨大的表面积兼有非常强的电化学活性，使其赝电容效应的极具显著。该材料体系结构的另外一重大优点为在电容器制备过程中可以高效地避免纳米材料很容易出现的团聚现象，可以保证该三维纳米结构能获得最大的比表面积，从而使能量密度大大提高。因而，由该纳米三维结构电极材料制备的超级电容器可以获得了非常大的比电容、很大的能量密度和非常高的功率密度；更特别地，充电时间远小于锂离子电池和铅酸电池，在充电设备允许情况下，充电时间可以减小到2分钟以内；循环寿命也高于锂离子电池10倍以上；并且该超级电容器具有非常高的可靠行，制备和使用都非常环保和安全。该项目产品不仅仅可以广泛应用于原有的电容器应用领域，更特别地，可以代替现有巨大市场规模的铅酸电池和锂电池等二次电池而可广泛应用于电动自行车、新能源汽车、电站储能、工业电动运输装置、电动工具、便携式电子设备、通讯基站的备用电源、军事装备（单兵备用电源、瞬时大推力陆用装备、无人机、空间飞行器等）等，具有千亿级的市场规模。 技术指标： ？ 能量密度：30-80Wh/kg（目前商业超级电容器的最高仅为8Wh/kg） ？ 功率密度：2-20kW/kg ？ 充电时间：小于5分钟 ？ 循环寿命：大于5000次 项目产品的技术和性能优势： ？ 超大的电容量：比传统电容器容量高6个数量级，比现有商业化的超级电容器的比能量高10倍，已经超过铅酸电池的能量密度。 ？ 超高功率：比锂离子电池的功率密度高两个数量级以上。 ？ 充电速度快：比锂离子电池快10倍以上。 ？ 更长的充放电循环使用寿命：比锂离子电池的寿命高1个数量级以上。 ？ 具有免维护：可随时浅充、满充和过充电、浅放电、全放电，对电池不会损害，无记忆效应。 ？ 高可靠性：超级电容器从生产至使用过程中，均不会出现锂离子电池爆炸问题，即使在严重挤压和高温下也是安全可靠的。 ？ 环保无污染：从生产、使用到报废回收，均不存在污染，是典型的绿色产品。 ？ 生产成本低，生产工艺兼容性好：电极材料的制备工艺兼容常规材料的制备工艺；电容器的制备工艺可以完全兼容锂离子电池的生长设备，但工艺要求更加简单。

本项目开发了一种全新概念的纳米陶瓷制备新工艺新技术。它采用天然矿物和工业废渣来取代高温烧结法中昂贵的纳米陶瓷粉末，使制备成本大幅降低。用高温溶胶－凝胶工艺从根本上解决了材料组成的不均匀性和残留气孔等问题，同时具有生产周期短、效率高、能耗低、制品的均匀性和可靠性好等优点。开发的原位受控晶化技术不仅使材料的晶粒尺寸控制在纳米级，而且还可对晶相数量和结晶形状进行有效控制，可获得具有球状或针状晶体的纳米微晶陶瓷。

该项目产品不仅仅可以广泛应用于原有的电容器应用领域，更特别地，可以代替现有巨大市场规模的铅酸电池和锂电池等二次电池而可广泛应用于电动自行车、新能源汽车、电站储能、工业电动运输装置、电动工具、便携式电子设备、通讯基站的备用电源、军事装备（单兵备用电源、瞬时大推力陆用装备、无人机、空间飞行器等）等，具有千亿级的市场规模。

