2016我國軍民兩用技術與產品發展特點回顧

中國航天系統科學與工程研究院 張楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟長

2016我國軍民兩用技術與產品發展特點回顧

中國航天系統科學與工程研究院 張楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟長

2016年，我國軍民兩用技術與產品發展取得了顯著進步，航天強國、海洋強國等強國工程不斷向前推進，空間站建設、新型運載火箭研發、先進科學衛星發射、大型飛機及支線飛機研發與運行、深海科考、超級計算研發、高性能碳纖維國產化、石墨烯產業化及應用、3D打印研究與應用、鋰離子電池研發等諸多領域取得了多項突破性成果，創新驅動發展戰略持續深入推進，軍民深度融合發展邁上了新高度，進一步提高了我國的科技創新能力，強化了國防科技工業基礎，提高了我國在世界科技和經濟領域的地位。

1 空間實驗室飛行任務取得重大成果，為空間站建設運營和航天員長期駐留奠定了堅實的基礎

2016年9月15日22時4分，我國天宮二號空間實驗室發射升空。10月17日7時30分，神舟十一號飛船承載著航天員景海鵬和陳冬成功從酒泉衛星發射中心發射，隨后準確進入軌道。神舟十一號飛船入軌后，經地面遠距離導引和自主控制飛行，于10月19日3 時31分與天宮二號實現了自動交會對接，形成組合體；6時32分，2名航天員順利進駐天宮二號。飛行任務期間，2名航天員共開展了40余項空間科學與應用、航天醫學、在軌維修技術等方面的實（試）驗項目，以及科普實驗和展示活動，成功釋放伴隨衛星并對組合體進行了伴飛拍攝和近距離飛越觀測。11 月18日14時3分，神舟十一號飛船返回艙順利降落在內蒙古中部主著陸場預定區域。至此，天宮二號與神舟十一號載人飛行任務圓滿完成，實現了穩定運行、健康駐留、安全返回、成果豐碩的任務目標。

具體來講，此次任務面向空間站建造運營任務，驗證了航天員中期駐留的生命保障技術、人機協同在軌維修技術，考核了空間站運行軌道的交會對接、組合體運行、載人飛船返回等相關關鍵技術，以及地面長時間任務支持等技術，積累了長期飛行任務管理，以及組織實施較大規模空間應用試驗的相關經驗。此次任務的圓滿成功，標志著我國空間實驗室飛行任務取得了具有決定性意義的重要成果，為我國空間站建設、運營和航天員長期駐留奠定了堅實的基礎。

▲ 神舟十一號飛船與天宮二號成功對接

2 新一代運載火箭長征五號、長征七號首飛成功，空間進入能力大幅提升

2016年6月25日，由中國航天科技集團公司中國運載火箭技術研究院抓總研制的新一代中型運載火箭——長征七號在海南文昌發射場點火升空，標志著我國新一代運載火箭研制取得重大突破，將大幅提升我國進入空間的能力。長征七號火箭是我國首型“數字化火箭”；采用液氧煤油推進劑，無毒、無污染，清潔環保；其運載能力實現了新跨越，使我國中型運載火箭近地軌道運載能力由8.6t提高至13.5t；其按照載人火箭的標準設計，可靠性指標達0.98，達到國際先進水平。長征七號火箭是我國新一代中型運載火箭的基本型，通過改型或與上面級組合，可覆蓋大多數主流衛星所需的運載能力，適應面更寬，是我國未來航天發射任務的“主力”火箭。未來，長征七號火箭還將承擔我國航天多種類型的發射任務。

11月3日，我國自主研制的新一代大型運載火箭——長征五號從海南文昌發射場成功發射，首飛取得圓滿成功！長征五號火箭首飛成功，大幅提升了我國自主進入空間的能力，是我國由航天大國邁向航天強國的重要支撐和顯著標志之一。長征五號火箭直徑5m，全箭長約57m，起飛重量約870t，是目前長征系列火箭中最大的火箭，整體技術達到國際先進水平。其具備近地軌道25t級、地球同步轉移軌道14t級的運載能力，比現役火箭的運載能力提升了2.5倍以上，使我國運載火箭規模實現了從中型到大型的跨越，運載能力達到或超過國外主流大型運載火箭。長征五號火箭是一枚全新的數字化火箭，新技術比例幾乎達100%，是我國迄今為止難度最大、規模最大、系統構成最復雜的火箭，具備高可靠、低成本、無毒無污染、適應性強、安全性好等性能特點；后續，長征五號火箭將服務于我國探月三期、載人空間站和火星探測等國家重大科技工程，也可用于不同地球軌道大型載荷及其它深空探測任務載荷的發射。更重要的是，長征五號火箭的研制成功還為我國未來載人登月用重型火箭的研制奠定了基礎。

