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北京交通大學（前沿）高速鐵路設備設施服役狀態智能感知與態勢分析研究項目競爭性磋商

金屬鎂可以用于二次電池的負極材料，具有資源豐富、環境友好、理論體積容量高、鎂沉積/溶解過程不易形成枝晶等優點，在大規模儲能體系中具有很大的應用潛力。然而，由于二價鎂離子的電荷半徑比大、極化率高，導致其與常規儲鎂正極材料中的晶格陰離子之間發生強的靜電相互作用，阻礙Mg2+離子在正極活性材料中的嵌入和擴散動力學，導致充放電速度緩慢。因此，鎂二次電池非常欠缺高性能的正極材料，嚴重阻礙了該領域的研究發展與應用。 近日，南京大學化學化工學院、介觀化學教育部重點實驗室、江蘇省先進有機材料重點實驗室金鐘教授帶領的“清潔能源材料與器件機制”研究團隊研發了基于一種特殊的置換反應機制、非化學計量比的立方相硒化銅，用于高倍率的鎂二次電池正極材料。以該硒化銅為正極、金屬鎂為負極組裝的鎂電池能夠在100 mA g-1下表現出222 mAh g-1的最大放電比容量，在1000 mA g-1大電流密度下放電比容量仍可達155 mAh g-1，此外，在1000 mA g-1大電流密度下，電池循環500次之后，容量保持率約為84.3%。 該團隊通過簡單的一步溶劑熱法合成了一種高結晶度的非化學計量比的立方相Cu2-xSe納米片（圖1）。以Cu2-xSe為正極組裝鎂電池在100 mA g-1下循環25次后，放電比容量達到最大222 mAh g-1，在300、500和1000 mA g-1下，放電比容量分別可保持為182、166和155 mAh g-1，表現出優異的倍率性能（圖2）。此外，該工作從正極和負極兩方面對電池經歷較長的活化過程給予了一定的解釋（圖2f）。具體而言，隨著Mg2+的嵌入和脫出，Cu2-xSe電極材料的尺寸會逐漸減小，而適當減小活性材料的尺寸可以有效地縮短Mg2+的擴散路徑，便于活性材料與電解液充分接觸，從而使容量增加。對于Mg負極來說，電解液中具有腐蝕性的氯離子會腐蝕Mg負極表面的氧化物等鈍化層，從而使Mg負極表面暴露出更多具有活性的金屬鎂表面，從而利于容量的提升和穩定。最后，通過非原位表征技術（包括XRD、XPS、TEM和EDX等）對不同充/放電狀態的電極片進行詳細表征，實驗結果表明非計量比Cu2-xSe正極材料的儲鎂機制為一種特殊的鎂/銅離子置換反應。該研究為基于可逆離子置換反應機制的新型高性能多價離子電池電極材料的設計提供了新的思路。

本發明屬于無機／有機納米復合材料技術領域，具體涉及一種納米 SiO2／硼酚醛樹 脂納米復合材料及其制備方法。本發明采用了溶液共混法和超聲波輔助分散法相結合， 確保納米顆粒在復合材料中得到納米級分散；納米 SiO2表面經過處理，使納米 SiO2與基 體樹脂硼酚醛樹脂之間形成了良好的界面，可以充分發揮出納米 SiO2、硼酚醛樹脂的優 點。本發明的目的在于通過合理的工藝控制，制備出納米 SiO2含量不同的硼酚醛樹脂納 米復合材料。利用納米 SiO2的剛性、耐磨性、熱化學穩定性和硼改性酚醛樹脂的良好的 力學性能、耐熱性和耐燒蝕性等優點，制備出的納米 SiO2／硼酚醛樹脂納米復合材料可 廣泛用于高溫制動摩擦材料、耐燒蝕材料、特種結構材料、防熱材料等眾多領域。 

（1）能夠實現在復雜的管道內的行走和檢測，且對管道表面要求較低，能夠實現自適應運動模式。 （2）能夠適應一定尺寸范圍內的管道測量，同時可以在惡劣的管道情況下進行繞管道一圈穩定行走。 （3）在一定情況下可以完成水下的檢測作業。 （4）能夠實現在線準確測量管壁厚度、裂縫深度及范圍及其他管壁質量缺陷，可以實現離線保存功能。 （5）能夠解決目前管道等特殊環境下普通測厚方法無法進行厚度測量及管壁質量預測的問題； （6）采用永磁技術，能夠實現無源測量，可避免因為電源失電而導致測量失誤的問題。

