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發現高性能AgBiSe2基熱電材料
熱電效應（Thermoelectric Effects）提供了一種在熱能和電能之間直接轉化的手段，在現今世界能源和環境問題的背景下，熱電效應作為一種清潔有效的能源轉化方式而受到廣泛關注。相比于傳統的熱電材料，I?V?VI2 (I=Ag; V=Sb, Bi; and VI=S, Se, Te)型半導體由于本征的極低晶格熱導率而成為具有良好潛力的熱電材料體系。盡管AgSbTe2是其中最為廣泛研究的材料，但是由于其制備需要大量豐度較低的元素碲（Tellurium），且熱穩定性較差，因而人們希望用更加廉價和穩定的AgBiSe2來代替。之前對于AgBiSe2的研究，主要集中在通過對其進行元素摻雜優化載流子濃度這一方面，而本文指出通過將AgBiSe2與AgBiS2復合，使用球磨的方法使兩相完全固溶，可以更進一步降低材料的晶格熱導率。結果顯示，材料的熱導率在773K溫度下，從原本的~0.5 W/mK降低到了0.33 W/mK，成為這個體系到目前為止報道的最低的熱導率。結合電性能用銦摻雜改性，最終，該材料在773K時的最高ZT值到達了0.9，與該體系之前取得的最高ZT相近，是本征AgBiSe2的2.5倍左右(如圖所示)。這種運用球磨實現多相固溶以降低晶格熱導率的方法，也為其他體系熱電材料的相關研究指出了一個值得嘗試的方向。
南方科技大學
2021-04-13
剛性Mg基新型室溫熱電材料方面
該研究詳細闡述了由于實空間中Mg-Mg化學鍵構成的電子輸運通道遠離陰離子位置，使Mg3Sb2-yBiy材料體系中合金化原子散射聲子降低晶格熱導率的同時對電子散射較弱，有利于實現電熱輸運的解耦與分別調控（如圖1）。最終，研究成功實現Mg3Sb2-yBiy材料體系室溫功率因子的進一步提升，并在Mg3+δSb1.0Bi1.0:Mn0.01材料中實現室溫下
南方科技大學
2021-04-14
木質素基優質碳纖維材料
本項目以生物質廢棄物作為原材料代替傳統的高成本碳纖維生產方法有利于將農業與工業生產結合于生物經濟中，制造可再生產品符合綠色經濟發展戰略。
一、項目分類
關鍵核心技術突破
二、成果簡介
高質量的碳纖維以其高強度、低重量及耐熱性等卓越性能可作為自行車、汽車、風車以及運動器械等諸多領域的優質材料。以生物質廢棄物作為原材料代替傳統的高成本碳纖維生產方法有利于將農業與工業生產結合于生物經濟中，制造可再生產品符合綠色經濟發展戰略。木質素是世界上最豐富的生物聚合物之一，但其分子結構復雜且具有異質性，且作為造紙及紙漿工業的廢棄物無法得到合理利用。
華中科技大學
2022-07-27
硅基新一代鋰電負極材料制備
項目成果/簡介:目前鋰離子電池的能量密度已經越來越不能滿足其在電動汽車、智能手機和大規模儲能方面的應用。鋰離子電池的能量密度低主要是因為所采用的正負極材料的比容量較低，尤其是負極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業化前景的負極材料為硅基負極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據招商證券預計，硅基負極材料在 2020 年的市場使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業化應用，較大的體積變化導致極片碎裂以及電解液在材料表面持續分解，從而造成其循環性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導體，其導電性較差，從而導致硅基負極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負極材料這兩大缺點是普及硅基材料在鋰離子電池應用的關鍵。 陳永勝教授課題組結合在納米技術和石墨烯材料領域的專長，經過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業化的工藝技術制備了石墨烯包覆的硅基負極材料，主要技術創新點包括：1）采用獨特的、具有自主知識產權的納米技術將大粒徑的硅粉進行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負極材料循環性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發揮了石墨烯導電導熱性能好、機械性能優異、電化學性能穩定等特點，改善了材料的鋰離子擴散性能和電子導電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結構的整體穩定性，極大地提升了循環特性。效益分析:陳永勝教授課題組發明的石墨烯包覆硅基負極材料，從制備過程上講，具有工藝簡單、成本低廉、易工業化的特點；從性能上講，具有比容量高、穩定性好、壓實密度大等優點，與高比容量正極組成的鋰離子電池的能量密度是當前商業化鋰離子電池能量密度的數倍以上。