新一代運載火箭首飛成功，大幅提高了我國進入空間的能力，將進一步加快我國從航天大國邁向航天強國的步伐。

3 我國發射多顆先進科學衛星，空間研究及觀測能力持續提升

繼2015年成功發射暗物質探測衛星“悟空”后，我國2016年又發射了一系列先進的科學衛星，大幅提升了我國開展空間研究、空間觀測等工作的能力。

2016年4月6日發射并于4 月18日成功返回的實踐十號衛星是我國首顆專用的微重力實驗衛星。該衛星項目包含19項科學實驗，涉及微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學、空間輻射效應、重力生物效應、空間生物技術等6個領域。該衛星是中國空間科學先導專項首批科學實驗衛星中唯一的返回式衛星，也是單次開展科學實驗項目最多的衛星。其科學目標是研究、揭示微重力條件和空間輻射條件下物質運動及生命活動的規律，并取得創新科技成果。實踐十號衛星的成功返回，帶來了來自太空的生命繁衍跡象。在實踐十號衛星回收艙中，有著6000余枚小鼠胚胎，其中，專門用于發育實驗的有幾百枚胚胎。進一步的觀察顯示，這些從太空中返回的小鼠胚胎在太空中完成了從二細胞到囊胚的發育，我國在世界上首次成功在太空實現了哺乳動物胚胎的發育，預示著包括人類在內的哺乳動物的生命有望在太空中得以延續。

▲ 整裝待發的“長征五號”運載火箭

8月，世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射。該衛星是中國科學院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一，其主要科學目標為：一是借助衛星平臺，進行星地高速量子密鑰分發實驗，并在此基礎上開展廣域量子密鑰網絡實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破；二是在空間尺度上進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。“墨子號”的成功發射，使我國在世界上首次實現了衛星和地面之間的量子通信，構建起了天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系，有助于我國在量子通信技術實用化整體水平上保持和擴大國際領先地位，實現國家信息安全和信息技術水平跨越式提升，有望推動我國研究人員在量子科學前沿領域取得重大突破，對于推動我國空間科學衛星系列可持續發展意義重大。

12月，我國首顆碳衛星發射成功，使我國二氧化碳監測水平躋身世界前列。這顆衛星在軌穩定運行后，將逐步形成針對全球、中國及其它重點地區的大氣二氧化碳濃度的監測能力，精度達到1ppm～4ppm，對于充分了解全球碳循環過程及其對全球氣候變化的影響具有重要意義，填補了我國在溫室氣體檢測方面的技術空白。此外，該衛星還將為霧霾的研究提供重要的數據支撐。

12月28日，我國首顆0.5m級高分辨率商業遙感衛星高景一號在太原衛星發射中心發射升空。該衛星是中國航天科技集團公司商業遙感衛星系統“16+4+4+X”的首發星，具有高分辨率、高圖像質量、高敏捷機動能力、多模式成像、長壽命等特點，在軌應用后將打破我國0.5m級商業遙感數據被國外壟斷的現狀，也標志著國產商業遙感數據水平正式邁入國際一流行列。截至2017年1月10日，該衛星已完成姿態軌道調整，地面系統已成功接收處理了全球范圍內的15軌1241景影像，標志著我國首個完全自主研制的0.5m高分辨率商業遙感衛星星座正式具備運營能力。此外，商業遙感衛星系統的建立將實現我國國產遙感衛星運營模式商業化的突破，形成全球首個高空間光譜分辨率衛星遙感綜合服務系統。

4 民用飛機發展穩步推進，多型民用飛機研制獲重要進展

2016年，我國C919大型客機研制項目進展順利，為2017年實現首飛奠定了基礎。4月11日，C919大型客機全機靜力試驗在中國飛機強度研究所上海分部正式啟動。11月8日，C919完成了首飛前兩項重要的試驗，全機2.5g限制載荷靜力試驗圓滿成功、左右發動機均一次點火成功。12月21日，C919大型客機所采用的LEAP-1C集成推進系統同時被歐洲航空安全局（EASA）和美國聯邦航空局（FAA）授予了型號合格證，為C919大型客機投入商業運營鋪平了道路。12月25日，中國商用飛機有限責任公司C919飛機首架機交付試飛中心。目前，C919大型客機已基本完成機載系統安裝和主要的靜力、系統集成試驗，進入首飛準備階段，預計將在2017年上半年實現飛上藍天的夢想。

在支線客機方面，6月28日，成都航空公司航班號為EU6679的ARJ21-700飛機于上午9時25分搭載70名乘客從成都雙流機場起飛，11時37分到達上海虹橋機場。自此，我國自主研制的首架噴氣式支線客機ARJ21正式以成都為基地進入航線運營，這是我國民用飛機發展的重要里程碑。9月29日，中國商用飛機有限責任公司在上海向成都航空公司交付第二架ARJ21支線噴氣客機。截至11月底，ARJ21飛機運營總航班數達到92個，累計載客5082人次，平均上座率95.11%，銷售及收益水平良好。

