新材料與新工藝

新材料與新工藝

航天熱防護材料為飛機“黑匣子”穿上“防護服”

中國航天科技集團公司所屬中國運載火箭技術研究院航天材料及工藝研究所研制的熱防護材料成功應用于某型飛機的“黑匣子”，并已實現批量生產，完成了首批400件產品的交付，為該型飛機維修和飛行試驗數據記錄保存提供了保障。

“黑匣子”即飛行參數記錄儀，是航空器事故調查的重要依據。為了提高安全系數，“黑匣子”通常安裝在飛機尾部最安全的部位。但在飛機發生事故時，“黑匣子”需在1100℃的火焰中經受30min的燒蝕，才能保證飛行數據的安全。因而，必須對“黑匣子”進行熱防護處理。

航天材料及工藝研究所通過絕熱方案設計和仿真分析，進行了涂層材料、納米超級隔熱材料、相變材料類型的選擇和厚度優化，使經過該熱防護材料處理的“黑匣子”在經歷60min 1100℃的高溫燒蝕后，其內嵌式芯片溫度仍低于260℃，性能指標超過用戶要求，達到國際先進水平。此外，該熱防護材料還具有輕質、高效等優點，無需像傳統“黑匣子”那樣通過增加金屬殼體厚度來滿足性能指標要求，使金屬殼體厚度由原來的12mm減薄至8mm，從而實現了“黑匣子”結構減重40%以上。

目前，航天材料及工藝研究所通過工藝優化，大幅縮短了相關產品的研制周期，具備了月產300件產品的批量生產能力。預計未來2年內，該研究所將完成2000件產品的交付工作。 (HT.1124)

可高度導電和儲能的粘土材料研制成功

美國德雷塞爾大學的研究人員開發出一種高度導電且能夠模壓成各種形狀和尺寸的粘土材料，未來或將在儲能電池和超級電容器等領域發揮重要的作用。

據介紹，該新型粘土材料基于一類名為MXene的材料制備而成。MXene是一類與石墨烯類似的二維材料，具有親水性、可塑性，以及比容量高（達900F/cm3）等特點。德雷賽爾大學的研究人員通過插層方法，在MXene的各個層之間插入了多種液態化學物質（如聚乙烯醇、聚二烯丙基二甲基氯化銨等），使其表面布滿了各種官能團，進而改變了其化學及物理性質。在表面羥基的作用下，MXene可與聚合物分子形成緊密耦合，可使其具有與金屬相當的導電率。

該新型粘土材料制備速度較快，較安全，具有廣闊的應用前景。此外，由于其具有親水性，除應用于鋰離子電池和超級電容器外，還可用于水處理系統，如水凈化或脫鹽膜等。當其卷成管狀時，力學性能也可進一步增強，亦可用于制造盔甲、航空部件等。 (科 技)

我國首臺航天3D打印機研制成功

中國航天科技集團公司上海航天技術研究院成功研制出我國首臺航天多激光金屬3D打印機。

這臺3D打印機形如一個銀灰色柜子，柜子左上側設置了一個小小的玻璃窗，右上側設置了電腦及鍵盤，制作人員在電腦上輸入需要打印的模型，放入粉末狀的打印材料，按下打印鍵，就可以從玻璃窗里看到，打印材料被一層層地送入打印區域，從底部向上打印，機器不斷循環“送粉—鋪粉—激光熔化”過程，粉末每鋪一層，激光束便會選擇熔化相應的零件截面圖形，然后以每層0.02mm的厚度逐層添加粉末，最終完成金屬激光熔化的生產過程。

據介紹，該3D打印機采用雙激光器，即長波的光纖激光器和短波的二氧化碳激光器，可打印長、寬、高不超過250mm的物品，每小時可打印8cm3，打印材料為不銹鋼、鈦合金、鎳基高溫合金等。這種雙激光金屬選區熔化3D打印機相關技術現已申請多項國家專利。

根據應用需求，該3D打印機已成功低成本地打印出了衛星星載設備的光學鏡片支架、核電檢測設備的精密復雜零件、飛機研制過程中用到的葉輪、汽車發動機中的異形齒輪等零件。

經過測試，這些3D打印的零件性能能夠滿足工程化應用要求。 (新 華)

