新材料與新工藝

新材料與新工藝

我國研究人員構建出新型復合超疏水智能涂層

中國科學院蘇州納米技術與納 米仿生研究所的研究人員構筑了具有多級微納復合結構的多壁碳納米管（MWCNT）/熱塑性彈性體（TPE）復合超疏水智能涂層。

據介紹，該涂層兼具超疏水性和優異的應變感知性能，可以有效抵抗環境中水、酸液、堿液、汗液等液體的干擾。得益于復合涂層中梯度分布的TPE和穩定的微米孔-納米突起復合結構，該涂層既可以與柔性襯底穩定結合，也可與剛性襯底實現良好的結合，具有非常穩定的超疏水性能。此外，其多孔微納復合結構賦予了MWCNT/TPE復合網絡對拉伸、彎曲，以及扭曲的優異的應變感知能力，可實現高靈敏度、高分辨率、快響應時間、大應變范圍，以及高穩定性。

該項研究成果已實現多功能應用對于超疏水材料、智能材料與柔性智能系統領域的相關產品開發具有重要意義。

(W.KX)

日本研發出可發光超1h的有機長余輝發光材料

日本九州大學的研究人員采用兩種簡單的有機分子在室溫下制成了有機長余輝發光材料，其發光時間超過1h。與現有的夜光材料生產系統相比，該材料不含稀有元素，且無需很高的制造溫度。

長余輝發光材料是一種光致發光系統，在光源激發下能夠發出可見光，并將獲得的部分光能儲存起來，當激發停止后，能夠以光的形式將能量緩慢釋放出來，廣泛應用于儀表、光電子器件、緊急標志，以及國防領域。但大部分商業性夜光涂料以無機材料為基礎，不僅需要稀有元素才能長效發光，而且制造溫度需達到1000℃以上。此前，通過有機分子延長發光（磷光）也只能使發光時間持續幾分鐘。

研究人員稱，經進一步開發，該材料有望實現柔性和顏色可調，從而實現在紡織、涂料和有機物成像等方面的應用。

(KJ.1012)

中科院有機電致發光材料和器件研究獲進展

中國科學院福建物質結構研究所的研究人員設計合成了一類高效的熱活化延遲熒光（TADF）藍光材料B-oCz和B-oTC，為進一步拓展有機電致發光二極管（OLED）的應用提供了材料支撐。

OLED在顯示和照明領域具有巨大的應用潛力，發光材料是OLED的核心部分，目前，基于鉑系重金屬配合物的綠光、紅光材料器件的效率和穩定性均已達到實用化要求，但穩定、高效的藍光材料器件的開發進展較為緩慢，成為OLED行業發展的瓶頸。

研究人員通過合理的分子設計，同時實現了很小的最低單—三重激發態能隙（DEST）和較大的輻射躍遷速率，分子的非輻射躍遷也得到了有效的抑制。其中，B-oTC在薄膜中具有很小的濃度淬滅效應，其純膜的光致發光效率高達94%，采用溶液加工法制備的非摻雜藍光OLED器件外量子效率達19.1%。

(KX.1106)

東北大學的研究人員研發出一種抗拉強度超過2GPa的熱沖壓成形超高強韌鋼，目前已經實現了規模工業化量產，并成功應用于北汽新能源純電動兩座車型“LITE”，實現車身減重10%～15%。

東北大學開發超高強韌鋼使汽車“減重”10%

相比傳統熱沖壓成形高強鋼，該超高強韌鋼的性能可提高20%以上，比各大鋼鐵公司開發的1.8GPa級熱沖壓高強鋼性能提高9%以上，提升了汽車鋼板的抗沖擊性能和輕量化水平。

通用汽車中國科學研究院合作評估分析結果表明，該超高強韌鋼首次在世界上實現了2GPa以上超高強度兼備優良韌性和延伸率的技術突破，其強度和延伸率均大幅優于其它國際前沿鋼種水平，可作為汽車A柱、B柱、保險杠、邊梁、門梁等重要安全防護部件用鋼。

(科 日)

