新材料與新工藝

新材料與新工藝

我國研究人員構(gòu)建出新型復(fù)合超疏水智能涂層

中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納 米仿生研究所的研究人員構(gòu)筑了具有多級(jí)微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的多壁碳納米管（MWCNT）/熱塑性彈性體（TPE）復(fù)合超疏水智能涂層。

據(jù)介紹，該涂層兼具超疏水性和優(yōu)異的應(yīng)變感知性能，可以有效抵抗環(huán)境中水、酸液、堿液、汗液等液體的干擾。得益于復(fù)合涂層中梯度分布的TPE和穩(wěn)定的微米孔-納米突起復(fù)合結(jié)構(gòu)，該涂層既可以與柔性襯底穩(wěn)定結(jié)合，也可與剛性襯底實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)合，具有非常穩(wěn)定的超疏水性能。此外，其多孔微納復(fù)合結(jié)構(gòu)賦予了MWCNT/TPE復(fù)合網(wǎng)絡(luò)對(duì)拉伸、彎曲，以及扭曲的優(yōu)異的應(yīng)變感知能力，可實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高分辨率、快響應(yīng)時(shí)間、大應(yīng)變范圍，以及高穩(wěn)定性。

該項(xiàng)研究成果已實(shí)現(xiàn)多功能應(yīng)用對(duì)于超疏水材料、智能材料與柔性智能系統(tǒng)領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)具有重要意義。

(W.KX)

日本研發(fā)出可發(fā)光超1h的有機(jī)長余輝發(fā)光材料

日本九州大學(xué)的研究人員采用兩種簡單的有機(jī)分子在室溫下制成了有機(jī)長余輝發(fā)光材料，其發(fā)光時(shí)間超過1h。與現(xiàn)有的夜光材料生產(chǎn)系統(tǒng)相比，該材料不含稀有元素，且無需很高的制造溫度。

長余輝發(fā)光材料是一種光致發(fā)光系統(tǒng)，在光源激發(fā)下能夠發(fā)出可見光，并將獲得的部分光能儲(chǔ)存起來，當(dāng)激發(fā)停止后，能夠以光的形式將能量緩慢釋放出來，廣泛應(yīng)用于儀表、光電子器件、緊急標(biāo)志，以及國防領(lǐng)域。但大部分商業(yè)性夜光涂料以無機(jī)材料為基礎(chǔ)，不僅需要稀有元素才能長效發(fā)光，而且制造溫度需達(dá)到1000℃以上。此前，通過有機(jī)分子延長發(fā)光（磷光）也只能使發(fā)光時(shí)間持續(xù)幾分鐘。

研究人員稱，經(jīng)進(jìn)一步開發(fā)，該材料有望實(shí)現(xiàn)柔性和顏色可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)在紡織、涂料和有機(jī)物成像等方面的應(yīng)用。

(KJ.1012)

中科院有機(jī)電致發(fā)光材料和器件研究獲進(jìn)展

中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所的研究人員設(shè)計(jì)合成了一類高效的熱活化延遲熒光（TADF）藍(lán)光材料B-oCz和B-oTC，為進(jìn)一步拓展有機(jī)電致發(fā)光二極管（OLED）的應(yīng)用提供了材料支撐。

OLED在顯示和照明領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，發(fā)光材料是OLED的核心部分，目前，基于鉑系重金屬配合物的綠光、紅光材料器件的效率和穩(wěn)定性均已達(dá)到實(shí)用化要求，但穩(wěn)定、高效的藍(lán)光材料器件的開發(fā)進(jìn)展較為緩慢，成為OLED行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

研究人員通過合理的分子設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了很小的最低單—三重激發(fā)態(tài)能隙（DEST）和較大的輻射躍遷速率，分子的非輻射躍遷也得到了有效的抑制。其中，B-oTC在薄膜中具有很小的濃度淬滅效應(yīng)，其純膜的光致發(fā)光效率高達(dá)94%，采用溶液加工法制備的非摻雜藍(lán)光OLED器件外量子效率達(dá)19.1%。