2月，由中國航空工業集團公司自主研制的新一代先進渦槳通用支線飛機運12F獲得了美國聯邦航空管理局（FAA）頒發的型號合格證，其是繼運12Ⅳ和運12E型飛機取得FAA型號合格證后，運12系列中第三個獲得FAA型號合格證的機型，也是目前世界范圍內8t級23部通勤類飛機中唯一取得FAA型號合格證并投入市場運營的機型。運12F獲得FAA型號合格證，標志著該型飛機獲得了進入美國民用市場的準入證，對國產民用飛機參與國際市場競爭、提升國際影響力具有重大意義。

5 深海技術發展水平進一步提高，深潛科考進入萬米時代

▲ “海斗”號無人潛水器深入萬米深淵開展科學考察

2016年8月12日，我國4500m載人潛水器及萬米深潛作業工作母船——“探索一號”科考船結束TS01-01航次，首航凱旋。在6月22日至8月12日期間，“探索一號”科考船在馬里亞納海溝挑戰者深淵開展了我國首次綜合性萬米深淵科考活動，航次歷時52天，其中作業37天，共執行作業任務84項。在此期間，我國自主研制的“海斗”號無人潛水器成功進行了1次8000m級、2次9000m級和2次萬米級下潛應用，最大潛深達10767m，創造了我國無人潛水器的最大下潛及作業深度紀錄，使我國成為繼日本、美國之后第三個擁有研制萬米級無人潛水器能力的國家，是繼蛟龍號7000m海試成功后我國在海洋科技領域取得的又一個里程碑式突破。該航次是我國在萬米深海進行的首次深潛科考嘗試，是為實現國家“十三五”重點研發計劃部署的萬米載人/無人深潛科技目標所做的先期努力，為最終全面實現萬米深潛邁出了具有重要意義的一步，成功縮短了我國與美、日、英等國家在萬米科考能力上的差距，標志著我國深潛科考開始進入萬米時代。該航次所獲得的深度序列完整的原位探測數據及水體、沉積物和大型生物樣本，填補了我國長期以來無法獲得超大深度特別是萬米海底數據和樣品的空白，將大大促進我國深海深淵科學研究的發展，并有效推動我國海斗深淵科學研究體系的建立。

深海探測對于海洋資源勘探開發、海洋科學研究，以及海洋權益保護具有重要意義，代表著當前國際深海工程技術的頂級水平，是我國建設“海洋強國”的重要內容之一。目前，為貫徹落實“海洋強國”戰略，我國已經部署了“深海關鍵技術與裝備”重點研發計劃，將針對我國在探索深海、開發利用深海資源，以及保障國家深海安全等方面的重大需求，圍繞“進入深海—認知深海—探查資源—保障安全”這一主線，重點突破制約我國在深海領域發展能力的深海運載、探測、戰略資源開發等核心共性關鍵技術，特別是突破萬米有人/無人潛水器的研制技術，形成1000m～7000m水深潛水器作業應用能力。該計劃的實施，將進一步提升我國深海技術的基礎研究水平和原始創新能力，使我國深淵科技達到國際一流水平。

6 量子科學及通信研究突破連連，進入世界領先行列

量子計算是一種依照量子力學理論進行的新型計算，其速度可達目前計算速度的萬倍、億倍，但需要利用大量互相糾纏的量子才能夠實現。量子通信是指基于量子力學的基本原理，利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通訊方式，主要涉及量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等，具有高效率和絕對安全等特點。近年來，量子計算和量子通信已成為國際研究的熱點。我國雖然在量子物理研究方面起步較晚，但是，隨著我國科技水平的不斷提高，我國在量子科學研究，特別是量子通信領域取得了多項突破，已在世界量子科學研究領域占據了一席之地。

2016年，我國量子科學技術的研究成就主要是在中國科學技術大學中國科學院量子信息重點實驗室取得的。在量子力學基本問題研究方面，研究人員首次通過實驗檢驗了無相容性漏洞的Kochen-Specker（KS）量子互文性，在無漏洞量子互文性的實驗檢驗方面邁出了重要一步，將對量子物理基本問題、量子態制備、量子態掃描和量子計算等研究產生重要的影響。研究人員創造性地開發出了超晶格系統，以及分辨率僅為1μm的超冷原子顯微鏡，并通過它們在世界上首次制備并測控了約600對呈現糾纏狀態的超冷原子比特，為產生更大的多粒子糾纏態并進行基于測量的量子計算鋪平了道路，邁出了量子計算技術的重要一步。研究人員在國際上首次實現了基于半導體量子點的高效率和高全同性的單光子源，綜合性能達到國際最優，為實現基于固態體系的大規模光子糾纏和量子信息技術奠定了科學基礎。此外，研究人員在新型量子比特編碼方面取得了新進展，首次在砷化鎵半導體量子芯片中成功實現了量子相干特性好、操控速度快、可控性強的電控新型編碼量子比特，為探索半導體中極性聲子和壓電效應對量子相干特性的影響提供了新的思路。該實驗室還與德國海德堡大學的研究人員合作，在國際上首次實現了對光晶格中超冷原子自旋比特糾纏態的制造、操控和探測，向基于超冷原子的可擴展量子計算和量子模擬邁出了重要一步。研究人員還研制出了非局域量子模擬器并驗證了宇稱-時間（Parity-Time，PT）世界中的超光速現象，首次揭示了非局域性在量子模擬中的重要作用，為量子模擬器的發展開辟了新的研究方向。

