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隔热材料高温热导率非稳态法测试系统
热导率、热扩散率和比热是物质非常重要的热物理性能参数，也是进行绝热设计和热分析计算不可或缺的关键参数。基于非稳态平面热源法的高温可变气压热导率测试系统，可为纳米超级隔热材料、航空航天热防护材料、能源及建筑保温材料的制备和应用相关部门提供可靠的热导率和热扩散率测试手段。测试系统主要主要由平面热源、高温环境箱及数据采集系统等组成，如图 1所示，给平面热源通以一定形式（阶跃或脉冲式）的加热电流 I(t)，同时用热电偶测量距热源为 x 的位置处材料内部的温度变化 T(x,t)，根据热源-试样测量系统的传热数学模型及其非稳态导热方程的解析解，通过基于最小二乘拟合的参数估计算法，可以同时确定出设定温度和气压条件下被测材料试样的热导率、热扩散率和体积热容三个热物性参数。对于阶跃式加热，温度响应公式为：图1热导率测试范围：0.005～5 W/（m.K） ；测试精度：5%；温度范围：RT～1200℃；气压范围：10～105Pa 。
北京科技大学
2021-04-13
新型纳米晶种材料及其在轻合金中的应用
轻量化和绿色制造是实现航空航天和交通运输等领域节能减排的重要手段，铝合金是其轻量化首选，但传统铝合金服役性能不能满足高端制造业发展的要求，制造过程也存在高污染、高能耗、质量不稳定等问题。以新思路、新原理、新材料、新工艺克服关键共性难题，突破铝合金力学性能瓶颈、取代落后工艺是必然选择。
本项目以多相熔体原子团簇演变调控为突破口，发明系列纳米晶种材料，提出纳米晶种技术，已成为大幅提升铝合金的综合性能和加工工艺性能的创新手段。
传统铸造铝硅合金生产中通常添加磷盐、赤磷或磷铜合金调控共晶及过共晶Al-Si合金中的初晶硅相的尺寸、形貌及分布，但存在磷量不可控、变质效果及产品质量不稳定、P2O5污染严重的问题。生产中通常采用传统Al-Ti-B及Al-Ti-C细化剂铝合金基体的α-Al枝晶，但是因Si“中毒”及Zr “中毒”，对含Si或含Zr铝合金几乎失去细晶强化作用。基于以上难题，山东大学发明了用于调控初晶硅相的Al-P系纳米晶种材料及用于铝合金晶粒细化的强效AlTiC-B系纳米晶种材料。
Al-P系纳米晶种：①节能减排：与传统工艺相比，避免了P2O5有毒气体排放，简化工序，节能降耗。②产品质量提升：实现了初晶硅尺度及构型高效调控，铝活塞铸件抗拉强度提升0%，体积稳定性和可靠性显著提高。③高纯化：可将铝熔体中Ca、Na、Sr含量分别由22 ppm、14ppm、14 ppm降低至1 ppm以下。
AlTiC-B系纳米晶种：①解决了Si、Zr细化“中毒”等难题，有效调控基体相。②提升了Al-Cu系铝熔体的流动性，解决了热裂、浇不足等行业难题。③提升了铸件性能：与传统Al-Ti-B相比，使A356合金屈服强度提高15%，延伸率提高37%；使2024合金抗拉强度由398MPa提升至550MPa，延伸率由9.8%提升至15.5%。
获奖情况:2016年度山东省技术发明一等奖，纳米晶种合金系列产品与耐热高强轻金属材料的创制及应用2009年度山东省技术发明二等奖，硅-磷和铝-磷合金研制与发动机活塞材料强化新技术2005年度山东省科技进步二等奖，富磷富碳中间合金的研究与应用2004年度教育部技术发明二等奖，高效Al-P中间合金及其变质处理
山东大学
2021-05-11
硅基新一代锂电负极材料制备
项目成果/简介:目前锂离子电池的能量密度已经越来越不能满足其在电动汽车、智能手机和大规模储能方面的应用。锂离子电池的能量密度低主要是因为所采用的正负极材料的比容量较低，尤其是负极材料石墨，其理论比容量为 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商业化前景的负极材料为硅基负极材料，其理论比容量为 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。据招商证券预计，硅基负极材料在 2020 年的市场使用量接近于 5 万吨，销售额接近于 50 亿。 然而硅基材料在充放电过程中较大的体积变化率（>300%）限制了其商业化应用，较大的体积变化导致极片碎裂以及电解液在材料表面持续分解，从而造成其循环性能剧烈下降。另外，硅基材料为半导体，其导电性较差，从而导致硅基负极材料的倍率性能较差。