美國開發出新型“混合3D打印”技術

美國哈佛大學威斯研究所和美國空軍研究實驗室的研究人員合作開發出一種用于軟電子器件制造的新型“混合3D打印”技術。該技術可用于制造可穿戴電子設備。

據介紹，“混合3D打印”技術將柔性導電油墨和基體材料與剛性電子組件集成到一個可拉伸裝置中。采用該技術，電子傳感器可以直接3D打印到軟質材料上，還可數字化地拾取和放置電子元件，并打印出讀取傳感器數據所需的電子電路的導電互連。此外，該技術還可顯著縮短制造時間，降低制造成本。研究人員將與銀薄片混合的熱塑性聚氨酯（TPU）制成的可拉伸導電油墨3D打印到TPU基板上，實現了對電路圖案的精確控制，可制造出任何大小和圖案的柔性電路，同時確保剛性電子組件與可拉伸裝置的兼容性。

研究人員采用該技術制造了用于分析運動員投擲技術的可穿戴裝置和一種柔性壓力傳感器，驗證了其性能。該項研究成果為可定制、低成本、高機械性能的電子產品的制造提供了新途徑。

(宋文文)

中科院研制出形狀自適應改變三維功能柔性電極

中國科學院深圳先進技術研究院的研究人員成功實現了近紅外光觸發柔性電子器件自適應三維形變，有望用于穿戴式與植入式電子器件及神經康復、腦機接口等醫學和生命科學前沿領域。

柔性電極可用于刺激神經組織或記錄神經信號，如何確保柔性電極與生物系統之間的緊密貼合以促進信息的有效交互，是穿戴式與植入式電子器件實現有效性、可靠性及穩定性的重大挑戰。

研究人員提出了一種新型功能化柔性電極設計理念，并成功研發出了通過近紅外光即可觸發形狀自適應改變的三維功能柔性電極。研究人員打破了傳統電極設計思路，創新性地將具有光熱響應特性的仿生智能材料設計到柔性電極背面，實現了遠程近紅外光照柔性電極可控彎曲形變，并可貼附到不同曲率的表面。在此基礎上，研究人員通過一步光刻聚合法，在柔性電極背面的光熱響應材料層設計出了梯度化交聯結構，實現了柔性電極在近紅外光照下從平面結構轉化為復雜三維結構（圓柱、螺旋等結構）。測試結果表明，這種功能化柔性電極在經過10次形變后，依然可以保持電極功能完好。

該項研究通過仿生智能材料的設計，實現了柔性電子器件的形狀自適應遠程調控，解決了柔性電極與生物系統之間信息交互存在的挑戰，也為將傳感檢測、藥物緩釋集成到功能化柔性電極中提供了可能，更為新一代智能化柔性電子器件的設計提供了一種具有普適性的方法。

(KX.0817)

由光啟技術股份有限公司承擔的 “超材料及其相關器件關鍵技術研發”項目通過了國家科學技術部組織的驗收。這標志著我國超材料及其相關器件關鍵技術研發取得了新進展，我國超材料研究的理論水平和技術支撐水平大幅提升。

我國超材料及其相關器件關鍵技術研發取得新進展

超材料是指通過人工結構實現的、具有天然材料所不具備的超常性質的材料系統，是新材料領域重要的發展方向之一，通過對材料結構的創新設計，可廣泛應用于無線通信、航天、航空、新能源利用、生物醫療等領域。

該項目圍繞總體目標開展了系統的研究工作，突破了介質基超材料及器件的關鍵制備、基于超材料的天線小型化、平板型微波透鏡天線等技術，實現了超材料空間調制技術在數字微波有關系統等領域的應用，打破了關鍵技術障礙，建成了一條超材料生產精試線，為超材料創新技術發展提供了量產驗證基地和工藝驗證基地。此外，該項目的實施，整合了國內超材料研究的優勢力量，培養了一批超材料領域的科研人才，形成了超材料設計、研發、制造和測試平臺。

(新 華)