在量子糾纏制備研究方面，該實驗室的研究人員成功制備出了世界上保真度最高（88.4%）的六光子糾纏態，并首次驗證了六光子的量子非局域性，為多光子實驗的保真度和亮度設立了新標準，將對量子通信網絡、量子計算和量子物理基本問題的研究起到極大的促進作用。研究人員提出了一種新型的組合脈沖方法，通過精巧設計該組合脈沖的參數，不僅可利用動力學解耦技術抑制退相干效應，還能夠大幅減弱操控場的噪聲效應。此外，研究人員還進一步發展了量子最優控制方法，在固態自旋體系中實現了達到容錯閾值的普適量子邏輯門，達到了目前固態自旋體系量子操控精度的世界最高水平。研究人員成功實現了兩個存儲單元之間的高維糾纏及多自由度的超糾纏。該項研究是我國在復雜量子糾纏態存儲方面取得的重要突破，達到了國際領先水平。該實驗室還在世界上首次成功實現了十光子糾纏，打破了之前由中國科學技術大學保持了多年的八光子紀錄，再次刷新了多光子糾纏態制備的世界紀錄。

在量子存儲方面，該實驗室在國際上首次成功實現了確定性單光子的多模式固態量子存儲，并創造了100個時間模式的存儲模式數世界紀錄，為量子中繼和全固態量子網絡的實現奠定了堅實的基礎。研究人員還采用冷原子系綜在國際上首次成功研制出了百毫秒級高效量子存儲器，為遠距離量子中繼系統的構建奠定了堅實的基礎。

在量子器件開發方面，該實驗室的研究人員首次以硅納米光波導本征模式作為量子信息編碼的新維度，研制出了硅基導膜量子集成光學芯片，實現了單光子態和量子糾纏態在偏振、路徑、波導模式等不同自由度之間的相干轉換，其干涉可見度均超過90%，為量子集成光學芯片上光子多個自由度的操縱和轉換提供了重要的實驗依據，為實現量子集成光學芯片中高維量子信息編碼過程奠定了重要的基礎。南京大學固體微結構物理國家重點實驗室的研究人員研制出了迄今為止尺寸最小（14μm×14μm）的光量子控制—非門，向著實現光量子信息處理和量子計算芯片目標前進了一步。該量子邏輯門是世界上首個基于等離激元體系的具有光量子信息處理功能的量子器件，能夠進行二比特量子操作，可作為光量子集成芯片上的基本運算單元。中國科學院西安光學精密機械研究所與加拿大魁北克國立科學研究所、香港城市大學、澳大利亞墨爾本皇家理工大學等單位合作，利用非線性微環諧振腔中橫電波（TE）和橫磁波（TM）模式間的自發四波混頻效應，結合微環諧振腔的濾波選模作用，首次在集成光子芯片上產生了偏振糾纏光子對，為量子光通信和量子計算提供了新的思路和方法，將有效推動量子技術的發展。

在量子通信方面，中科院量子信息重點實驗室的研究人員在實驗上首次實現了零容量量子信道中量子信息的雙向傳輸，并進一步驗證了量子糾纏在這種裝置下傳輸的可靠性，提供了一種在噪聲信道中傳輸量子信息的有效方法，可用于不同量子系統的通訊和對接，為構建小型量子糾纏網絡提供了新思路，也為豐富量子通訊理論框架提供了新的物理平臺。中國科學技術大學與相關單位的研究人員合作，在20km光纖線路中實現了量子指紋識別，不僅在世界上首次突破了經典極限，也首次在實驗中觀測到了量子信道容量相比經典信道的優越性。中國科學技術大學與中科院上海微系統與信息技術研究所、清華大學、上海交通大學等研究機構合作，在合肥量子城域通信試驗網上首次實現了預先糾纏分發的獨立量子源之間的量子態隱形傳輸，為未來可擴展量子網絡的構建奠定了堅實的基礎。此外，由國家發展和改革委員會立項實施的大尺度光纖量子通信骨干網工程——量子保密通信“京滬干線”工程目前已開通。量子保密通信“京滬干線”從北京出發，經過濟南、合肥，到達上海，全長2000余千米，利用這一高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網絡，京滬兩地的相關機構可以進行保密通信，包括電話、視頻通話、電子郵件等，提高相關領域的通信安全性。

▲ “神威?太湖之光”超級計算機獲得世界超算冠軍

7 “神威?太湖之光”兩度摘得世界超算冠軍，超級計算研發及應用持續推進

在2016年11月14日公布的全球超級計算機500強（TOP500）榜單中，由中國國家并行計算機工程技術研究中心研制的“神威?太湖之光”超級計算機以較大的運算速度優勢輕松蟬聯冠軍。在2016 年6月的排行榜上，“神威?太湖之光”橫空出世，以每秒9.3億億次的浮點運算速度奪冠。該速度是原冠軍我國“天河二號”的近3倍，更重要的是，“神威?太湖之光”采用國產核心處理器“申威26010”，實現了包括處理器在內的所有核心部件全部國產化，且“神威?太湖之光”的峰值計算速度和持續計算速度均位居世界第一位。此前，由國防科學技術大學研制的“天河二號”超級計算機已在TOP500榜單上連續六度稱雄。

