新材料與新工藝

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新材料與新工藝

中科院金屬所制備ADS系統用5噸級SIMP鋼

在中國科學院核能先導專項“未來先進核裂變能——ADS嬗變系統”項目的資助下，中科院金屬研究所的研究人員完成了擁有自主知識產權的散裂靶用結構材料——新型耐高溫、抗輻照、抗液態金屬腐蝕馬氏體耐熱鋼SIMP鋼的成分、組織設計和優化，以及其各項性能的評價與研究等多個方面的工作，申請相關發明專利10余項。

5噸級SIMP鋼的成功制備，標志著金屬所研制的加速器驅動次臨界（ADS）系統用散裂靶結構材料已達到工業化成熟應用階段，意味著我國已擁有具有自主知識產權的耐高溫、抗輻照、耐液態金屬腐蝕新型結構材料，使我國在核用結構鋼研究開發方面達到了國際先進水平。研究人員采用“真空感應+真空自耗”的工藝方法，成功完成了5噸級SIMP鋼的首輪冶煉。分析表明，5噸級鑄錠的主元素均為最佳成分點，雜質元素含量均控制在極低水平，各類活化元素的含量也均控制在極低水平。目前，研究人員已完成了5噸級SIMP鋼的第二輪冶煉，進一步完善和固化了SIMP鋼的大規模冶煉工藝。

據了解，ADS系統由加速器、散裂靶、反應堆等3個部分組成，其中，散裂靶用結構材料需要同時具有耐高溫、抗輻照、抗液態金屬腐蝕等性能，目前國內外尚沒有可供參比的同類材料。

(KX.0302)

我國在納米能源材料研究領域取得新進展

西南科技大學與南京大學的研究人員合作，通過材料微觀結構設計，制備出了三維微/納米陣列結構的碳基四氧化三鈷（CWs-Co3O4）復合電極材料，大幅改善了電極反應過程中離子的動力學行為，能夠有效解決超級電容器離子擴散效率低的問題。

與普通的電極材料相比，該材料具有連續的離子通道，即微/納米陣列之間的大通道及其內部的小通道。當材料的內部管道被電解液浸潤之后，離子可同時從材料外表面和管道內表面向管壁擴散，從而顯著減小了離子的擴散距離和擴散阻力，提高了材料的孔隙利用率。此外，該材料還具有大孔-介孔-微孔的多級孔結構。其中，大孔能夠儲存離子源和電解液，介孔可提供有效的離子擴散通道，微孔可提供足夠的反應接觸面積，也使得離子的擴散距離大幅縮短，材料電化學性能得到有效提升。在未使用粘結劑的情況下，以CWs-Co3O4為超級電容器電極，在電流密度為0.5A/g時，其容量可達987.9Fg-1，在2000次循環之后容量保持率高達94.5%。

該項研究所構筑的連續離子通道和多級孔結構為改善超級電容器器件的整體動力學行為提供了新的思路，對于制備高性能能量存儲器件具有重要意義。

(納能)

德國制造出世界上最小的納米晶格結構

德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的研究人員制造出了“世界上最小”的納米晶格結構，其支柱和支撐的長度小于10μm，直徑小于200nm （0.2μm），但強度卻遠高于大多數固體材料。

據悉，該“最小晶格”在顯微鏡下可見，材質為玻璃碳，屬于純碳的一種形式，且同時擁有玻璃、陶瓷和石墨烯的性質。該“最小晶格”的制造方法源于3D光刻，即在計算機控制的激光照射下，使光刻膠的結構硬化。但這種工藝僅限于生產長度5μm～10μm、直徑1μm的材料。而研究人員創造性地將熱解技術用于生產微觀結構晶格，將材料暴露在缺氧的高溫環境中（真空爐中、溫度約為900℃），從而使化學鍵重新定位，除碳以外的元素都被從晶格中剔除，而無序碳以玻璃碳的形式被留了下來，形成了縮小的晶格結構。測試結果表明，這種晶格在壓力下具有卓越的穩定性，其承載力接近于理論極限，且遠高于非結構化的玻璃碳，強度僅次于金剛石。

據悉，這種材料在電極、過濾等化工領域，以及通訊領域的光學部件制造方面都具有應用潛力。

(W.CB)

