新材料與新工藝

新材料與新工藝

美國研發(fā)出超耐用、可自愈的防水涂層材料

美國密歇根大學的研究人員研發(fā)出一種超耐用、可自愈的防水涂層材料。其耐久度比同類產(chǎn)品高數(shù)百倍，可用于車輛、衣物、屋頂，以及其它表面的防水處理，也可用于船舶表面，以減小船體在水中前行的阻力，降低船舶的燃料消耗。

該涂層材料以氟化聚氨酯彈性體和被稱為“F-POSS”的專用防水分子為原料制成，可噴涂到幾乎任何物體表面上，且具有輕微的彈性組織，使其比以前的產(chǎn)品更具彈性。當涂層被損壞時，該涂層材料可自愈數(shù)百次，即使在磨損、劃痕、燒傷、等離子體清潔、扁平化、聲波降解處理和化學侵蝕后，仍可恢復原狀。除物理自愈之外，該涂層材料還可實現(xiàn)化學自愈——如果從表面刮掉防水的F-POSS分子，新分子就會自動遷移到破壞的表面上進行修復。研究人員發(fā)現(xiàn)，其自愈能力僅受厚度的限制。

據(jù)稱，該涂層材料將在2017年年底前在防水織物和噴涂涂層等方面獲得應用。 (HK.0511)

中科院3D打印高性能墨水材料研究獲進展

中國科學院蘭州化學物理研究所的研究人員在3D打印高性能墨水材料研究方面取得進展。研究人員研發(fā)了一種3D打印高性能聚酰亞胺光敏樹脂，其優(yōu)異的綜合性能使高精度、高耐熱性、高強度復雜結(jié)構(gòu)零部件和結(jié)構(gòu)的直接3D快速成型制造成為可能。

目前，用于光固化3D打印的樹脂材料主要為丙烯酸脂系或環(huán)氧樹脂系材料，成型件存在機械強度差、耐高溫性差、易吸濕膨脹及耐化學腐蝕穩(wěn)定性不佳等缺點。聚酰亞胺具有優(yōu)異的機械性能、耐高溫性、抗化學腐蝕性及優(yōu)良的介電特性等特點，但其難溶、難熔，加工較為困難。因此，設(shè)計制備具有優(yōu)異溶解性能的可快速光固化聚酰亞胺樹脂是滿足光固化3D打印墨水無溶劑等特殊要求的關(guān)鍵。

研究人員通過對聚酰亞胺分子進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，研發(fā)了具有優(yōu)異溶解性能的可快速光固化聚酰亞胺樹脂及具有優(yōu)異耐高溫等綜合性能的光固化3D打印聚酰亞胺墨水。該3D打印聚酰亞胺材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于200℃，在300℃烘箱處理或熱油浸泡后不會發(fā)生斷裂和彎曲變形，仍能夠保持較好的機械強度，具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性能，可在較高溫度下長期使用。利用該樹脂材料打印制備的復雜結(jié)構(gòu)機械零部件和模型有望在航空、航天、汽車制造及微電子領(lǐng)域得到應用，為3D打印先進制造技術(shù)應用于高精度、高耐熱性、高強度的復雜結(jié)構(gòu)零件和結(jié)構(gòu)的直接快速成型制造提供了新的途徑。 (蘭化物)

鹽城工學院研發(fā)出新型多級孔結(jié)構(gòu)碳材料

鹽城工學院的研究人員研發(fā)出一種新型多級孔結(jié)構(gòu)碳材料。采用該新型多級孔結(jié)構(gòu)碳材料制造的超級電容器創(chuàng)造了全球極快速充放電電容量的新紀錄。

超級電容器是一種功率密度很大的儲能裝置，可在極短的時間內(nèi)充放電，但受制于能量密度小等缺點，應用范圍遠不如鋰電池。鹽城工學院的研究人員以生物質(zhì)殼聚糖為碳源，以二氧化硅微球為硬模板，結(jié)合氫氧化鉀化學活化法制備了一種具有多級孔結(jié)構(gòu)的碳材料。該材料的第一級孔為殼聚糖凝膠冷凍干燥后形成的三維互相連通的微米級大孔網(wǎng)絡(luò)；第二級孔為二氧化硅模板移除后形成的亞微米級孔洞，均勻密布在第一級孔的孔壁上；第三級孔為氫氧化鉀活化形成的納米級介孔和微孔，分布在第二級孔的表面。這種多級孔結(jié)構(gòu)的引入，有利于電解質(zhì)離子在電極中的快速擴散，其導電性能與金屬鎳相當，保證了電子在電極材料內(nèi)部的快速轉(zhuǎn)移。此外，該材料具有巨大的比表面積（平鋪展開可達3000m2/g），這使其具有超高的電容量。采用該材料制造的電極在1A/g電流密度下的質(zhì)量比電容達到374.7F/g±7.7F/g；即使電流密度增大至500A/g時，電極的比電容仍然能夠維持在235.9F/g±7.5F/g。 (KJ.0428)