此外，在超級計算應用方面，由中國科學院軟件研究所與清華大學、北京師范大學等單位合作完成的“千萬核可擴展全球大氣動力學全隱式模擬”項目獲得了國際高性能計算應用領域最高獎——“戈登貝爾獎”。該項目提出了一套適應于異構眾核環境的全隱式求解器算法，一方面可帶來長時間數值模擬效率的提升，另一方面也可充分發掘“神威?太湖之光”的強大計算能力。“神威?太湖之光”自6月20日發布以來，國內外多個應用項目通過使用該超級計算機獲得突破，已取得100多項應用成果，涉及氣候氣象、海洋、航空航天、生物、材料、高能物理、藥物、生命科學等19個應用領域。首次獲得超算應用最高獎，標志著我國研究人員正在將超級計算的速度優勢轉化為應用優勢，表明我國超算取得速度優勢的同時，在應用領域也正在不斷縮小與世界先進水平的差距。

面向未來，2016年，天津超算中心聯手國防科技大學啟動了新一代百億億次超級計算機樣機系統研制工作，目前已經取得了階段性成果，預計2017年底研制成功。百億億次超級計算機也稱“E級超算”，其將在解決人類共同面臨的能源危機、環境污染和氣候變化等重大問題上發揮巨大作用。另外，曙光信息產業股份有限公司、江南計算技術研究所也同時獲批進行百億億次超算的原型系統研制項目，三頭并進。我國預計在2020年建成并投用百億億次超級計算機。

8 高性能碳纖維國產化制備進程加快，多項技術獲突破

高性能碳纖維材料在航空、航天等工業領域具有重要的戰略意義。長期以來，我國高性能碳纖維都依賴進口，我國一直高度重視高性能碳纖維的國產化。2016年，我國建立了“碳纖維制備技術國家工程實驗室”，持續推進碳纖維的工程化、產業化發展。此外，中國科學院寧波材料技術與工程研究所、哈爾濱天順化工科技開發有限公司、江蘇恒神股份有限公司等單位的高性能碳纖維國產化技術實現了突破，使我國打破了國外壟斷，減輕了對國外高性能碳纖維產品的依賴，對于實現高性能碳纖維材料及產品的自主化生產具有重要意義。

2016年1月，由中科院山西煤炭化學研究所承擔、中科院寧波材料技術與工程研究所、中科院化學研究所、中科院上海有機化學研究所等單位共同建設的“碳纖維制備技術國家工程實驗室”完成驗收。該實驗室將使中科院多家研究所與企業和用戶組織協同化，將碳纖維和配套材料等不同方向的試驗平臺、工程化生產線連為一體，促使碳纖維制備技術在用戶需求的牽引下更快發展，加快碳纖維研發管理的工程化和社會化進程。

在高性能碳纖維制備技術方面，中科院寧波材料所在高強高模碳纖維國產化制備技術領域取得重大突破，制備的高性能碳纖維拉伸強度為4.86GPa，拉伸模量為541GPa，模量達到國外同類產品M55J（540GPa）的同時，其拉伸強度遠優于M55J產品（4.02GPa），打破了國外在該領域的技術壟斷并填補了國內技術空白。哈爾濱天順化工科技開發有限公司在黑龍江省科技攻關重大項目“T700級碳纖維碳化中試生產線及工藝研究”的支持下自主設計和建設的5t/年碳纖維碳化中試生產線生產的TS700碳纖維抗拉強度和線密度不勻率均達到國際先進水平，打破了國內碳纖維市場長期依賴進口的局面。江蘇恒神股份有限公司碳化生產線生產的T800S干噴濕紡碳纖維實現穩產量產，已具備年產1230t原絲和600t T800S碳纖維的生產能力。北京夢狐宇通竹纖維研究開發中心在航空級高性能碳纖維關鍵技術方面實現重大突破，所研發產品的性能超過美國M60產品現有技術指標，經國家重點實驗室檢測，拉伸強度高達3900MPa，拉伸模量達到900GPa，性能超過美國和日本同級別產品的技術指標，大幅降低了航空級碳纖維的生產成本，量產后可滿足航天、汽車、風電等軍用和民用領域的需求。北京特米納特科技發展有限公司突破了航空級碳纖維新技術，可達到國際先進水平，開發的中間相瀝青碳纖維具有超高模量、幾乎零膨脹、高導熱、生產穩定性好、可紡性好，以及灰分幾乎為零等優點，可應用于航空、航天等領域。中復神鷹碳纖維有限公司千噸T800級原絲線正式投產，在國內率先實現了T800級碳纖維產業化。精業新興材料有限公司千噸級高性能碳纖維生產線試生產成功。該生產線為全自動化生產，所產碳纖維產品達到了國際T700級碳纖維產品的性能指標，適用于航空、航天等領域的高性能碳纖維復合材料制備。此外，在特種碳纖維制備技術方面，江蘇中天科技股份有限公司與中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所研發出了大絲束鍍鎳碳纖維產品。該產品是以碳纖維為基底金屬化后的產物，具有輕質、柔軟、導電性好等特點。