國際研究團隊發現超導態新特性

包括加拿大滑鐵盧大學研究人員在內的國際研究團隊通過實驗確認了超導態的新特性——向列性。這一新發現有助于磁懸浮列車和超級計算機等技術的研發。

研究人員在實驗中發現，超導材料中的電子云可以對齊并按照某個方向有序排列，即呈現向列性。銅酸鹽被認為是最好的高溫超導體之一，其所呈現的奇特狀態難于預測，更難以解釋。研究團隊采用軟X射線散射技術觀察了分散在銅酸鹽晶體結構特定分層中的電子。當電子軌道排列成一系列棒狀時，電子云就會有序排列，并從晶體的對稱結構中分離出來形成單向對稱結構。實驗中，當溫度降到臨界點以下時，電子軌道就會進入向列相。研究顯示，電子向列性也可能發生在低度摻雜的銅氧化物中，而對摻雜材料的選擇也會影響材料向向列狀態的過渡。鍶、鑭、銪等滲染劑在加入銅酸鹽晶體后，會導致晶體變形并加強或減弱晶體分層的向列性。

理解超導體電子的向列性對認識超導態的原因及贗能隙十分重要，或將為室溫超導體的誕生提供新的契機。

(科日)

中科院研究實現AB堆垛雙層石墨烯快速生長

中國科學院上海微系統研究所的研究人員采用銅蒸氣輔助，在Cu-Ni合金襯底上實現了AB堆垛雙層石墨烯（ABBG）的快速生長，所獲得的典型單晶疇尺寸約為300μm，生長時間僅約10min，速度比此前技術提高約1個數量級。

ABBG可通過電場產生可調帶隙，對石墨烯在邏輯器件及光電子器件等領域的應用具有重要價值。研究人員采用Cu-Ni合金在國際上首次實現了1.5英寸石墨烯單晶的超快生長，并通過引入銅蒸氣，實現了大晶疇ABBG的快速生長。銅蒸氣的參與降低了Cu-Ni合金襯底表面第一層石墨烯的生長速度，提高了融入襯底的活性碳原子濃度，而這些碳原子通過等溫析出形成了與第一層石墨烯具有嚴格取向關系的大晶疇ABBG。

(KX.0229)

新型石墨烯納米帶環氧涂層可融化飛機機翼覆冰

美國萊斯大學的研究人員創建出一種全新的石墨烯納米帶環氧涂層，在被施加電壓后，能夠通過產生的電熱使覆冰融化。

對于冬季飛行來說，飛機機翼結冰是影響飛行安全的重要因素。研究人員將環氧樹脂涂層與石墨烯納米帶相結合，制得了這種涂層。石墨烯納米帶是由單層碳原子組成的二維晶體，呈扁平狀，具有良好的導電性能。在實驗室測試中，研究人員將溫度設置在-20℃，并在直升機旋翼槳葉邊緣涂上這種新涂層，當對涂層施加電壓時，涂層表面產生了溫度高達93℃的電熱，能夠融化1cm多厚的覆冰。此外，該涂層還能為飛機提供電磁屏蔽層，幫助保護飛機免受雷擊。

(W.CB)

中國科學院寧波材料技術與工程研究所的研究人員在高強高模碳纖維國產化制備技術領域獲得重大突破，制得的高性能碳纖維拉伸模量為541GPa，達到國外同類產品性能（540GPa）水平，拉伸強度為4.86GPa，優于國外產品（4.02GPa）水平，打破了國外在該領域的壟斷，填補了國內技術空白。

中科院石墨纖維制備技術填補國內空白

寧波材料所先后突破了高強中模碳纖維中試及工程化技術，于2015年5月成功制備得到M50J級高強高模碳纖維，拉伸強度及拉伸模量分別高達5.12GPa、475GPa。2015年年底，研究人員又開展了M55J級高強高模碳纖維研制工作，最終成功實現了其制備技術的突破。寧波材料所現已具備M40J、M46J、M50J級產品連續穩定生產能力，并形成了M55J級高強高模碳纖維制備技術。但目前，研究人員仍需解決M55J級高強高模碳纖維穩定化生產及復合材料加工時纖維與基體的匹配性等問題。

(W.KX)