中科院在石墨炔能源存儲材料研究方面獲系列進展

中國科學院青島生物能源與過程研究所，以及中科院化學研究所合作，將石墨炔類材料先后應用于鋰離子電池、鈉離子電池、鋰離子電容器等能源存儲器件，并對其電化學性能及儲能機制進行了詳細分析和系統研究，在石墨炔能源存儲材料研究方面取得了系列進展。

研究人員充分發揮石墨炔類材料可以通過化學法制備這一特點，采用“由下向上”的雜原子化學摻雜合成策略，通過對聚合前體的化學裁減和結構修飾，制備了氯摻雜石墨炔。采用化學摻雜法制備的摻雜石墨炔類材料具有雜原子分布均勻且含量和摻雜位置可控等特點。理論計算結果證實，均勻分布于石墨炔二維平面結構中的氯原子能夠更加有效地穩定所嵌入的鋰原子。器件測試結果顯示，氯摻雜石墨炔用于鋰離子電池電極材料，可獲得優異的倍率性能及良好的循環穩定性，表明該類材料在能源存儲方面具有良好的應用前景。

(青能所)

中外合作在超長壽命高倍率鋰離子電池材料研究方面取得突破

清華大學材料學院、美國阿貢國家實驗室和美國麻省理工學院的研究人員合作，研發出了一系列鈦酸鋰水合物，并將其應用于制造具有超長循環壽命和高倍率性能的鋰離子電池，不僅拓展了該體系電極材料性能調整及優化的自由度，還有望對其它含氫組分的過渡金屬化合物體系在能源材料領域的應用提供啟發與思路。

目前常用鋰離子電池采用的電解質——六氟磷酸鋰（LiPF6）遇水易分解，因此，鋰離子電池電極材料需在高溫下煅燒來除水，但這會使材料發生顆粒團聚和晶粒粗化等副反應。此次研究人員研發的鋰-氫-鈦-氧（Li-H-Ti-O）體系材料與目前性能優異的鋰-鈦-氧（Li-Ti-O）體系、鈦-氧（Ti-O）體系材料（包括納米化、摻雜和包覆之后的材料）相比，具有相當甚至更加優異的電化學性能。作為含“水”的電極材料，該系列鈦酸鋰水合物能夠在高電壓有機電解液體系中實現多達上萬次的穩定循環。在材料晶體內部牢固結合的“結晶水”，不但不會破壞電極材料在有機電解液體系下的電化學性能，反而促進了晶體結構的多樣性（如二維層狀），以及納米復合材料的構筑，從本質上提高了材料的離子擴散系數。

(清 華)

德國尤利希研究中心可再生能源研究所與埃朗根-紐倫堡大學的研究人員合作，開發出一種利用有機載體液和特殊催化劑儲存和制取氫燃料的新工藝，使原先裝卸氫燃料所需的兩個裝置簡化成一個裝置，從而大幅降低儲氫制氫成本和能耗，對能源轉型具有重要意義。

儲氫制氫新工藝在德國問世

據介紹，氫燃料能量的儲存和釋放是可逆的化學反應，兩個反應的步驟不同，各需一種特殊的催化劑，所以，傳統方法中，有機載體液和氫燃料的裝卸要在兩個裝置中分別進行。研究人員開發了一種特殊的催化劑，可使氫燃料的儲存和釋放反應在相同的溫度下有效催化，因此，在一個裝置中，僅需改變壓力即可完成氫燃料的儲存和釋放，從而大幅簡化了氫燃料存儲對設備的要求，可節約30%～50%的設備成本。此外，目前氫燃料儲存設備的操作溫度約為150℃；釋放設備的操作溫度約為300℃。盡管理論上可以將氫燃料儲存時的反應熱提供給釋放時用，但由于兩個裝置的化學反應溫度不同，上述想法難以實現。此次研究人員開發了高溫氫化工藝及相應的催化劑，可在較高的溫度下儲存氫燃料，產生的熱可直接供釋放時使用，從而大幅降低了能耗。

據稱，與目前使用的分開的氫燃料裝置相比，這種一體化氫燃料裝置使得氫燃料的儲存和制取更便捷，有利于氫燃料的工業化儲存和制取，在未來的可再生能源系統中大有可為。

(KJ.0831)