在碳纖維應用方面，中國石化上海石油化工股份有限公司碳纖維齒輪工業化試用獲成功。此次試用的碳纖維齒輪共有5組10個，由上海石化自產碳纖維經注塑、模壓成型后制備而成，在其腈綸南裝置完成了為期一年的工業化應用試用。試用結果表明，該齒輪性能優異，在綠色環保、節能減排、循環使用等方面表現優異。康得復合材料有限責任公司與康得新復合材料集團股份有限公司正在布局新能源汽車碳纖維零部件產業生態鏈，將為全球整車企業提供從設計、研發、樣件試制、檢測、小批量生產到大規模供貨的全方位服務，打造全球唯一、規模最大、技術最先進的工業4.0版新能源汽車碳纖維部件產業生態鏈，引領我國碳纖維應用4.0時代的大潮。

9 3D打印技術和設備新成果涌現，3D打印應用碩果累累

在3D打印技術方面，中科院福建物質結構研究所牽頭承擔的福建省科技重大專項專題“3D打印關鍵技術及示范應用研發”項目通過驗收。該項目突破了納米復合增強、等離子球化純化制粉、高功率光纖激光器、高精度大尺寸光固化3D打印設備系統集成、三維流道鑲塊3D制造技術等關鍵技術，在3D打印材料、激光3D打印設備、三維流道模具鑲塊等方面形成了一批具有自主知識產權的技術成果，研制出的納米光敏樹脂拉伸強度達到71.4MPa、拉伸模量達到3704MPa，特種不銹鋼球形粉末球化率達99%以上、粒度小于5μm；光固化3D打印設備成型尺寸達到520mm×520mm×500mm、打印精度達到納米級，構筑了從3D打印材料、器件、系統集成、打印設備到應用的全流程技術鏈，并成功實現了技術轉移轉化應用。該項目的完成將有效地支撐3D打印技術的產業化和市場化進程，對于促進我國制造業創新能力提升，推動我國實現從制造大國向制造強國的戰略轉變具有重要的意義。華中科技大學數字裝備與技術國家重點實驗室采用自主研發的金屬3D打印新技術“智能微鑄鍛”成功打印出了具有鍛件性能的高端金屬零件。該技術結合了3D打印技術和鍛鑄技術，能夠生產結實、耐磨的金屬產品，打破了3D打印行業存在的最大障礙，有望開啟人類實驗室制造大型機械的新篇章。浙江工業大學的研究人員將3D打印與超音速冷噴涂技術相融合，提出了超音速激光沉積技術，結合超音速激光沉積技術和激光熔覆技術的優勢，具有沉積效率高、溫度低、成本低、性能高等優點。

在3D打印設備方面，中科院福建物構所的研究人員在國內首次突破了可連續打印的三維物體快速成型關鍵技術，開發出了3D超快打印機，其打印速度達到了創紀錄的600mm/h，可以在6min內，從樹脂槽中“拉”出一個高度為60mm的三維物體，而同樣物體采用傳統的立體光固化成型工藝（SLA）來打印則需要約10h，速度提高了約100倍。華中科技大學武漢光電國家實驗室的研究人員研發出了采用4臺激光器的大型SLM（選擇性激光熔覆）金屬打印設備。該裝備深度融合了信息技術和制造技術等相關技術，由4臺500W光纖激光器、4臺振鏡分區同時掃描成形。

在3D打印應用方面，中科院理化技術研究所的研究人員開創性地利用納米級3D打印技術——超衍射多光子直寫加工技術制備了聚合物三維Luneburg透鏡器件，其大小僅相當于人類頭發直徑的1/2，首次將三維Luneburg透鏡的工作波段從微波段推廣至光波段，開辟了納米級3D打印技術在微納米器件領域中的全新應用。廣西玉柴機器集團有限公司在其鑄造集成式復合氣缸蓋砂芯組制造中采用了3D打印技術，集成式復合氣缸蓋組合砂型的缸蓋上水套砂型、缸蓋下水套砂型、進氣道砂型和排氣道砂型均采用3D打印技術制造。中國核動力研究設計院與南方增材科技有限公司合作研制的3D打印反應堆壓力容器試件通過了技術鑒定。南方增材科技有限公司擁有自主研發的大型電熔3D打印設備，能夠打印直徑5.6m、長度9m、重300t的厚壁重型金屬構件。南京航空航天大學的研究人員基于SLM成形技術制備出一種鋁基納米復合材料，用于激光增材技術領域，可有效解決鋁基納米復合材料在激光增材過程中工藝性能與力學性能不匹配，增強顆粒分布不均勻，以及陶瓷相與基材相之間潤濕性較差的問題，所獲得的產品具備良好的界面結合性能及優異的力學性能。