为了更加直观地探究纳米世界，大量研究者致力于发展高时间-空间分辨能力的微纳探测技术，由龚旗煌院士负责的“飞秒-纳米时空分辨光学实验系统” 国家重大科研仪器研制项目正是围绕这一目标开展工作。近日，该重大仪器项目在基于超快光电子显微镜技术实现表面等离激元的多维度探测方面取得重要进展，相关成果于2018年11月19日发表在《自然通讯》 杂志（Manipulation of the dephasing time by strong coupling between localized and propagating surface plasmon modes, https://doi.org/10.1038/s41467-018-07356-x）。 基于金属纳米粒子的局域表面等离激元因其高局域强度，小局域尺度，高灵敏度等特点，被大量应用在不同领域。但是，几个飞秒的超短模式寿命(dephasing time)大大限制了其应用的广泛性和实用性。该工作设计的多层结构实现了局域表面等离激元和传播表面等离激元的强耦合(图1(a))。动态数值模拟结果也清晰地证明在强耦合下局域表面等离激元模式和传播表面等离激元模式之间的能量交换。近场方面，光电子显微镜对表面等离激元模式进行直接成像，大大突破了原有的远场探测技术的限制。并且结合不同激发光源，实现不同维度的探测。结合波长可调的激光光源，光电子显微镜在频域记录下表面等离激元模式随波长变化的强度演化过程(图1(b))。结合超快泵浦探测技术，光电子显微镜在时域记录下表面等离激元模式随时间变化的演化趋势。该工作更加深入并直观地探测强耦合体系中的能量转换过程，并通过强耦合中失谐量的改变实现模式寿命的操控，相较于未耦合的局域表面等离模式，强耦合的模式寿命由6飞秒(10-15秒)提高到10飞秒。这一研究成果对进一步发展基于表面等离激元的人工光合成、生物传感等应用具有重要的指导价值。图1、（a）光电子显微镜和多层结构示意图，（b）远场和近场探测曲线、不同波长激光激发下光电子显微镜记录的局域表面等离激元模式分布图。 此研究是由北京大学和日本北海道大学共同合作完成，北京大学物理学院博士生杨京寰和重大仪器项目的国际合作者、北海道大学助理教授孙泉为该文章的共同第一作者，北京大学龚旗煌院士和北海道大学Misawa教授为共同通讯作者。除了自然科学基金委的国家重大科研仪器研制项目，该工作还得到了科技部、北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、极端光学协同创新中心、“2011计划”量子物质科学协同创新中心、日本文部科学省及学术振兴会、北海道大学纳米技术平台等单位的支持。目前国家重大科研仪器研制项目“飞秒-纳米时空分辨光学实验系统”的研制正在有序推进中，已经取得了一批包括此工作在内的阶段性成果。该实验系统的核心仪器是附带低能电子显微功能的光电子显微镜(PEEM), 其激发光的波长覆盖范围从极紫外到近红外(图2)。下一步该实验系统有望在二维材料、光电材料与器件、表面介观物理等研究领域大显身手、发挥积极作用。图2、北京大学研究团队的飞秒纳米时空分辨系统

本项目开发了一种全新概念的纳米陶瓷制备新工艺新技术。它采用天然矿物和工业废渣来取代高温烧结法中昂贵的纳米陶瓷粉末，使制备成本大幅降低。用高温溶胶－凝胶工艺从根本上解决了材料组成的不均匀性和残留气孔等问题，同时具有生产周期短、效率高、能耗低、制品的均匀性和可靠性好等优点。开发的原位受控晶化技术不仅使材料的晶粒尺寸控制在纳米级，而且还可对晶相数量和结晶形状进行有效控制，可获得具有球状或针状晶体的纳米微晶陶瓷。

在现有聚酯生产工艺基础上，广谱型抗紫外纳米复合粉体与PET聚酯的复合将赋予PET聚酯以良好的抗紫外性能，同时可改善聚酯的力学性能，对提升涤纶聚酯的附加值和提高我国涤纶纤维的国际竞争能力具有重要意义，同时也有利于该技术的推广和应用。 本技术制备了纳米TiO2/ZnO和TiO2-SiO2-ZnO复合粉体。TiO2-SiO2-ZnO复合粉体的紫外性能在350-400nm波段内比金红石型TiO2明显改善。原位聚合法制备了抗紫外复合粉体复合涤纶聚酯。 抗紫外纳米复合颗粒在PET基体中的分散均匀，团聚体的尺度在50-90nm之间，复合聚酯的特性粘度、熔点、羧基含量、凝聚粒子和二甘醇含量等重要指标均符合国家标准。高比表面的颗粒作为异相成核剂，提高了PET的结晶度，加快了PET聚酯的结晶速率。随着复合颗粒的增加，抗紫外PET复合聚酯体系表观剪切粘度随纳米粒子含量的升高逐渐下降。加入复合抗紫外颗粒后对PET的热稳定性影响不大。

一种纳米氮化钒粉体的制备方法，工艺步骤依次为：(1)前驱体的制备，以V2O5和草酸为原料，V2O5与草酸的重量比为1∶1～1∶3，将所述配比的V2O5和草酸放入反应容器并加水，然后在常压、40℃～70℃进行搅拌，直到V2O5和草酸的还原反应完成为止，还原反应完成后，将所获溶液蒸干即得到前驱体草酸氧钒；(2)前驱体的氨解，将所获前驱体草酸氧钒放入加热炉，在流动氨气氛围中加热至600℃～750℃进行氨解，保温10分钟～3小时后关闭加热炉电源，保持炉内氨氛围，待分解产物冷却至100℃以下取出，即获得纳米氮化钒粉体。