(KX.1106)

東北大學(xué)的研究人員研發(fā)出一種抗拉強(qiáng)度超過2GPa的熱沖壓成形超高強(qiáng)韌鋼，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模工業(yè)化量產(chǎn)，并成功應(yīng)用于北汽新能源純電動(dòng)兩座車型“LITE”，實(shí)現(xiàn)車身減重10%～15%。

東北大學(xué)開發(fā)超高強(qiáng)韌鋼使汽車“減重”10%

相比傳統(tǒng)熱沖壓成形高強(qiáng)鋼，該超高強(qiáng)韌鋼的性能可提高20%以上，比各大鋼鐵公司開發(fā)的1.8GPa級(jí)熱沖壓高強(qiáng)鋼性能提高9%以上，提升了汽車鋼板的抗沖擊性能和輕量化水平。

通用汽車中國科學(xué)研究院合作評(píng)估分析結(jié)果表明，該超高強(qiáng)韌鋼首次在世界上實(shí)現(xiàn)了2GPa以上超高強(qiáng)度兼?zhèn)鋬?yōu)良韌性和延伸率的技術(shù)突破，其強(qiáng)度和延伸率均大幅優(yōu)于其它國際前沿鋼種水平，可作為汽車A柱、B柱、保險(xiǎn)杠、邊梁、門梁等重要安全防護(hù)部件用鋼。

(科 日)

美國開發(fā)出新型“混合3D打印”技術(shù)

美國哈佛大學(xué)威斯研究所和美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員合作開發(fā)出一種用于軟電子器件制造的新型“混合3D打印”技術(shù)。該技術(shù)可用于制造可穿戴電子設(shè)備。

據(jù)介紹，“混合3D打印”技術(shù)將柔性導(dǎo)電油墨和基體材料與剛性電子組件集成到一個(gè)可拉伸裝置中。采用該技術(shù)，電子傳感器可以直接3D打印到軟質(zhì)材料上，還可數(shù)字化地拾取和放置電子元件，并打印出讀取傳感器數(shù)據(jù)所需的電子電路的導(dǎo)電互連。此外，該技術(shù)還可顯著縮短制造時(shí)間，降低制造成本。研究人員將與銀薄片混合的熱塑性聚氨酯（TPU）制成的可拉伸導(dǎo)電油墨3D打印到TPU基板上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路圖案的精確控制，可制造出任何大小和圖案的柔性電路，同時(shí)確保剛性電子組件與可拉伸裝置的兼容性。

研究人員采用該技術(shù)制造了用于分析運(yùn)動(dòng)員投擲技術(shù)的可穿戴裝置和一種柔性壓力傳感器，驗(yàn)證了其性能。該項(xiàng)研究成果為可定制、低成本、高機(jī)械性能的電子產(chǎn)品的制造提供了新途徑。

(宋文文)

中科院研制出形狀自適應(yīng)改變?nèi)S功能柔性電極

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的研究人員成功實(shí)現(xiàn)了近紅外光觸發(fā)柔性電子器件自適應(yīng)三維形變，有望用于穿戴式與植入式電子器件及神經(jīng)康復(fù)、腦機(jī)接口等醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)前沿領(lǐng)域。

柔性電極可用于刺激神經(jīng)組織或記錄神經(jīng)信號(hào)，如何確保柔性電極與生物系統(tǒng)之間的緊密貼合以促進(jìn)信息的有效交互，是穿戴式與植入式電子器件實(shí)現(xiàn)有效性、可靠性及穩(wěn)定性的重大挑戰(zhàn)。

研究人員提出了一種新型功能化柔性電極設(shè)計(jì)理念，并成功研發(fā)出了通過近紅外光即可觸發(fā)形狀自適應(yīng)改變的三維功能柔性電極。研究人員打破了傳統(tǒng)電極設(shè)計(jì)思路，創(chuàng)新性地將具有光熱響應(yīng)特性的仿生智能材料設(shè)計(jì)到柔性電極背面，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程近紅外光照柔性電極可控彎曲形變，并可貼附到不同曲率的表面。在此基礎(chǔ)上，研究人員通過一步光刻聚合法，在柔性電極背面的光熱響應(yīng)材料層設(shè)計(jì)出了梯度化交聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了柔性電極在近紅外光照下從平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)（圓柱、螺旋等結(jié)構(gòu)）。測(cè)試結(jié)果表明，這種功能化柔性電極在經(jīng)過10次形變后，依然可以保持電極功能完好。