▲ 飛秒激光直寫制備的微尺度光波段Luneburg透鏡及其聚焦光場的表征分析結果

10 石墨烯制備技術繼續發展，石墨烯應用領域不斷拓展

我國長期重視石墨烯產業化及應用技術發展工作。中共中央、國務院印發的《國家創新驅動發展戰略綱要》提出，發展引領產業變革的顛覆性技術，不斷催生新產業、創造新就業；發揮納米、石墨烯等技術對新材料產業發展的引領作用。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》提出，大力發展石墨烯、超材料等納米功能材料。工信部網站公布的《建材工業鼓勵推廣應用的技術和產品目錄（2016～2017年本）》涉及石墨烯粉體、石墨烯重防腐涂料等兩項石墨烯技術和產品。此外，由四川聚能仁和新材料有限公司牽頭，中國工程物理研究院成都科學技術發展中心等17家單位產學研聯合組建的國家石墨烯材料產業技術創新戰略聯盟在成都天府新區成立，標志著石墨烯材料產業化及應用技術的研發已從各自獨立研發向著集團式整體合作研發方式轉型。

在石墨烯產業化技術方面，寧波墨西科技有限公司“年產500t石墨烯生產線技術改造及擴建工程項目”通過專家組驗收，這標志著寧波墨西科技年產500t石墨烯生產線正式建成投產。隨著這條生產線的啟動，石墨烯的價格將大幅度下降。

在石墨烯應用方面，2016年，石墨烯鋰離子電池的發展尤其引人矚目。7月，東旭光電科技股份有限公司推出了世界首款石墨烯基鋰離子電池產品——“烯王”。據稱，該產品采用石墨烯對磷酸鐵鋰正極進行了摻雜改性，提高了材料的導電性，可在15min內充滿4800mAh容量的電池，且具有良好的高低溫性能（工作溫度范圍-30℃～80℃），循環壽命可達3500次左右，其發布開啟了石墨烯在能源領域的應用時代。12月，華為中央研究院瓦特實驗室推出了業界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池，在鋰離子電池領域實現了重大研究突破。該石墨烯基高溫鋰離子電池利用石墨烯的導熱性強化了電池的散熱性能，可實現鋰離子電池與環境間的高效散熱。高溫環境下的充放電測試結果表明，在同等工作參數下，該電池的溫升比普通鋰離子電池降低5℃；60℃高溫循環2000次，容量保持率仍超過70%；60℃高溫存儲200天，容量損失小于13%，可以將鋰離子電池上限使用溫度提高10℃，使用壽命是普通鋰離子電池的2倍。中國航發北京航空材料研究院石墨烯儲能材料研發團隊成功研制出了具有快速充電、長壽命、低發熱等特性的新型石墨烯鋰離子電池，并已實現了批量制備，即將走向市場應用。檢測結果顯示，在同等條件下，該新型石墨烯鋰離子電池的充電時間僅為普通鋰離子電池的1/10，但使用壽命可達普通鋰離子電池的5倍，并且有效抑制了發熱問題。此外，西北大學完成了批產量500kg的石墨烯改性石墨鋰電負極材料工業化放大試驗，產品性能達到了高性能石墨負極材料國家標準指標。同時，西北大學還制備出了多種超過1000mAh/g的石墨烯鋰電池負極材料，達到了國際先進研究水平。在其它能源存儲領域，中科院大連化學物理研究所的研究人員在柔性化、微型化石墨烯基超級電容器的研究中取得新進展，成功獲得了二維噻吩納米片與石墨烯疊層結構復合薄膜，并應用于高性能、柔性化、微型化超級電容器，開發出了具有高儲能密度、柔性化、功能集成化的微型儲能器件。