如何解决硅基负极材料这两大缺点是普及硅基材料在锂离子电池应用的关键。 陈永胜教授课题组结合在纳米技术和石墨烯材料领域的专长，经过近 10 几年的研究，采用低成本的原材料、易工业化的工艺技术制备了石墨烯包覆的硅基负极材料，主要技术创新点包括：1）采用独特的、具有自主知识产权的纳米技术将大粒径的硅粉进行纳米化处理，纳米化大大缓解了硅在充放电过程中体积变化的问题，从而从根本上解决了硅基负极材料循环性能差的问题；2）石墨烯包覆则充分发挥了石墨烯导电导热性能好、机械性能优异、电化学性能稳定等特点，改善了材料的锂离子扩散性能和电子导电性，大大提高了功率特性； 14隔绝了硅与电解液的直接接触，抑制副反应造成的电解液分解和材料侵蚀，提高了首次效率，延缓了使用过程中的寿命衰减；进一步减缓了充放电过程中硅的体积变化，维持材料结构的整体稳定性，极大地提升了循环特性。效益分析:陈永胜教授课题组发明的石墨烯包覆硅基负极材料，从制备过程上讲，具有工艺简单、成本低廉、易工业化的特点；从性能上讲，具有比容量高、稳定性好、压实密度大等优点，与高比容量正极组成的锂离子电池的能量密度是当前商业化锂离子电池能量密度的数倍以上。
南开大学
2021-04-11
硅基新一代锂电负极材料制备
目前锂离子电池的能量密度已经越来越不能满足其在电动汽车、智能手机和大规模储能方面的应用。锂离子电池的能量密度低主要是因为所采用的正负极材料的比容量较低，尤其是负极材料石墨，其理论比容量为 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商业化前景的负极材料为硅基负极材料，其理论比容量为 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。据招商证券预计，硅基负极材料在 2020 年的市场使用量接近于 5 万吨，销售额接近于 50 亿。 然而硅基材料在充放电过程中较大的体积变化率（>300%）限制了其商业化应用，较大的体积变化导致极片碎裂以及电解液在材料表面持续分解，从而造成其循环性能剧烈下降。另外，硅基材料为半导体，其导电性较差，从而导致硅基负极材料的倍率性能较差。如何解决硅基负极材料这两大缺点是普及硅基材料在锂离子电池应用的关键。 陈永胜教授课题组结合在纳米技术和石墨烯材料领域的专长，经过近 10 几年的研究，采用低成本的原材料、易工业化的工艺技术制备了石墨烯包覆的硅基负极材料，主要技术创新点包括：1）采用独特的、具有自主知识产权的纳米技术将大粒径的硅粉进行纳米化处理，纳米化大大缓解了硅在充放电过程中体积变化的问题，从而从根本上解决了硅基负极材料循环性能差的问题；2）石墨烯包覆则充分发挥了石墨烯导电导热性能好、机械性能优异、电化学性能稳定等特点，改善了材料的锂离子扩散性能和电子导电性，大大提高了功率特性； 14隔绝了硅与电解液的直接接触，抑制副反应造成的电解液分解和材料侵蚀，提高了首次效率，延缓了使用过程中的寿命衰减；进一步减缓了充放电过程中硅的体积变化，维持材料结构的整体稳定性，极大地提升了循环特性。
南开大学
2021-02-01
高性能水泥基渗透结晶型防水材料
混凝土结构因其脆性大的弱点，在工程应用中往往不可避免产生开裂。混凝土结构 因开裂导致混凝土结构水密性下降、渗漏，影响工程的使用寿命，甚至无法正常使用。 目前，防水材料众多，可分为柔性防水与刚性防水两大类。从国外内多年的实践证明， 传统的柔性防水材料虽然具有柔性特点，耐久性也较好，但与基面混凝土粘结力弱，尤 其在基面潮湿或有渗水的情况下无法使用，不宜作背水面和潮湿基面的防水。刚性水泥 基防水材料具有柔性材料无法比拟的性能而广泛应用。但目前普遍使用的水泥基防水材 料大部分属表面密封防水剂，存在防水效果只作用在表面，不能自动、深入地渗透到结 构内部；防水效果不持久，随着时间开始持续的退化过程；一旦防水涂层遭到破坏，防 水能力随之丧失等弱点。从混凝土结构开裂原因、工程应用特点与防水特性分析认为， 开发出具有微细裂缝自愈合、渗透结晶、可在背水面施工等特点的永久性水泥基渗透结 晶型防水材料十分必要，而且应是无毒、无污染，符合可持续发展的产品。 本发明专利是一种水利、水电、桥梁、隧道、地下、建筑等工程中水泥、砂浆、混 凝土防水、防渗漏的高性能水泥基渗透结晶型防水涂层材料。 本发明是一种由活性化学物质、硅酸盐水泥、石英砂等配制而成的粉状防水材料， 是有机化学物质与无机化学物质的混合体，通过深入结晶过程对混凝土进行有效防水。 当本产品与水拌和后，形成具有一定触变性、流态浆体，涂刷在潮湿的混凝土基层上， 活性成分渗透进混凝土内部，并反应生成不溶性的晶体。其活性化学物质与混凝土中未 水化的水泥颗粒发生水化反应，并促进水泥水化，形成水泥水化晶体，生成的大量晶体 填充、封堵混凝土的孔隙和毛细管，使水无法进入混凝土从而达到防水的目的。混凝土 干燥时，活性化学物质处于休眠状态；有水渗入时，该物质继续水化生成新的结晶自动 修补，从而达到永久防水作用。可广泛用于水泥混凝土工程的防水、防渗漏、防潮。