室溫下陶瓷超導體首次研制成功

借助短波紅外激光脈沖照射釔鋇銅氧化物（YBCO），德國馬克斯普朗克物質結構與動力學研究所參與的一個國際研究小組首次成功制成了室溫下的陶瓷超導體，盡管其維持時間僅數百萬分之幾微秒。

據介紹，YBCO晶體由雙層氧化銅分子層與1層稍厚的鋇、銅、氧原子中間層交互疊加構成。在臨界溫度下，電子可以在雙層氧化銅分子層結合形成“庫珀對”，在不同的層之間穿越，顯示出超導性。2013年，研究小組發現，當使用紅外激光脈沖照射YBCO材料時，其會在室溫下短暫地顯示出超導性。而借助于美國斯坦福大學的直線加速器相干光源，研究人員研究并揭示了該現象的原理：激光脈沖會導致晶體晶格中的單個原子發生短暫變動，從而導致超導性的產生。

該項成果將有望幫助現有低溫超導材料實現在溫度高很多的條件下表現出超導性，因此具有廣闊的應用前景。 (W.XL)

我國科學家發現40K高溫超導材料

中國科技大學合肥微尺度物質科學國家實驗室的科學家在世界上首次利用水熱反應方法，發現了一種新的鐵基超導材料——鋰鐵氫氧鐵硒化合物（（Li0.8Fe0.2）OHFeSe），并與美國國家標準技術研究所等機構合作，結合X射線衍射、中子散射和核磁共振等3種技術手段，精確地確定了其結構。

測量表明，該化合物的超導轉變溫度高達40K以上，由鐵硒層和鋰鐵氫氧層交替堆垛而成，鐵硒層和鋰鐵氫氧層之間由極其微弱的氫鍵相連。研究人員還發現，其在低溫約8.5K時存在反鐵磁序，并與超導電性共存。

該化合物具有超導轉變溫度高、空氣中穩定等優點，為相關體系新超導體的研究提供了思路，也為探索鐵基高溫超導的內在物理機制提供了新的材料體系。(KX.1222)

石墨烯或可用于制作防彈材料

石墨烯作為一種具有巨大應用潛力的新興材料，現已成為世界科研領域的研究熱點之一。近期，美國馬薩諸塞大學的研究人員發現，石墨烯具有良好的抗沖擊性能，或可用于制作防彈材料。

馬薩諸塞大學的研究人員首次采用一種微小的二氧化硅球體來射擊單層石墨烯，利用電子顯微鏡拍攝二氧化硅球體撞擊石墨烯的瞬間，以檢驗其承受沖擊的能力。測試結果表明，石墨烯吸收撞擊能量的能力高于鋼材。當二氧化硅球體撞擊厚度為10～100層的石墨烯時，石墨烯層能在破碎前迅速分散沖擊力，中斷通過材料的外展波，其承受子彈沖擊的性能可達凱芙拉纖維的2倍，鋼材的8～10倍。

未來，以石墨烯層為基礎的復合材料及其它輕質高強材料有望替代鋼鐵或芳綸纖維，成為一種“很有前景的盔甲系統”。 (KJ.1214)

在特殊光照下能降解成分子并可再生產的塑料問世

美國北達科他州立大學的研究人員開發出一種新型塑料。在特殊光照下，其能降解還原成分子，而這些分子還可用于再次生產新塑料。

研究人員首先采用水果中的果糖制作了一種分子溶液，然后將其聚合為塑料。把該塑料曝露在350nm的紫外線下3h，就能完全分解為最初的可溶性分子。研究人員還采用農作物中的油料種子、纖維素、木質素和蔗糖生產新型塑料的基本分子，再將基本分子合成高聚物分子，最終形成塑料。該新型塑料及其生產方式可減少產品生產對化石燃料的依賴，減少原材料消耗，減輕環境中有害化學物質的總量。

研究人員指出，在把該新型塑料制作成產品，推向商業化之前，還需進一步研究并評估其耐用性和強度。未來，研究人員計劃將該新型塑料用于汽車、電子器材等其它設備上，以檢驗其應用性能。 (KJ.1201)