美國在液態金屬研究領域獲雙重突破

美國麻省理工學院（MIT）的研究人員發明了一種液態金屬鋰電池，利用混合液態金屬制作電極，能夠大幅延長電池的使用壽命。另外，美國北卡羅萊納州立大學的研究人員在液態金屬納米抗癌機器人研究方面取得了新的突破。

據了解，采用液態銻作為電極材料，電池系統需保持700℃的高溫才能運行。而在美國先進能源研究計劃局的資助下，2015年9月，MIT的研究人員采用鋰、鉛和銻的混合金屬制作了電池電極，使電池的運行溫度降至400℃～500℃，提升了電池的耐用性。2016年1月，研究人員通過使用鋰與鉍，以及混合氫氧化物的液態金屬，將電池的運行溫度進一步降至270℃。據稱，該項技術也適用于民用鋰電池。

在抗癌機器人方面，北卡羅萊納州立大學的研究人員開發出一種被譽為“癌癥終結者”的液態金屬納米機器人。其采用由鎵銦合金與兩種高分子聚合物配體混合制成的溶液，通過靜脈注射后，聚合物配體能夠活躍地定向吸附腫瘤癌變細胞，并將受體細胞綁定至其表面，高效、準確地消滅癌癥細胞。該納米機器人針對鼠類的實驗成功后，研究人員目前正在積極推動大型哺乳動物的抗癌實驗，將盡快啟動人類臨床實驗。

(上證)

全球首條“千噸級高純氯化鋰”生產線順利在青海柴達木盆地西臺吉乃爾鹽湖建成。該生產線以鹽湖鹵水為原料，對鹽湖資源的綜合利用，特別是從鹽湖資源中提取鋰、硼等元素具有重要的戰略意義。

中科院合肥物質科學研究院合成多功能柔性薄膜材料

中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所的研究人員利用自組裝的方法合成了多功能、獨立的柔性薄膜材料，并應用于水體中放射性離子Sr2+和Cs+的去除與分離，同時，研究人員還通過對其進行表面改性，獲得了用于去除油性物質的疏水性材料。

近年來，頻繁的海上石油泄漏和核事故對人類所處的生態環境造成了嚴重的污染。研究人員通過層層自組裝技術，以鈦酸鹽納米帶和聚乙烯亞胺（PEI）為原材料，構建了塑性納米多孔薄膜材料，并發現該鈦酸鹽納米帶薄膜材料對核素Sr和Cs有優異的富集與吸附性能，能在很短的時間內快速去除這兩種放射性元素。研究結果表明，對Sr2+和Cs+的去除機制主要依賴于鈦酸鹽納米帶的離子交換反應。與此同時，研究人員在薄膜表面覆蓋一層揮發性有機硅后，獲得了疏水性薄膜（水的接觸角>150.58°）。該薄膜對水體中的油性物質具有出色的選擇性和快速吸附能力，其吸附容量高達自身質量的23倍。

該項研究工作為廢水處理和分離技術開發提供了新思路。

(合物院)

全球首條“千噸級高純氯化鋰”生產線建成

該生產線的建設屬于中國科學院重點部署項目“鹽湖鹵水若干戰略性元素提取”的子課題之一“鹽湖鹵水提取千噸級高純氯化鋰技術及示范工程”，由中科院青海鹽湖研究所和中科院上海有機化學研究所共同承擔，擁有獨立知識產權，最終目標是建成4N級高純氯化鋰產品千噸級生產線。研究人員通過技術創新和攻關，研發出一套技術先進、經濟合理的新萃取體系，并通過產學研合作，研制出了我國首臺鹽湖提鋰的離心萃取裝置，研發的關鍵技術和設備在中間試驗放大過程中各項技術、經濟指標達到國際領先水平，為千噸級氯化鋰示范線的建設打下了良好的基礎。

“鹽湖鹵水提取千噸級高純氯化鋰”產業化項目于2015年12 月24日正式投產試車，實現生產線全線貫通后，產出的氯化鋰產品質量指標達到99.5%，成功建成了全球首條“千噸級高純氯化鋰”生產線。未來，該生產線將逐步完善工藝參數和技術指標，實現4N級高純氯化鋰產品的生產。

(KX.0229)