南開大學
2021-04-11
亞微米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料
本項目采用元素粉末法制備高性能的亞微米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料，突破了亞微米顆粒在基體中的分散和鋁基復合材料的二次加工困難瓶頸難題，制備的亞微米陶瓷顆粒增強金屬基復合材料具有高的比強度、比剛度、熱穩定性，較低的熱膨脹系數，優良的導熱、耐磨、耐腐蝕性等特點，機加工表面光潔度高。亞微米陶瓷顆粒增強金屬基復合材料的成功制備，在金屬基復合材料實際應用方面取得了突破性的進展。 亞微米陶瓷顆粒增強金屬基復合材料是一種極具潛力的工程材料，其在航空航天領域、汽車裝甲、電子封裝、高輕化自行車等方面取得了大量應用。其中以碳化硼為增強體的B4C/Al復合材料耐磨性很高，在制造噴砂嘴、電觸點、摩擦和耐摩擦材料時得到了廣泛的應用，并且在機器和設備端部密封件上，碳化硼為基體的B4C/Al復合材料也有出色表現。此外，碳化硼具有良好的耐酸堿腐蝕性能，在有氣體腐蝕條件下工作時，效果極佳，用亞微米B4C制備的B4C/Al復合材料制備的噴砂嘴和噴丸機噴嘴在標準條件下顯示出的高強度，為鎢硬質合金強度的5～11倍。先后設計和開發了高尺寸穩定性高導熱易加工電子封裝復合材料制品，如印刷電路板板芯、軍用功率混合電路、微波管的載體、多芯片組件等。亞微米SiC顆粒增強鋁基復合材料具有高耐磨性、良好的耐高溫性和抗咬合性能等特點，在高速列車剎車盤，制動盤、發動機活塞和齒輪箱等以及現已用于越野自行車上的車鏈齒輪具有廣闊的應用前景。從前瞻性、戰略性、經濟性和基礎性這幾個角度來考慮，亞微米陶瓷顆粒增強金屬基復合材料制備技術的發展符合具有高性能價格比，有待迅速實現產業化的要求趨勢。本項目圍繞航空航天用大尺寸關鍵承力結構件、光機結構件與精密儀表零件、電子封裝器件、核能領域屏蔽材料等應用背景，部分研究成果已達到了國際先進水平。先后設計和開發了高尺寸穩定性高導熱易加工電子封裝復合材料制品；制備的亞微米碳化硼增強鋁基復合材料被應用于制造核廢料處理容器；應用于高速列車剎車盤，制動盤、發動機活塞和齒輪箱等。
東北大學
2021-04-11
硅基新一代鋰電負極材料制備
目前鋰離子電池的能量密度已經越來越不能滿足其在電動汽車、智能手機和大規模儲能方面的應用。鋰離子電池的能量密度低主要是因為所采用的正負極材料的比容量較低，尤其是負極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業化前景的負極材料為硅基負極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據招商證券預計，硅基負極材料在 2020 年的市場使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業化應用，較大的體積變化導致極片碎裂以及電解液在材料表面持續分解，從而造成其循環性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導體，其導電性較差，從而導致硅基負極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負極材料這兩大缺點是普及硅基材料在鋰離子電池應用的關鍵。 陳永勝教授課題組結合在納米技術和石墨烯材料領域的專長，經過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業化的工藝技術制備了石墨烯包覆的硅基負極材料，主要技術創新點包括：1）采用獨特的、具有自主知識產權的納米技術將大粒徑的硅粉進行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負極材料循環性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發揮了石墨烯導電導熱性能好、機械性能優異、電化學性能穩定等特點，改善了材料的鋰離子擴散性能和電子導電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結構的整體穩定性，極大地提升了循環特性。