该磁性纳米颗粒主要由四氧化三铁为主体，以具有良好生物相容性的可生物降解聚酯类材料为辅助剂，通过控制聚合物结构，如：侧基官能团的种类和数量，共聚物组成，序列结构及分子量等因素，获得表面带有不同活性官能团，大小及性能可控，稳定性良好的生物磁性纳米颗粒。

正在申请专利，已加工出二台样品锅炉。

一、项目简介  随着生活水平的不断提高，人们越来越关注自身的健康状况，对生存环境、卫生条件等也提出了更高的要求，各种类型的抗菌剂应运而生，但性能稳定、应用广泛、适宜工业化的抗菌剂还很是缺乏。  无机抗菌剂由于其容易工业化、抗菌谱广、耐温性能好而备受青睐。无机抗菌剂的主要成分是负载型银、锌或铜等，最常用的是银系抗菌剂。目前多以沸石、磷酸盐、硅胶、玻璃等无机材料为载体。但这类抗菌剂存在的主要问题是：(1)抗菌剂的粒径一般在0.5-10微米，能够与病菌或细菌接触的表面积较小；（2）制备工艺复杂，而且作为抗菌有效成分的金属离子在载体表面的分布不均匀；（3）制备成本较高；（4）产品的白度较低，应用在塑料、造纸、涂料等浅色或白色产品中影响产品外观。  纳米碳酸钙广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、医药等许多与人们的生活息息相关的行业，同时具有粒度均匀，比表面积大，以及其它抗菌载体（例如：沸石、膨润土等）所不具有的高白度和低成本的优点。故对纳米抗菌碳酸钙的研究对功能性纳米碳酸钙和抗菌剂的发展都具有非常重要的意义。  试验结果表明：本产品具有长效抗菌性；产品透射电镜照片显示产品粒径为纳米级。本技术解决了目前国内无机抗菌剂产品白度低、生产成本高等问题。而纳米碳酸钙本身就是一种常用的功能性填料，应用范围广泛。本技术使之又具备了抗菌功能，提高了纳米碳酸钙的附加值，且应用方便。  我国具有丰富的石灰石资源，以其为原料开发高附加值的功能性纳米碳酸钙产品，具有重要的应用价值。二、项目技术成熟程度  本课题以石灰石为原料制备纳米抗菌碳酸钙，技术新颖，可行性高。通过近几年的研究，课题组在纳米碳酸钙的晶形、粒径、分散性、制备工艺、生产设备选择等研究上取得了一定成果，在抗菌剂研究方面成功地解决了银系抗菌剂的变黑和稳定性问题。在实验室进行了纳米抗菌碳酸钙的放大实验，取得了令人满意的结果，并就前期研究成果申请了技术发明专利。三、技术指标  该项目已获得发明专利以纳米碳酸钙为基体的抗菌材料的制备方法，专利号为ZL200910067771.1。  外观为白色粒子；白度＞92；平均粒径＜100nm；比表面积25-50m2/g；杀菌率 99.9%（细菌总数约为200000个）。产品粒度分布窄、分散性好。四、市场前景  首次提出纳米抗菌碳酸钙的概念，对现有碳酸钙生产工艺稍加改进即可生产本产品，所生产的纳米抗菌碳酸钙具有以下特点：  1.产品白度高。该产品白度达90以上，在其应用领域如塑料、涂料、化纤、造纸等行业不会影响产品的外观；  2.抗菌效果好。纳米效应和光催化效应共同作用使得产品具有优良的抗菌性，且具有长效抗菌性；  3.成本低。碳酸钙较其它载体原料价廉易得、成本更低；  4.应用方便。纳米碳酸钙作为一种优质填料和白色颜料, 广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、医药等与人民生活息息相关的行业。本技术使纳米碳酸钙同时具备了抗菌性，也就是说作填料它和基体的相容性好，同时还具有抗菌功能。  市场前景：  本技术制备的纳米抗菌碳酸钙，粒度分布均匀、白度高、成本低。在有光或无光条件下均能发挥抗菌作用。该抗菌碳酸钙在橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、医药等行业具有广阔的应用前景。五、规模与投资需求对于现有碳酸钙生产厂家，只需增加一个抗菌剂负载工序即可。生产规模根据厂家要求而定。投资受市场影响价格会有波动。若新建厂1万吨/年的生产能力，需要120万元。六、生产设备在原有碳酸钙生产流程基础上增加1台反应釜、3台抗菌剂配料釜即可。新建厂主要设备包括：石灰窑、化灰机、碳化塔、反应釜、压滤机、干燥机、包装机等。七、效益分析 每1万吨产品年利润500—1000万元人民币。受市场影响价格会有波动。