同济大学
2021-04-11
性能可设计梯度铁基减摩材料开发
梯度铁基减摩材料主要用于汽车、工程机械、 航空等领域的液压系统关键摩擦副零件的制造，如用于滑动轴 承、齿轮泵侧板、柱塞泵配油盘等典型零件的制造。 本项目针对铁基减摩材料高强度与良好自润滑特性难以共存的矛盾，开发的梯度铁基减摩材料基于致密强化配方设计， 实现基体材料致密高强、高承载目标；基于表层材料固体润滑 技术与孔隙可控设计，利于液-固润滑介质供给摩擦表面，达到 液-固润滑协同作用，改善材料减摩、抗粘
合肥工业大学
2021-04-14
Sb2Te3(GeTe)n基热电材料
研究中发现，通过适当的退火工艺，可以有效调控Sb2Te3(GeTe)n基材料中阳离子缺陷的类型，该工作运用球差矫正电子显微镜的原位观测技术及高角暗场扫描透射电镜技术（in situ/HAADF-STEM）等, 通过比对退火前后的样品及在电镜下模拟退火过程，清楚地追踪到样品中阳离子缺陷由短程的点缺陷聚集演化成长程的面缺陷的过程，使得调控样品内载流子浓度降低到合适的程度，最终达到优化材料性能的目的。 该项工作使得Sb2Te3(GeTe)n基热电材料的总体性能大幅提升。据悉，热点材料优值ZT越高，其转换效率越高。在温度达到773K时，热电材料优值ZT达到了2.4，在323~773K较宽的工作温度区间内，材料的平均ZT高达1.51，能够满足中温区热电材料在商业应用中对性能的需求，有望解决Sb2Te3(GeTe)n基热电材料效率较低的问题。 本研究成果在目前热电材料亟待推广的低品位废热发电方向以及未来有可能实现的可穿戴自驱动电子器件与智能传感设备方面有较大的应用前景。
南方科技大学
2021-04-13
复合材料轻量化零部件制造技术在汽车、轨道交通领域的产业化应用
团队基于纤维增强复合材料低密度，高强度,材料性能可设计性强，抗腐蚀性和耐久性能好等特点，已开发出汽车的引擎盖、车门、行李箱盖、翼子板、后视镜、方向盘、排挡头、悬架弹簧、电池箱等汽车轻量化零部件，以及轨道车辆地板、内壁板、座椅、卫生间产品，相应成果在科协年会上得到李源潮、万钢等国家领导人肯定，人民日报等媒体进行报道。
吉林大学
2021-05-11
复合材料轻量化零部件制造技术在汽车、轨道交通领域的产业化应用
项目成果/简介:团队基于纤维增强复合材料低密度，高强度,材料性能可设计性强，抗腐蚀性和耐久性能好等特点，已开发出汽车的引擎盖、车门、行李箱盖、翼子板、后视镜、方向盘、排挡头、悬架弹簧、电池箱等汽车轻量化零部件，以及轨道车辆地板、内壁板、座椅、卫生间产品，相应成果在科协年会上得到李源潮、万钢等国家领导人肯定，人民日报等媒体进行报道。应用范围:材料的轻量化，就是在保证汽车、轨道交通等零部件的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车、轨道交通的整备质量，从而提高汽车、轨道交通的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。由于环保和节能的需要，汽车、轨道交通的轻量化已经成为世界汽车、轨道交通发展的潮流，本成果具有较广阔的用途和市场应用前景。
吉林大学
2021-04-10
关于“先进结构与复合材料”等3个重点专项2023年度项目正式申报书填报的通知
按照科技部关于国家重点研发计划重点专项评审立项的总体要求和部署，科技部高技术研究发展中心已经完成了“先进结构与复合材料”、“新型显示与战略性电子材料”和“高端功能与智能材料”等3个重点专项2023年度申报项目预申报书形式审查、预评审等相关工作，并已通过国家科技管理信息系统进行了反馈，请各项目牵头单位及项目负责人及时查看系统通知及邮件。现就填报项目正式申报书（含预算申报书）的有关事项通知如下。
科学技术部
2023-08-02