歐盟納米壓印光刻技術實現感應薄膜低成本量產

歐盟第七研發框架計劃提供490萬歐元資助，總研發投入690萬歐元，由芬蘭、英國、德國、荷蘭、奧地利和瑞士等6個國家的9家企業聯合科技界組成的歐洲PHOTOSENS研發團隊，利用最先進的納米壓印光刻技術，整合基底納米功能沖壓工藝和卷到卷生產制造工藝，實現了低成本、大批量制造大面積納米結構傳感器陣列（NSA）的工業流程設計和設備樣機開發，奠定了NSA商業化推廣應用的基礎。

目前，該研發團隊已成功開發出3種不同類型的全聚合物多參數感應裝置生產制造工藝及設備樣機，分別為：應用于環保行業檢測空氣質量的甲醛光子結晶感應裝置、應用于制藥和食品安全行業檢測布洛芬化合物成分的感應裝置，以及應用于多行業的靈活嵌入式一次性多參數芯片檢測裝置。

該研發團隊目前正在圍繞基于3D打印技術的單模波導感應檢測裝置的生產制造工藝開發，進行工藝流程驗證和結構優化。 (科技部)

中科院在鋁合金表面防護技術研究方面獲進展

中國科學院寧波材料技術與工程研究所的研究人員將化學刻蝕和化學修飾有機結合起來，在鋁合金表面成功制備出了具有優異防護性能的薄膜。

鋁合金具有密度小、強度高、導電導熱性能優良、塑性和成型性好等特點，但其硬度偏低，耐磨性和耐腐蝕性較差，限制了其應用。因此，需對鋁合金表面進行處理，以提高其抗蝕耐磨性能。

測試表明，隨著刻蝕時間的增加，具有防護膜的鋁合金樣品的表面粗糙度先增大后減小，刻蝕時間為2min時，其表面的微納二元結構的比例達到最優。由于薄膜疏水，可有效阻隔水及其它腐蝕介質的滲

入，因此，經表面防護膜修飾的鋁合金具有優異的耐蝕性能，具有很小的腐蝕電流密度和較高的腐蝕電位。此外，由于表面防護膜中的長鏈和非極性端甲基基團可有效分散摩擦過程中傳導來的機械能，經過處理的鋁合金樣品具有較好的摩擦學性能，其摩擦系數很小，且當刻蝕時間為2min時，磨損率亦很小。

該薄膜充分利用了鋁合金表面形貌設計與有機防護涂層構筑協同防腐耐磨的作用，具有更好的防腐耐磨效果；其穩定性高，且制備工藝簡單、重復性好，原料易得，成本低廉，且對基底材料的形狀無限制，適用于較大面積的鋁合金的表面處理，應用前景廣闊。 (佳 工)

首套1000噸/年尿素間接法生產碳酸二甲酯全流程中試成功

由中國科學院山西煤炭化學研究所與上海韋福化工技術發展有限公司聯合開發的1000噸/年尿素間接法生產碳酸二甲酯（DMC）中試裝置一次開車成功，生產出了純度為99.8%的DMC產品。目前，圍繞該項目已申請2項國家發明專利。

500h運行結果顯示：在第一步尿素與1,2-丙二醇制備聚碳酸丙烯酯（PC）的反應中，尿素轉化率達100%，PC收率穩定在95%以上；在第二步PC與甲醇酯交換制備DMC的反應中，PC轉化率為100%，DMC選擇性大于99%，反應塔塔頂DMC出口濃度穩定在30%以上。第二步酯交換產生的1,2-丙二醇再循環用作第一步反應的原料時，對第一步的反應無任何不利影響。與其它生產工藝相比，該工藝以產能過剩且價格低廉的尿素和甲醇為原料，具有反應條件溫和、產品收率高、氨氣易回收、后續分離簡單、能耗低、成本低等優點。

據介紹，DMC可用作溶劑、鋰離子電池電解液、汽柴油添加劑，可在諸多領域取代劇毒的光氣、硫酸二甲酯及氯甲酸甲酯等生產一系列重要化學品，具有廣闊的市場應用前景。 (煤化所)