成果描述：項目于2012年國家立項（教育部）作為創新創業計劃，并資助十萬元；同年七月榮獲大學生科技“挑戰杯”四川省大學生創業計劃競賽一等獎；十一月國家科技部組織在上海參加“首屆中國創新創業大賽 獲得全國百強 ”獎；年底國家知識產權局授予四項專利權。 該項目是四川大學自主開發的具有國際先進水平和我國自主知識產權的環保型高科技節能產品。“超輕質復合材料CNG氣瓶技術”研制團隊的部分成員是唯一參加建設、生產過幾年輕質復合材料CNG氣瓶的團隊；該項目是針對目前為減少城市污染而大力發展的壓縮天然氣汽車研制的一種高科技配套關鍵產品-氣瓶，屬于高性能復合材料產品。這類氣瓶是融各類內襯的密封性和復合材料的可設計性，高強度，輕重量的特點為一體,大幅度減輕了氣瓶重量,又保證承壓能力以及使用期間的疲勞壽命；國際上只有少數工業發達國家才具有研究開發生產能力。 全塑料復合材料氣瓶已經過廣泛的設計、試驗和現場的使用試驗結果也已證實；這種容器設計可以在汽車運行的環境和條件下安全地工作。全塑料復合材料氣瓶是安全的，耐疲勞的，其重量輕和價格之間是相匹配的；目前，這類氣瓶己得到世界上廣泛的承認和接受，在許多領域內市場正在迅速增加，特別是在各類公共汽車上的應用，分外受到人們的重視和歡迎。這類超輕質復合材料氣瓶不僅用于燃氣汽車的燃料容器，而且還廣泛用于消防，醫院以及宇航，井下作業人員的呼吸器，今后將逐步全面替代原有的鋼質氣瓶和復合二代瓶，市場需求量很大，前景廣闊。產品具有極高的經濟效益和社會效益，是我國未來最具商業價值的項目，也是國際上正在研究和發展的一類重要高技術產品。 項目采用高密度塑料作內膽，并用計算機控制實現自動化生產；配有調整氣瓶成型軌跡和控制機械性能的全套計算機輔助設計軟件，可生產多種規格與品種的產品；生產效率高，產品質量穩定，技術成熟可靠；該技術是一個綜合應用專利技術和專項技術，建成后的裝備及生產技術達到或超過國際先進水平。發展燃氣汽車的關鍵設備就是裝天然氣的氣瓶；氣瓶的質量直接關系到燃氣汽車運行的安全與成本高低。 目前，國內尚無企業涉足，市場無此類超輕質復合材料CNG氣瓶銷售；而國外這類輕質復合材料CNG氣瓶賣價（1～2）萬元/只，價格非常昂貴。國內投資一條生產線僅需2400萬元專用和輔助設備，廠房3000㎡，產值2.5～4 億元，利稅2～2.6億元。超輕質復合材料CNG氣瓶（CNG4)樣品在四川大學產業科研院里展出，歡迎參觀咨詢；市場前景分析：該產品用于儲存天然氣、煤氣、石油液化氣、氧氣、氫氣等各種氣體的儲存；廣泛用汽車工業、船、潛水、消防、醫藥、民用、國防、航空、航天等領域，還可出口國外；主要用于汽車工業集團為新生產汽車配備原裝氣瓶及城市原有公共汽車和出租汽車的氣瓶改裝。 超輕質復合材料CNG氣瓶的性能指標居國際同類產品先進水平，采用高強度高模量纖維；生產成本低，與國外氣瓶相比有很強的性能價格比優勢，產品的競爭優勢明顯；產品具有極高的經濟效益和社會效益，是我國未來最具商業價值的項目，也是國際上正在研究和發展的一類重要高技術產品。 國際上只有少數發達國家才具有研究開發生產的能力。這類輕質復合材料氣瓶不僅用于燃氣汽車的燃料儲存，而且還廣泛用于消防、潛水、醫療、宇航、以及井下作業人員的呼吸器等等，市場應用前景十分廣闊。 近年來，隨著超輕質復合材料氣瓶材料的成本降低，使得超輕質復合材料CNG氣瓶在國內外備受青睞，尤其在轎車、大巴和公交車上的應用極具競爭力。 2014年11月我們調研了全國主要汽車制造集團總部，并與他們交流進行市場合作；如鄭州宇通集團、第二汽車制造集團、中國重型汽車制造集團、四川客車集團、成都蜀都客車等公司，并與他們進行了交流；通過交流進行市場合作，我們將根據他們生產的汽車空間來設計氣瓶的容量和尺寸大小，我們再按這些汽車制造廠的要求進行設計、生產，滿足用戶的要求；他們都表示產品出來后將優先選用這類氣瓶； 我們看到和了解到鄭州宇通客車一輛大巴要安裝十一個鋼瓶，中國重型卡車一輛要安裝十二個鋼瓶，蜀都客車要安裝六個以上二代或鋼瓶，二汽集團的50萬輛轎車和與重慶長安公司合作生產的50萬輛面包車也都要安裝CNG氣瓶；了解到各種類汽車都是安裝的鋼瓶或復合二代瓶；船用的氣瓶也是安裝的鋼瓶或復合二代氣瓶。 通過全國主要汽車制造集團總部的調查和國家有關統計部門的資料介紹，國內每年需求氣瓶量超過三百萬支以上；根據國家“一帶一路”發展戰略，國外沿線六十多個國家的市場需求量將是很大的；可見國內、外市場需求量十分巨大，前景廣闊。與同類成果相比的優勢分析：超輕質復合材料CNG氣瓶與鋼制氣瓶相比，超輕質復合材料CNG氣瓶具有比強度高、重量輕（是鋼瓶的1/5）、安全減震性好等優點，這類氣瓶綜合了復合材料的高比強度、可設計性以及內襯的良好氣密性、優良的耐蝕性等諸多優點，使其達到高承壓能力、高疲勞壽命、質輕、耐腐等優良性能的完美結合。超輕質復合材料CNG氣瓶具有耐高壓（25MPa），容積大（50L～400L），重量輕（同容積和同壓力下，S玻纖氣瓶為鋼瓶重量的60%，碳纖氣瓶為鋼瓶重量的35%,高分子材料纖維氣瓶為鋼瓶重量的1/5），可有效減少動力損失；耐腐蝕性能好，因氣瓶采用塑料內膽，天然氣中的硫化氫氣體和水分對內膽無腐蝕；安全性能高，因內膽無腐蝕，從根本上消除了氣瓶爆炸誘因（硫化氫應力腐蝕）；疲勞壽命長，產品經過循環15000次無泄漏，且玻璃鋼耐侯性能比鋼強，產品設計使用壽命為15年；可設計性強，可根據不同車型生產出不同規格，材質的氣瓶，滿足不同用戶的需要；抗凍及耐瞬時高溫燒蝕；防爆性能好，使用安全可靠，危險性小等特點。 該CNG氣瓶比強度高，可提高汽車的有效載荷，增加行駛里程。僅這一點就非傳統材料的氣瓶所能及。 破損安全性好，超輕質復合材料CNG氣瓶中有大量的玻璃纖維，每平方厘米上的玻纖多至幾萬根。從力學觀點上看，是典型的靜不定系。當超輕質復合材料CNG氣瓶萬一超載并且少量纖維斷裂時，其載荷會迅速重新分配在未破壞的纖維上，這在短期乃至相當一段時間內不致使構件喪失承載能力。如槍擊試驗，在距氣瓶50m 處，分別以7.62mm、12.7mm高射機槍、53式沖鋒槍、1.7mm穿甲燃燒彈、30m全爆彈對充滿高壓氣體的復合材料CNG氣瓶進行實彈射擊。實彈射擊時，容器被擊中后，瞬間起火，片刻自熄。高壓氣體從彈孔噴出，引起氣瓶彈跳、竄動，甚至飛出幾十米外。但子彈孔無擴孔現象，僅比子彈略大，無碎片。復合材料CNG氣瓶本身對周圍的破壞力僅是瓶體的撞擊力，這可通過以合適夾具固定氣瓶予以避免。不言而喻，鋼氣瓶爆破殺傷力就大得多了。 減振性好，超輕質復合材料CNG氣瓶中的纖維與基體界面具有吸振能力，故震動阻尼甚高，抗聲振疲勞性亦佳。對超輕質復合材料CNG氣瓶進行常溫爆破、高低溫爆破、溫度交變試驗、疲勞試驗、荷載振動試驗、荷載墜落、濕強度試驗、長期充氣儲存試驗，試驗結果與氣瓶多年在不同環境下使用的情況是令人滿意的。