該項(xiàng)研究通過仿生智能材料的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了柔性電子器件的形狀自適應(yīng)遠(yuǎn)程調(diào)控，解決了柔性電極與生物系統(tǒng)之間信息交互存在的挑戰(zhàn)，也為將傳感檢測(cè)、藥物緩釋集成到功能化柔性電極中提供了可能，更為新一代智能化柔性電子器件的設(shè)計(jì)提供了一種具有普適性的方法。

(KX.0817)

由光啟技術(shù)股份有限公司承擔(dān)的 “超材料及其相關(guān)器件關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”項(xiàng)目通過了國家科學(xué)技術(shù)部組織的驗(yàn)收。這標(biāo)志著我國超材料及其相關(guān)器件關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)取得了新進(jìn)展，我國超材料研究的理論水平和技術(shù)支撐水平大幅提升。

我國超材料及其相關(guān)器件關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)取得新進(jìn)展

超材料是指通過人工結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的、具有天然材料所不具備的超常性質(zhì)的材料系統(tǒng)，是新材料領(lǐng)域重要的發(fā)展方向之一，通過對(duì)材料結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可廣泛應(yīng)用于無線通信、航天、航空、新能源利用、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。

該項(xiàng)目圍繞總體目標(biāo)開展了系統(tǒng)的研究工作，突破了介質(zhì)基超材料及器件的關(guān)鍵制備、基于超材料的天線小型化、平板型微波透鏡天線等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超材料空間調(diào)制技術(shù)在數(shù)字微波有關(guān)系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用，打破了關(guān)鍵技術(shù)障礙，建成了一條超材料生產(chǎn)精試線，為超材料創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展提供了量產(chǎn)驗(yàn)證基地和工藝驗(yàn)證基地。此外，該項(xiàng)目的實(shí)施，整合了國內(nèi)超材料研究的優(yōu)勢(shì)力量，培養(yǎng)了一批超材料領(lǐng)域的科研人才，形成了超材料設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造和測(cè)試平臺(tái)。

(新 華)

中科院在石墨炔能源存儲(chǔ)材料研究方面獲系列進(jìn)展

中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所，以及中科院化學(xué)研究所合作，將石墨炔類材料先后應(yīng)用于鋰離子電池、鈉離子電池、鋰離子電容器等能源存儲(chǔ)器件，并對(duì)其電化學(xué)性能及儲(chǔ)能機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)分析和系統(tǒng)研究，在石墨炔能源存儲(chǔ)材料研究方面取得了系列進(jìn)展。

研究人員充分發(fā)揮石墨炔類材料可以通過化學(xué)法制備這一特點(diǎn)，采用“由下向上”的雜原子化學(xué)摻雜合成策略，通過對(duì)聚合前體的化學(xué)裁減和結(jié)構(gòu)修飾，制備了氯摻雜石墨炔。采用化學(xué)摻雜法制備的摻雜石墨炔類材料具有雜原子分布均勻且含量和摻雜位置可控等特點(diǎn)。理論計(jì)算結(jié)果證實(shí)，均勻分布于石墨炔二維平面結(jié)構(gòu)中的氯原子能夠更加有效地穩(wěn)定所嵌入的鋰原子。器件測(cè)試結(jié)果顯示，氯摻雜石墨炔用于鋰離子電池電極材料，可獲得優(yōu)異的倍率性能及良好的循環(huán)穩(wěn)定性，表明該類材料在能源存儲(chǔ)方面具有良好的應(yīng)用前景。

(青能所)

