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水性涂裝材料，艦船防腐。

半導體納米線是一種獨特的準一維納米材料。它不僅是電荷的最小載體，也是構建新的復雜體系和新概念納米器件的基元。在該領域中，新現(xiàn)象和新概念層出不窮，推動著材料、物理、化學等交叉學科的發(fā)展，并將對未來電子、光電子、通訊等產業(yè)產生重大影響。在這一當今最前沿的研究領域中，國際上尤其是發(fā)達國家集中了最精銳的研發(fā)力量，以期望在納米器件的實用化方面有所突破，在未來高科技爭奪戰(zhàn)中，保持領先并居于主導地位。在納米研究領域，美國政府僅在2005年就投入10億美元，而日本在同一年的投入約12億美元。 我國的《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》中也已經把納米科技作為基礎研究重大研究計劃，列入重點支持范圍。其中一維功能納米材料的控制合成、性能調控及應用研究是目前納米材料研究的世界熱點。 張躍教授承擔了973、863、重大國際合作、自然科學基金杰出青年基金和面上項目等各類納米研究方向的課題，通過創(chuàng)新合成方法、優(yōu)化合成工藝，實現(xiàn)了多種形貌的一維功能納米材料的可控制備，利用等多種手段對納米材料的形貌、結構進行了表征，并對其生長機理、力學性能以及光致發(fā)光、場發(fā)射、導電性等物理性能進行了系統(tǒng)和深入的研究，特別是在碳納米管及ZnO納米陣列的實際應用領域取得了重要突破，其代表性成果包括： 1.改進了ZnO和摻雜ZnO一維納米材料的制備方法。采用化學氣相沉積法，在較低溫條件下，通過不同工藝成功制備了純ZnO及In、Mn、Sn等摻雜ZnO納米棒、納米線、納米帶、納米電纜、納米陣列、四針狀納米棒、納米梳、納米盤等多種形貌結構的納米材料，實現(xiàn)了一維ZnO納米材料較低溫度條件下形態(tài)和尺度控制生長，產物品質純凈、產率高、質量好，易于工業(yè)化生產。制備方法受到國際同行的高度評價，認為是半導體制造領域中氧化物納米結構集成方法的重大進步，不僅對從事納米材料研究的科學家，而且對半導體產業(yè)意義重大。有關雙晶ZnO納米帶的論文發(fā)表在國際知名期刊Chemical Physics Letters (2003，375：96-101)上，論文被引用60余次，位列該期刊2003至2007年被引用前50名之內。 2.提出了一維氧化鋅納米材料新的生長機理。首次合成四針狀納米氧化鋅材料并揭示了該結構的八面體孿晶核生長的理論模型，該研究結果的論文發(fā)表在Chemical Physics Letters (2002,358:83-86)上，被他引更是達到了130 余次。首次發(fā)現(xiàn)和論證了一維氧化鋅納米結構中的螺旋位錯誘導晶體生長機理，觀察到了一維氧化鋅納米材料存在的大量螺旋位錯、周期性的位錯及生長臺階，發(fā)現(xiàn)生長是沿著位錯進行，且與其伯格斯矢量的方向一致。 3.原位研究單根ZnO和In-ZnO納米線的力學行為。利用TEM對單根納米線加載交變電壓使其發(fā)生共振，原位測量其本征共振頻率，通過計算得出氧化鋅納米線的彎曲模量。氧化鋅納米線可以構建納米懸臂梁和納米諧振器，通過氧化鋅納米線構建的納米秤，測量了黏附在納米線自由端的納米顆粒質量。該研究論文發(fā)表在英國物理協(xié)會的期刊J. Phys.: Condens. Matter( 2006, 18 (15), L179-L184)上，被評為該期刊2006年度的頂級論文(Top paper)，位列其中第九名，是該年度該期刊22篇Top papers研究論文中唯一由中國研究人員完成的成果。 4.合成了多種ZnS準一維納米材料，并提出了四針狀ZnS納米結構的生長機理，指出其生長過程由立方相形核和六方相孿晶生長機制共同控制。同時率先報道了ZnS四針狀納米材料的光致發(fā)光性能，發(fā)光波長相對其它ZnS 納米材料發(fā)生藍移4.8~32.8nm。該研究論文發(fā)表在國際著名期刊Nanotechnology (18 (2007) 475603)上，在發(fā)表后的第一個季度內，下載量就超過250次，成為該期刊排名前10％的熱點文章。 5.碳納米管及ZnO納米陣列的實際應用取得了重要突破。采用涂敷和CVD兩種方法成功制備了多種大面積碳納米管陰極，采用水熱合成法制備了大面積一維納米ZnO陣列陰極。首次研究了納米陰極的強流脈沖發(fā)射性能，其中碳納米管陰極的發(fā)射電流密度高達344 A/cm2，ZnO陰極的發(fā)射電流密度達到123A/cm2。系列研究成果發(fā)表在Carbon、Appl. Phys. Lett.等國際著名期刊上。研制的多種納米陰極在線性感應加速器上已經得到成功應用，陰極的發(fā)射電流強度及發(fā)射電子的均勻性遠遠高于現(xiàn)有的陰極性能指標。 張躍教授有關納米材料的研究成果獲教育部高等學校科學技術獎（自然科學獎）二等獎1項（2006-052），完成專著1部，另合作出版專著1部，發(fā)表論文80 余篇（其中SCI 40余篇、EI 近20 篇），重要成果發(fā)表在Appl. Phys. Lett.、Carbon、Advan. Funct. Mater.、 J. Physical Chemistry C、Chemical Physics Letters、J. Phys.: Condens. Matter、J. Physics D: Applied Physics、J. Nanosci. Nanotech.等國際知名期刊上，申報12項發(fā)明專利（已授權5項）。發(fā)表研究論文中的4 篇代表性論文，已被引用300余次，單篇他引超過130次。