南開大學劉陽研究員與天津醫科大學康春生教授合作在國際知名學術期刊NanoLetters（DOI:10.1021/acs.nanolett.8b03644）上發表文章，提出了一種新型的納米復合材料（NC-KLVFF），可有效清除Aβ毒性寡聚體，并減輕Aβ誘導的AD小鼠的神經毒性。該納米復合材料為表面集成有Aβ捕捉肽（KLVFF）的小粒徑納米顆粒（圖2b，14±4nm）。這種納米復合材料將KLVFF通過原位聚合交聯在血清蛋白質分子表面（圖2a），與Aβ共培養可顯著改變Aβ寡聚體的形貌，進而形成Aβ/NC-KLVFF納米團簇而不是Aβ寡聚體。隨著病理性Aβ寡聚體的減少，納米復合材料減輕了Aβ誘導的神經元損傷，并恢復了腦內小膠質細胞吞噬Aβ的能力，最終保護了海馬神經元免受凋亡。研究人員考察了NC-KLVFF在減輕神經毒性和促進小膠質細胞清除方面的作用。實驗結果表明NC-KLVFF通過與Aβ作用形成納米團簇體，顯著減輕了Aβ對神經元細胞膜的黏附，進而減小了對神經元的損傷（圖3a,b）。在小膠質細胞對Aβ的吞噬實驗中，也觀察到Aβ/NC-KLVFF納米團簇體展現出更易被內在化的特點（圖3c,e）。