上海硅酸鹽研究所研制出新型無機阻燃耐火包帶

中國科學院上海硅酸鹽研究所的研究人員研制出一種有望應用于光（電）纜的新型無機耐火紙阻燃耐火包帶，進一步拓展了新型無機耐火紙的應用領(lǐng)域。

該新型阻燃耐火包帶以羥基磷灰石超長納米線為主體材料，加入無機纖維“骨架”材料和無機膠粘劑制備而成，具有優(yōu)異的阻燃耐火性能，在火焰中能夠長時間灼燒而不燃燒。此外，其熱導率很低，具有優(yōu)良的隔熱性能，在火災中可以使包帶內(nèi)部保持較低的溫度，與商用阻燃包帶相比可使包帶內(nèi)部的溫度進一步降低150℃以上，在火災中有助于保護光（電）纜內(nèi)部的光纖或?qū)Ь€，并保持高質(zhì)量的通訊。此外，該新型阻燃耐火包帶環(huán)境友好，在火焰灼燒時無有毒有害氣體產(chǎn)生，可保障在場人員的生命安全。 (科 苑)

俄羅斯研制出透氣性良好的生化防護薄膜織物

俄羅斯薩利托夫州立大學的研究人員研制出一種既能保護作戰(zhàn)人員免受生化武器威脅，又能保持透氣性的薄膜織物，不僅能夠用于生產(chǎn)軍服，還可作為極限運動員和極地考察員的衣服和裝備材料使用。

據(jù)介紹，該薄膜織物對水、病毒、細菌、毒素，以及過敏原均具有防護作用，穿戴者可免遭生化試劑的危害。此外，該薄膜織物采用納米纖維，其多微孔結(jié)構(gòu)使其具有良好的空氣流通性。與其他國家的同類產(chǎn)品相比，該薄膜織物的性能更優(yōu)，生產(chǎn)成本也更低。在相關(guān)企業(yè)的配合下，研究人員已成功將這種薄膜織物制成實驗服，供國防部和相關(guān)人員進行測試，并在測試結(jié)束后決定是否批量生產(chǎn)。該薄膜織物實驗服將在2017年底前完成測試，隨后進行鑒定。 (許彩霞)

我國研發(fā)出超級隔熱材料 兩面溫差可達1500℃

海軍工程大學的研究人員研發(fā)出一種超級隔熱材料，將主要用于艦艇鍋爐內(nèi)的耐火磚上，不但能夠長期耐受大火炙烤，還具有良好的隔熱性能，解決了艦艇在設(shè)計、維修和使用方面的一大難題。

據(jù)介紹，該超級隔熱材料基于一種新型陶瓷材料研發(fā)而成，通過配方及制造工藝優(yōu)化，采用梯度密度概念，使制成的超級隔熱材料在繼承陶瓷材料隔熱性好、壽命長的特點基礎(chǔ)上，又克服了傳統(tǒng)陶瓷材料原本韌性差的缺點。性能測試結(jié)果表明，使用該超級隔熱材料制成的隔熱耐火磚迎火面可以抵御1800℃高溫的炙烤，而傳導到背面的溫度不超過300℃，兩面溫差高達1500℃。該超級隔熱材料的性能比國外同類產(chǎn)品高出1倍，而價格僅為國外同類產(chǎn)品的1/6。 (搜 狐)

浙江大學研制出超導石墨烯纖維

浙江大學的研究人員實現(xiàn)了高強度高模量石墨烯纖維、導電率與金屬相當?shù)母邔щ娛├w維的制備。該新型輕質(zhì)超導石墨烯纖維在低溫物理、醫(yī)療磁共振成像、超導量子干涉、未來電力傳輸、航空、航天等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

石墨烯纖維是由石墨烯有序堆積排列而成的新型碳質(zhì)纖維，具有優(yōu)異的電/熱傳輸特性。在前期工作的基礎(chǔ)上，浙江大學的研究人員通過氣相插層反應，制備了金屬鈣插層的石墨烯纖維，并測試了其導電性與溫度的關(guān)系。研究人員發(fā)現(xiàn)，當溫度降低至11K時，鈣插層石墨烯纖維的電阻急劇下降，表現(xiàn)出超導性，當溫度達到4K時，電阻為零。此外，磁學性能表征結(jié)果也證實了鈣插層石墨烯纖維超導電性的本征屬性。

據(jù)稱，鈣插層石墨烯纖維是首個宏觀碳質(zhì)超導纖維，其超導轉(zhuǎn)變溫度為11K，與商用NbTi超導線相當。隨著制備工藝的改善，其超導轉(zhuǎn)變區(qū)間會進一步變窄，超導轉(zhuǎn)變溫度將進一步提升。 (KX.0503)