成果介紹以國家需求為導向，通過醫(yī)工結合，系統(tǒng)研究了多種重要納米材料的毒理學效應與機制、構建了納米生物安全性評價與研究的新方法。技術創(chuàng)新點及參數(shù)1、傳統(tǒng)毒理學評價程序基本適用于對納米材料的毒理學評價，但必須在材料制備、分散、表征、尺寸、結構、修飾、暴露方式等方面予以約定；2、率先構建了基于秀麗線蟲、用于納米材料急性、慢性、神經、生殖毒性等毒理學評價與研究替代模型；3、基于納米材料的修飾改性及與生物界面相互作用原理，原創(chuàng)性設計了基于氮摻雜碳納米管、過氧化物酶及其底物識別的高靈敏度納米生物傳感器。市場前景建立納米生物安全性評價體系實施條件1、酶、熒光小分子和量子點標記的新型納米生物探針；2、了環(huán)境污染健康效應生物標志檢測信號放大新原理新方法；3、基于石墨烯的多種蛋白質和DNA損傷檢測傳感器，并用于環(huán)境污染致DNA損傷的快速檢測。

考慮到血液循環(huán)中的表達PD-1的T細胞（PD-1+T細胞）可以靶向結合aPD-1抗體，然后通過趨化因子的作用主動向炎癥或者腫瘤部位聚集，他們設計了一種新的納米藥物遞送策略（如上圖），不僅可以利用納米載體遞送aPD-1抗體用于免疫檢查點的阻斷，而且還可以利用T細胞來遞送NF-κB信號通路抑制劑用于抗腫瘤T淋巴細胞的募集。由于納米載體pH的敏感性，腫瘤浸潤的PD-1+ T細胞結合的納米藥物在酸性的腫瘤微環(huán)境中釋放，留下aPD-1封閉抗腫瘤T細胞上的PD-1/PD-L1免疫檢查點，新產生的負載NF-κB信號通路抑制劑的納米藥物被腫瘤細胞和腫瘤相關巨噬細胞攝取，從而抑制腫瘤細胞和腫瘤相關巨噬細胞的NF-κB信號通路，進一步增加抗腫瘤T淋巴細胞的募集，這些募集來的T細胞又可以再次作為納米藥物輸送的工具輸送納米藥物，這種良性的藥物遞送循環(huán)可以顯著提升腫瘤內藥物的聚集，改善腫瘤中T細胞的浸潤，協(xié)同提升腫瘤免疫治療的效果，為一些不響應免疫檢查點治療的腫瘤提供了一個新的方向。