南開大學
2021-02-01
超高韌性水泥基復合材料工程應用
超高韌性混凝土（UHTCC） 硬化后具有顯著的應變硬化特征，在拉伸荷載作用下可產生多條細密裂縫，極限裂縫寬度小于0.1mm，極限拉應變可穩定地達到3％以上。該材料的極限拉應變是混凝土拉應變 (0.01%)的300倍以上，鋼筋屈服應變 (0.15%) 的20倍以上。采用UHTCC永久性模板-結構一體化設計方法，在模板設計過程中，使用模板的連接件和面板來分散混凝土主體結構上的裂縫，借助UHTCC材料的裂縫無害化分散能力將混凝土結構可能產生的裂縫分散成寬度小于0.1mm的無害裂縫，通過這樣的方法可以有效控制大體積混凝土表面的裂縫，從而提升其耐久性
浙江大學
2021-04-10
微納復合結構富鋰錳基正極材料
"近年來，鋰離子電池在智能電網、航空航天和軍事儲能等高能耗新能源領域的應用不斷擴展，現有商用正極材料體系（包括層狀結構的鎳鈷錳酸鋰、尖晶石結構的錳酸鋰和橄欖石結構的磷酸鐵鋰）的實際比容量已經接近各自的理論極限值，無法滿足日益增長的能量密度需求。富鋰錳基正極材料不僅具有高的比容量（250 mA h/g）和能量密度（1000 Wh/kg），而且其較低的鈷和鎳含量能夠有效降低電池的成本。 本項目主要通過構筑缺陷來增強富鋰錳基正極材料的電化學性能，實現高的首圈庫倫效率、倍率性能和循環穩定性，提升富鋰錳基正極材料整體性能，為其商業化應用打下基礎。 "
廈門大學
2021-04-10
高性能水泥基滲透結晶型防水材料
混凝土結構因其脆性大的弱點，在工程應用中往往不可避免產生開裂。混凝土結構 因開裂導致混凝土結構水密性下降、滲漏，影響工程的使用壽命，甚至無法正常使用。 目前，防水材料眾多，可分為柔性防水與剛性防水兩大類。從國外內多年的實踐證明， 傳統的柔性防水材料雖然具有柔性特點，耐久性也較好，但與基面混凝土粘結力弱，尤 其在基面潮濕或有滲水的情況下無法使用，不宜作背水面和潮濕基面的防水。剛性水泥 基防水材料具有柔性材料無法比擬的性能而廣泛應用。但目前普遍使用的水泥基防水材 料大部分屬表面密封防水劑，存在防水效果只作用在表面，不能自動、深入地滲透到結 構內部；防水效果不持久，隨著時間開始持續的退化過程；一旦防水涂層遭到破壞，防 水能力隨之喪失等弱點。從混凝土結構開裂原因、工程應用特點與防水特性分析認為， 開發出具有微細裂縫自愈合、滲透結晶、可在背水面施工等特點的永久性水泥基滲透結 晶型防水材料十分必要，而且應是無毒、無污染，符合可持續發展的產品。 本發明專利是一種水利、水電、橋梁、隧道、地下、建筑等工程中水泥、砂漿、混 凝土防水、防滲漏的高性能水泥基滲透結晶型防水涂層材料。 本發明是一種由活性化學物質、硅酸鹽水泥、石英砂等配制而成的粉狀防水材料， 是有機化學物質與無機化學物質的混合體，通過深入結晶過程對混凝土進行有效防水。 當本產品與水拌和后，形成具有一定觸變性、流態漿體，涂刷在潮濕的混凝土基層上， 活性成分滲透進混凝土內部，并反應生成不溶性的晶體。其活性化學物質與混凝土中未 水化的水泥顆粒發生水化反應，并促進水泥水化，形成水泥水化晶體，生成的大量晶體 填充、封堵混凝土的孔隙和毛細管，使水無法進入混凝土從而達到防水的目的。混凝土 干燥時，活性化學物質處于休眠狀態；有水滲入時，該物質繼續水化生成新的結晶自動 修補，從而達到永久防水作用。可廣泛用于水泥混凝土工程的防水、防滲漏、防潮。
同濟大學
2021-04-11
微納復合結構富鋰錳基正極材料
近年來，鋰離子電池在智能電網、航空航天和軍事儲能等高能耗新能源領域的應用不斷擴展，現有商用正極材料體系（包括層狀結構的鎳鈷錳酸鋰、尖晶石結構的錳酸鋰和橄欖石結構的磷酸鐵鋰）的實際比容量已經接近各自的理論極限值，無法滿足日益增長的能量密度需求。富鋰錳基正極材料不僅具有高的比容量（250 mA h/g）和能量密度（1000 Wh/kg），而且其較低的鈷和鎳含量能夠有效降低電池的成本。本項目主要通過構筑缺陷來增強富鋰錳基正極材料的電化學性能，實現高的首圈庫倫效率、倍率性
廈門大學
2021-01-12