（專利號：ZL 201410286150.3） 簡介：本發明公開了一種超級電容器用微孔炭/石墨烯復合電極材料的制備方法，屬于炭材料制備技術領域。該方法是以煤瀝青和氧化石墨為碳源，以氫氧化鉀為活化劑，將煤瀝青和氧化石墨濕法混合，干燥后再與氫氧化鉀干法混合，將得到的混合物置于管式爐內，在氮氣氣氛下進行加熱，制得超級電容器用微孔炭/石墨烯復合電極材料。本發明采用氫氧化鉀同時活化煤瀝青和氧化石墨制備超級電容器用微孔炭/石墨烯復合電極材料的方法，具有制備工藝簡單，生產成本低廉，所制備的微孔炭/石墨烯復合電極材料在超級電容器中具有高比容和高倍率性能等優點。

本發明公開了一種基于離散元的單向增強復合材料代表性體元的生成方法，屬于復合材料仿真以及數值模擬技術領域。該方法包括以下步驟：給定ＲＶＥ的幾何尺寸、纖維體積分數和纖維半徑，其中纖維橫截面為圓形，生成過程中將纖維視為基本的離散元，ＲＶＥ剩余部分視為基體，即可生成滿足參數的代表性體元；生成纖維的過程是隨機的，生成的纖維在空間上是周期性分布的，即纖維在代表性體元的上邊界和下邊界、左邊界和右邊界的分布規律完全一致，所生成的代表性體元不依賴纖維的預先分布和排列，能夠得到纖維體積分數很大的代表性體元。

量子材料科學中心韓偉課題組在二維磁性體系中展開工作并取得了重要進展，觀測到了二維反鐵磁體系中磁振子的長距離輸運。MnPS3晶體是一種層狀反鐵磁材料，利用機械剝離手段得到了二維的MnPS3薄片。MnPS3薄片上制備了用于測量磁振子輸運的非局域器件，器件結構如圖A所示。器件左側Pt電極通過熱方法來注入磁振子，右側Pt電極探測在二維MnPS3中擴散傳輸的磁振子。在二維反鐵磁MnPS3中，實驗上觀測到了幾微米的磁振子擴散長度。并且從圖B中可以看出，隨著注入端和探測端距離的增加，探測到的非局域信號表現出e指數衰減的形式，跟一維漂移擴散模型的理論模型一致。在此基礎上，他們還系統研究了MnPS3厚度對磁振子弛豫性質的影響。隨著MnPS3厚度從40nm降低至8nm，磁振子弛豫長度由4μm減小到1μm（圖C），這可能是由較薄的MnPS3中較強的表面雜質散射效應導致的。 二維材料中的磁振子輸運實現為二維磁性材料在磁振子電子學的應用與發展奠定了基礎，也有望推動磁振子在量子尺度下的新穎量子物理性質研究。圖：二維反鐵磁體系中磁振子輸運研究。（A）二維反鐵磁MnPS3中的磁振子輸運測量結構示意圖。（B）自旋信號R_NL^*隨電極間距的依賴關系，與理論預言的e指數衰減吻合。（C）磁振子弛豫長度隨MnPS3厚度的依賴關系。

通過超微細無機阻燃粒子的表面復合改性，成功解決了無機粒子在聚合物基體中的均勻分散難題，實現了超微細粒子阻燃聚合物復合材料的高性能，從而研制出了兼具高強、阻燃性能的玻璃纖維復合材料。以這種高性能材料為依托，研發團隊先后研發了新型玻璃纖維復合材料自鎖式電纜槽、自帶安裝孔結構的片狀膜塑料電纜槽、整體轉彎電纜槽和道床片狀膜塑料獨立式應急疏散平臺等系列產品，并廣泛應用于四川、重慶、貴州等多條軌道交通線路，其中多種產品是首次在軌道交通領域使用。目前該項目成果已獲得4項發明專利、11項實用新型專利、6項外觀專利。