開發(fā)了多種結構的納米復合催化材料，用于高性能的電解水制氫電極材料。

在應變的InAs/GaInSb量子阱中，量子阱中的應力使其能帶發(fā)生改變，從而使得體態(tài)雜化能隙得以增大，這直接導致了邊緣態(tài)電子費米速度的增加，因而螺旋邊緣態(tài)中的相互作用效應變弱。實驗上測量得到的邊緣態(tài)電導以及其對外加磁場的響應清楚地表明該系統(tǒng)中的量子自旋霍爾態(tài)是一種Z2拓撲絕緣體，其性質受到時間反演對稱性的保護。而且，InAs/GaInSb量子阱中螺旋邊緣態(tài)的相干長度最長可達10微米以上，遠大于之前所有有關量子自旋霍爾態(tài)研究工作中報道的數(shù)值。另外，螺旋邊緣態(tài)的相干長度還可以被柵極調節(jié)，這顯示了邊緣態(tài)電導與邊緣態(tài)電子費米速度，也即邊緣態(tài)相互作用強度密切相關。

開展巖石裂紋擴展與連接機理的研究，對于預測巖 石（體）工程的失穩(wěn)破壞以及提高油氣產量與效率具有重要的理論意義和應用價 值。主要取得的科學發(fā)現(xiàn)點如下：（1） 在試驗研究方面，研發(fā)了適用于裂隙巖石的高精度數(shù)字量測技術，發(fā) 現(xiàn)了非連續(xù)巖石材料中的裂紋擴展與連接規(guī)律，建立了非連續(xù)巖石材料應力跌落 與裂紋演化規(guī)律之間的聯(lián)系，揭示了巖石材料中的裂紋演化規(guī)律，為理論和數(shù)值 研究裂紋演化規(guī)律提供了技術支撐。（2） 在理論研究方面，利用內變量熱力學理論和偽力法，揭示了裂隙巖體 的損傷局部化機理，建立了巖石（體）損傷局部化分叉模型；基于斷裂力學原理, 提出了巖石（體）的非線性強度準則，為開展復雜應力狀態(tài)下裂紋演化過程的數(shù) 值模擬奠定了理論基礎。（3） 在數(shù)值方法方面，提出了連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值模擬方法，編制了廣義粒子 動力學多線程高效并行計算程序，成功實現(xiàn)了二維和三維裂紋演化過程的數(shù)值模 擬，揭示了復雜應力狀態(tài)下裂紋演化的細觀機理，為巖體工程穩(wěn)定性分析提供了 計算平臺。(4) 在工程應用方面，實現(xiàn)了錦屏I級水電站深埋地下洞室非連續(xù)圍巖損 傷破壞過程的數(shù)值模擬，結合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，闡釋了地下洞室非連續(xù)圍巖的破裂 發(fā)展規(guī)律，揭示了深埋地下洞室圍巖的損傷失穩(wěn)機制。