我國高溫超導儲能磁體關(guān)鍵技術(shù)研究獲進展

中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院與中國電力科學研究院、北京電力經(jīng)濟技術(shù)研究院合作，自主制備出了螺旋內(nèi)冷堆疊扭繞型復合化YBCO（氧化釔鋇銅）儲能線圈試驗件，并進行了500A臨界電流性能測試。測試結(jié)果表明，在液氮迫流冷卻和浸泡環(huán)境下，該超導線圈的臨界電流達630A，超過目標要求的500A，并且隨著運行溫度的下降，臨界電流還可進一步增大。

超導儲能系統(tǒng)利用高溫超導體的無阻載流特性構(gòu)造高穩(wěn)定度磁體線圈，用以存儲電磁能，通過變流器實現(xiàn)與電網(wǎng)的瞬時大功率交換，功率輸送無需中間能源形式轉(zhuǎn)換，具有毫秒級響應速度、轉(zhuǎn)換效率高于95%、可無限次充放電和功率密度高等優(yōu)點，可實現(xiàn)與電力系統(tǒng)的實時大功率補償。但由于其采用了復合超導體技術(shù)、復合化儲能線圈結(jié)構(gòu)等，加工制備難度極大。

清華大學、安徽宏源特種電纜集團有限公司、合肥聚能電物理高技術(shù)開發(fā)有限公司、合肥科聚低溫技術(shù)有限公司，以及北京希卓信息技術(shù)有限公司等多家單位聯(lián)合攻關(guān)，在YBCO儲能線圈關(guān)鍵工藝技術(shù)研究方面取得了重要突破，攻克了高溫超導線材復合化焊接及超導接頭焊接、鋁質(zhì)套管繞制變形大等難題。其中，YBCO線材采用涂層導體，基材為非磁性鎳，工程臨界電流最高可達1000A/mm2，力學性能優(yōu)異，是下一代超導儲能磁體的理想選擇。

據(jù)悉，在國家電網(wǎng)公司“面向工程化高溫超導儲能磁體關(guān)鍵技術(shù)研究”科技項目的資助下，該項研究工作采用基于YBCO材料的復合超導體技術(shù)和工藝流程，驗證了基于復合導體技術(shù)的大型儲能磁體技術(shù)路線，對我國大型超導儲能磁體產(chǎn)業(yè)應用技術(shù)的突破具有一定的推動作用。 (科 苑)

中科院石墨烯填充導熱復合材料研究獲進展

中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院先進制造技術(shù)研究所的研究人員提出了將少量石墨烯與聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合，從而提升PDMS導熱性能的研究思路，并與強磁場科學中心的研究人員合作，在10T強磁場設(shè)備下制備出了各向異性的石墨烯/PDMS復合材料。研究結(jié)果表明，石墨烯在強磁場下的取向可顯著提升PDMS的熱導率。

研究人員以石墨烯作為導熱填料，與PDMS基體混合均勻后，在10T強磁場下使石墨烯發(fā)生取向，形成各向異性化的特殊結(jié)構(gòu)，從而有效提升PDMS的導熱性能。研究結(jié)果表明，當石墨烯填充質(zhì)量分數(shù)為3%時，各向異性石墨烯/PDMS的熱導率比純PDMS材料高174%，并且，PDMS可以保持其良好的柔韌性和生物適應性。

該項研究提出的在強磁場下使石墨烯發(fā)生取向形成各向異性結(jié)構(gòu)的方法，可有效提升復合材料的熱導率，應用前景廣闊。 (合物院)

中科院二硫化鉬/類金剛石碳復合薄膜研究獲系列進展

中國科學院蘭州化學物理研究所的研究人員首次成功制備出了Mo-S-N二元復合薄膜及Mo-SC-N多元復合薄膜，并對其性能進行了研究，取得了系列成果。

研究結(jié)果表明，經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化的C/N共摻雜可有效降低N摻雜MoS2薄膜對潮濕大氣環(huán)境的敏感性，在大幅提升薄膜機械強度和韌性的同時，還可保持薄膜在真空及潮濕大氣中的低摩擦、耐磨損性能，并且在空間及聚變輻照環(huán)境下具有良好的抗輻照性能，為實現(xiàn)該復合薄膜體系低摩擦、抗輻照與自適應性的一體化協(xié)同開辟了新途徑。

該項研究工作為優(yōu)化潤滑相與非潤滑間不同摩擦化學反應的協(xié)同效應提供了思路，解決了長壽命、高載荷關(guān)節(jié)軸承表面鍍膜處理過程及復雜多變環(huán)境服役過程中遇到的承載力低、環(huán)境敏感導致薄膜失效等問題，已在國內(nèi)EAST托卡馬克裝置遠程操作臂關(guān)節(jié)軸承及微小衛(wèi)星太陽能帆板二次展開機構(gòu)的潤滑與防護領(lǐng)域獲得了應用。 (科 苑)