▲ “烯王”移動電源

11 動力電池材料及技術頻現突破，為動力技術發展開辟了新的途徑

2016年，我國在先進動力電池研發領域取得了多項新進展，特別是在鋰離子電池電極材料和鋰硫電池研發方面取得了多項突破性研究成果，促進了我國動力電池技術的發展。

在電池電極材料方面，北京大學深圳研究生院的研究人員在磷酸鐵鋰（LiFePO4）電極結構方面進行了研究，提出了軟性碳導電劑（SCC）的概念。相比于硬碳導電劑，SCC能夠與活性物質顆粒之間產生更大的接觸面積，從而使電流分布和鋰離子分布更加均勻，減少在充放電過程中正極材料的極化，顯著提升材料的容量和倍率性能。此外，該院的研究人員還對鋰電池三元層狀NMC材料開展了系統研究，對鋰的擴散機理及高低溫性能進行了深入研究，發現NMC622具有最好的高低溫性能，將為今后三元層狀材料鋰離子電池穩定性的優化提供重要的指導。四川大學的研究人員通過前向法合成了石墨烯包覆磷酸鐵錳鋰（LiMn0.5Fe0.5PO4）材料。該材料繼承了前驅體Li3PO3的形貌，顆粒直徑僅約為20nm，大幅縮短了鋰離子的擴散距離，而石墨烯網絡結構賦予了該材料良好的導電性能，因此，改善了材料的倍率性能，提高了材料的能量密度。北京理工大學的研究人員基于介孔碳技術開發了一種微孔-介孔中空碳微球高性能鋰離子電池負極材料，其比表面積高達396m2/g，不僅具有高容量特性，還具有良好的循環性能和倍率性能。但目前該材料的制備成本過高，振實密度偏低，難以商業化應用，還需要進一步研究，降低成本，提高材料的性能。合肥工業大學的研究人員在具有微納等級結構的宏觀組裝體材料結構設計及高性能鋰離子電池負極材料的制備方面取得了新進展，實現了一種自支撐型二硫化鉬-石墨烯復合薄膜的自組裝設計和放大制備。該薄膜用于鋰離子電池負極材料時，既可保證復合材料具有較高的壓實密度，又可保證鋰離子和電子在材料內部的快速輸運，同時還能容納硫化物材料在嵌脫鋰過程中的體積變化。該復合負極材料將在以下一代鋰離子電池為代表的儲能系統中展現出良好的應用前景，并有助于發展面向未來的可持續能源技術。南京大學的研究人員設計了一種改進的聚二甲基硅氧烷（PDMS）納米孔薄膜，有效提高了電池的庫倫效率，在長期循環后其庫倫效率仍能保持在95%以上，對于當前鋰電池循環壽命的提高具有重要意義。

在鋰硫電池研發方面，中國科學技術大學的研究人員利用微米級長度的碳納米管研制了一種超厚三維石墨泡沫集流體結構（CNTUGF），無需使用粘結劑和導電劑，可將硫的含量提高至43%（2.4mg/ cm2的涂布密度）。同時，該電極結構能夠有效抑制電極的衰降，在0.5C的倍率下，循環400次后，容量衰降率僅為0.063%/次。中科院理化技術研究所功能高分子材料研究中心的研究人員發展了一種在三維多孔碳（3DPGC）結構中原位制備并負載硫的新方法，使得硫在保持納米分散的前提下，負載量達到了90%，創造了硫的最高負載量紀錄，電極初始比容量高達1382mAhg-1；硫的原位負載還可形成碳硫鍵，經過1000次循環后，平均每次循環的容量衰減僅為0.039%，達到了當前的最高循環穩定性。此外，該材料在提高硫的負載及利用效率的同時，還提高了電極材料的充放電循環穩定性，為新一代鋰離子電池電極材料的設計開拓了思路。中科院化學研究所的研究人員開發出一種獨特的石墨化碳納米籠結構的sp2型碳材料，并將其作為硫載體應用在高倍率長壽命鋰硫電池中。該材料作為活性硫的

微型電化學反應器具有較大的孔體積，在高硫負載量（77wt%）情況下，不僅可以實現納米硫的高效分散、充分發揮其電化學活性，還可以有效抑制多硫化鋰的溶解穿梭，改善鋰硫電池的循環性能。此外，該材料具有優異的高倍率性能。該材料結構的提出，為新型硫碳復合電極材料的合理設計拓展了思路，為開發高循環性能、高倍率性能鋰硫電池，以及其它高效儲能器件開辟了新的途徑。

▲ 平臺型機床i5M8

12 依托互聯網技術構建智能制造系統平臺逐漸成為數控機床行業新的發展方向

2016年，我國智能制造技術創新應用加快向系統集成應用邁進，以物聯網為代表的“互聯網+”與機床制造業的深度融合加快催生了多個智能制造系統平臺。4月11日，沈陽機床集團股份有限公司推出了擁有完全自主知識產權、世界首創的平臺型機床i5M8，展示了一個“中國制造”升級新范本。i5M8機床的控制系統使用沈陽機床集團股份有限公司自主開發的i5智能系統，依托互聯網實現智能校正、智能診斷、智能控制、智能管理，實現了工業化、信息化、網絡化、智能化、集成化的有效集成，使工業機床“能說話、能思考”，滿足了用戶的個性化需求，工業效率提升了20%，實現了“指尖上的工廠”，也是中國人首次用自己的智慧定義機床產品。

12月，秦川機床集團漢江數控機床遠程診斷服務正式投入運行，技術人員僅需通過電腦鍵盤就能夠對用戶的機床進行故障診斷、設備維護調試，以及軟件升級優化等，其效果如同車間現場用電腦調試機床一樣，在有效降低產品售后服務成本的同時，也大幅提升了售后服務響應速度。

在“互聯網＋”趨勢下，在傳統產品設計、銷售渠道、服務方式和品牌概念等方面，將互聯網因素植入傳統制造業，實現互聯網與制造業的融合，提高自動化、智能化水平將成為數控機床等高端制造裝備發展的新方向。