（2018年度高等學校科學研究優(yōu)秀成果獎（自然科學獎）一等獎） 成果簡介：巖石（體）是一種復雜的天然介質，在漫長的地質構造作用過程中，內部孕 育了各種規(guī)模和尺度的缺陷（如節(jié)理、裂隙和斷層等），這些缺陷的空間位置與 分布規(guī)律顯著影響其力學響應，進而對斷續(xù)裂隙巖體工程的穩(wěn)定與安全產生重要 影響。另一方面，在頁巖氣與煤層氣等開采過程中，往往需要人為制造裂縫網(wǎng)絡 來實現(xiàn)壓裂增滲增產。因此，開展巖石裂紋擴展與連接機理的研究，對于預測巖 石（體）工程的失穩(wěn)破壞以及提高油氣產量與效率具有重要的理論意義和應用價 值。主要取得的科學發(fā)現(xiàn)點如下： （1） 在試驗研究方面，研發(fā)了適用于裂隙巖石的高精度數(shù)字量測技術，發(fā) 現(xiàn)了非連續(xù)巖石材料中的裂紋擴展與連接規(guī)律，建立了非連續(xù)巖石材料應力跌落 與裂紋演化規(guī)律之間的聯(lián)系，揭示了巖石材料中的裂紋演化規(guī)律，為理論和數(shù)值 研究裂紋演化規(guī)律提供了技術支撐。 （2） 在理論研究方面，利用內變量熱力學理論和偽力法，揭示了裂隙巖體 的損傷局部化機理，建立了巖石（體）損傷局部化分叉模型；基于斷裂力學原理, 提出了巖石（體）的非線性強度準則，為開展復雜應力狀態(tài)下裂紋演化過程的數(shù) 值模擬奠定了理論基礎。 （3） 在數(shù)值方法方面，提出了連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值模擬方法，編制了廣義粒子 動力學多線程高效并行計算程序，成功實現(xiàn)了二維和三維裂紋演化過程的數(shù)值模 擬，揭示了復雜應力狀態(tài)下裂紋演化的細觀機理，為巖體工程穩(wěn)定性分析提供了 計算平臺。 (4)    在工程應用方面，實現(xiàn)了錦屏I級水電站深埋地下洞室非連續(xù)圍巖損 傷破壞過程的數(shù)值模擬，結合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，闡釋了地下洞室非連續(xù)圍巖的破裂 發(fā)展規(guī)律，揭示了深埋地下洞室圍巖的損傷失穩(wěn)機制。

石墨烯增強金屬基復合材料制備及性能研究

在海洋環(huán)境、酸雨污染、高溫高濕等的環(huán)境條件下，紫銅、黃銅及其合金的加工器件在中間工序存放和使用過程中會造成點蝕，進而擴展為大面積腐蝕，而作為連接部件會加劇縫隙腐蝕引發(fā)應力腐蝕斷裂。該項目成功研制了耐腐蝕耐磨防腐蝕環(huán)保涂料，大大延長銅類尤其是紫銅的自然存放期，對銅器件生產和運輸過程中起到了很好的保護作用；由于耐蝕性優(yōu)異，也可作為長期防護涂層。該技術獲得的涂層在厚度為5μ條件下測試相關主要技術指標如下：   外觀    無色透明   可保留銅的金屬光澤；可調整任意顏色   粘度    25秒      《涂料粘度測定法》（涂-4杯）（GB/T 1723-1993）    附著力  0級      《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》（GB/T9286-1998）    耐鹽霧   200h       《色漆和清漆耐中性鹽霧的測定》（GB/T1771-1991）   耐沖擊  50Kg·cm   《漆膜耐沖擊測定法》GB/T1732-1993   耐磨擦  0.005千克 《漆膜耐磨性測定法》（GB/T1768-1989）   硬度    4H        《涂膜硬度鉛筆測定法》（GB/T6739-1996）   相容性  與彈藥相容 《真空安定性試驗-壓力傳感器法》（GJB772A-97 501.2） 該技術適合噴涂、刷涂、輥涂等工藝，不含任何有害稀釋劑，為環(huán)保產品。該產品用量少、性能和使用工藝優(yōu)于防銹油；其另一特色在于必要時很容易去除，比防銹油的去除要容易的多。