中外合作在超長壽命高倍率鋰離子電池材料研究方面取得突破

清華大學(xué)材料學(xué)院、美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和美國麻省理工學(xué)院的研究人員合作，研發(fā)出了一系列鈦酸鋰水合物，并將其應(yīng)用于制造具有超長循環(huán)壽命和高倍率性能的鋰離子電池，不僅拓展了該體系電極材料性能調(diào)整及優(yōu)化的自由度，還有望對(duì)其它含氫組分的過渡金屬化合物體系在能源材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供啟發(fā)與思路。

目前常用鋰離子電池采用的電解質(zhì)——六氟磷酸鋰（LiPF6）遇水易分解，因此，鋰離子電池電極材料需在高溫下煅燒來除水，但這會(huì)使材料發(fā)生顆粒團(tuán)聚和晶粒粗化等副反應(yīng)。此次研究人員研發(fā)的鋰-氫-鈦-氧（Li-H-Ti-O）體系材料與目前性能優(yōu)異的鋰-鈦-氧（Li-Ti-O）體系、鈦-氧（Ti-O）體系材料（包括納米化、摻雜和包覆之后的材料）相比，具有相當(dāng)甚至更加優(yōu)異的電化學(xué)性能。作為含“水”的電極材料，該系列鈦酸鋰水合物能夠在高電壓有機(jī)電解液體系中實(shí)現(xiàn)多達(dá)上萬次的穩(wěn)定循環(huán)。在材料晶體內(nèi)部牢固結(jié)合的“結(jié)晶水”，不但不會(huì)破壞電極材料在有機(jī)電解液體系下的電化學(xué)性能，反而促進(jìn)了晶體結(jié)構(gòu)的多樣性（如二維層狀），以及納米復(fù)合材料的構(gòu)筑，從本質(zhì)上提高了材料的離子擴(kuò)散系數(shù)。

(清 華)

德國尤利希研究中心可再生能源研究所與埃朗根-紐倫堡大學(xué)的研究人員合作，開發(fā)出一種利用有機(jī)載體液和特殊催化劑儲(chǔ)存和制取氫燃料的新工藝，使原先裝卸氫燃料所需的兩個(gè)裝置簡化成一個(gè)裝置，從而大幅降低儲(chǔ)氫制氫成本和能耗，對(duì)能源轉(zhuǎn)型具有重要意義。

儲(chǔ)氫制氫新工藝在德國問世

據(jù)介紹，氫燃料能量的儲(chǔ)存和釋放是可逆的化學(xué)反應(yīng)，兩個(gè)反應(yīng)的步驟不同，各需一種特殊的催化劑，所以，傳統(tǒng)方法中，有機(jī)載體液和氫燃料的裝卸要在兩個(gè)裝置中分別進(jìn)行。研究人員開發(fā)了一種特殊的催化劑，可使氫燃料的儲(chǔ)存和釋放反應(yīng)在相同的溫度下有效催化，因此，在一個(gè)裝置中，僅需改變壓力即可完成氫燃料的儲(chǔ)存和釋放，從而大幅簡化了氫燃料存儲(chǔ)對(duì)設(shè)備的要求，可節(jié)約30%～50%的設(shè)備成本。此外，目前氫燃料儲(chǔ)存設(shè)備的操作溫度約為150℃；釋放設(shè)備的操作溫度約為300℃。盡管理論上可以將氫燃料儲(chǔ)存時(shí)的反應(yīng)熱提供給釋放時(shí)用，但由于兩個(gè)裝置的化學(xué)反應(yīng)溫度不同，上述想法難以實(shí)現(xiàn)。此次研究人員開發(fā)了高溫氫化工藝及相應(yīng)的催化劑，可在較高的溫度下儲(chǔ)存氫燃料，產(chǎn)生的熱可直接供釋放時(shí)使用，從而大幅降低了能耗。

據(jù)稱，與目前使用的分開的氫燃料裝置相比，這種一體化氫燃料裝置使得氫燃料的儲(chǔ)存和制取更便捷，有利于氫燃料的工業(yè)化儲(chǔ)存和制取，在未來的可再生能源系統(tǒng)中大有可為。

(KJ.0831)