新材料與新工藝

英國帝國理工學院開發出新型金屬3D打印工藝

英國帝國理工學院的研究人員開發出一種新型金屬3D打印工藝——電氣化學增材制造（ECAM）技術，能夠大幅降低當前金屬3D打印技術的成本。

據介紹，ECAM技術的成型方式依然是層層堆積，但無需采用昂貴的激光器熔化和燒結金屬粉末，而是采用傳統電鍍技術，即電化學反應。實際打印時，注射器會將作為原材料的金屬離子溶液慢慢擠出到作為構建面板的導電基底上；隨后，溶液中的金屬離子發生電化學反應得到電子變為單質。這一過程持續進行，最終得到3D金屬結構。ECAM技術具有多項優點，包括：設備成本比采用激光燒結技術且需使用惰性氣體的設備大幅降低；可在一定的環境條件下，無熱損壞地打印多種不同的材料；可通過“反轉電位”變成減材工藝，即讓金屬單質變回離子狀態，將打印的金屬件再次轉化為溶液，從而實現材料的高效回收和再利用；可配備多個打印頭，實現多金屬材料的打印制造。

目前，ECAM技術的打印速度很慢，尚需進一步優化，但未來，ECAM或將成為一種使多個行業受益的顛覆性制造技術。(祁 萌)

中科院理化所提出液態金屬懸浮3D打印方法

中國科學院理化技術研究所的研究人員首次提出了“液態金屬懸浮3D打印”的概念和方法，可在室溫下快速制造具有任意復雜形狀和結構的三維柔性金屬可變形體，并用于組裝立體可拉伸電子器件。研究人員引入性質介于固體與液體之間且具有自恢復特性的水凝膠作為透明支撐介質，創建并驗證了液態金屬懸浮3D打印成形方法，克服了液態金屬墨水表面張力高、粘度低易于流動、重力大等帶來的技術挑戰。在整個制造過程中，水凝膠可在屈服液化與快速凝固狀態之間自由轉換，對金屬液滴的粘滯力極高，隨著打印噴頭與凝膠之間的相對運動，由噴頭擠出的金屬液滴會隨即發生頸縮行為并與噴頭分離，繼而被支撐凝膠包裹、粘滯和固定；通過金屬微球沿規劃路徑的逐層堆積，可最終形成預期的三維結構；打印精度可通過調整針頭尺寸、打印速度、凝膠環境等予以調控。凝膠和液態金屬均為柔性物質，由此構成的立體電子器件可實現拉伸及變形。

該項研究成果突破了傳統剛性結構成形模式與3D打印范疇，在不定形柔性電子器件、智能系統快速制造乃至可變形4D打印等方面具有重要的應用價值。 (科 苑)

我國鋁合金熔鑄行業的能效監測與優化控制技術獲突破

天津立中合金集團有限公司與機械科學研究總院等單位及企業合作完成的“數字化智能化鋁合金熔鑄生產線及能效監測系統研究”課題通過了技術驗收。

該課題開展了數字化智能化鋁合金熔鑄生產線及能效監測系統研究，構建了適合于鋁合金熔鑄行業的能效評價指標體系和鋁合金工序能效理論分析模型，設計了面向連續加料與蓄熱燃燒新工藝流程的熔鑄生產線、搭建了具有實時數據采集與能效分析功能的MES（制造企業生產過程執行系統）平臺；實現了生產線的原材料LIBS（激光元素光譜分析）在線識別與成分定標、基于專家系統的智能配料、全流程實時能效監控、空燃比與煙氣氧含量的雙層結構模型預測優化控制等，通過系統優化后，生產綜合能效提高了10.13%，配料一次性命準率達到93.28%。

該課題的研究成果改變了鋁合金熔鑄工業流程復雜、自動化程度低、設備標準化程度低的現狀，實現了熔鑄流程關鍵參數的在線監測、科學決策與有效調控三大功能，提升了鋁合金熔鑄行業的智能化控制能力和水平，提高了生產效率并降低了能耗。目前，該課題的研究成果已在天津立中合金集團有限公司與廣東隆達鋁業有限公司進行了萬噸級生產線示范應用。 (科技部)

美國實現3D打印不銹鋼強度韌性俱佳

美國加利福尼亞州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的研究人員開發出了一種不銹鋼3D打印技術，可用于制造火箭發動機、油井設備零部件等幾乎所有不銹鋼產品。

據了解，采用傳統3D打印技術打印的不銹鋼產品具有較高的孔隙度，非常容易斷裂。針對這一問題，研究人員利用激光和快速冷卻技術將金屬合金粒子融合在一個密封而緊湊的結構中，并通過優化設計計算機控制程序，使其不僅能夠制造致密的不銹鋼層，還能夠精確控制材料的結構，從而使3D打印機通過構建微小的細胞壁式結構，防止斷裂和其它問題的出現。測試表明，在某些條件下，采用該技術3D打印的不銹鋼產品的強度比采用傳統工藝生產的不銹鋼產品高3倍且仍具有韌性。該項研究成果進一步拓展了3D打印技術的應用范圍。 (KX.1102)

我國制備出強磁電耦合效應新材料

中國科學院物理研究所的研究人員利用自主研制的高壓高溫實驗裝置，在世界上首次合成了同時具備大電極化和強磁電耦合效應的新型單相多鐵性材料BiMn3Cr4O12，為開發下一代信息存儲器、可調微波信號處理器、超靈敏磁電傳感器、磁電換能器等產品提供了材料支撐。

據介紹，研究人員突破常規方法的限制，在高達80000個大氣壓的超常規實驗條件下，首次成功

制備出了BiMn3Cr4O12材料。在該材料體系中，三價鉍離子的引入，在較高的溫度下誘導出了具備大電極化的鐵電相變；而隨著溫度的降低，三價鉻、錳磁性離子先后形成了長程磁有序結構，分別誘導出第一類和第二類多鐵相。這兩類多鐵相的共存使材料兼具大電極化和強磁電耦合效應，同時，其兩個鐵電相還可單獨調控，實現四重鐵電極化態的轉換，為多態存儲提供了可能。 (KJ.1206)

美國研發可探測有毒氣體并報警的智能織物

美國新罕布什爾州達特茅斯學院的研究人員正在研發一種智能織物，能夠實時探測有毒危險氣體的存在，并保護穿著者免受有毒氣體侵害。該智能織物被稱作SOFT（紡織品自組織框架），其柔韌性強且具有傳導性，還具有透氣性和耐洗性。

據悉，該智能織物集成了金屬有機框架（MOF）化合物電子傳感器，能夠識別排放污染物中的一氧化氮氣體，以及具有腐蝕性的有毒硫化氫氣體，還能夠捕獲和過濾有毒氣體中的毒素。研究人員計劃將該智能織物用于制作軍方和應急服務部門的防護服，當有化學物質接觸到防護服時，傳感器就會向穿著者發出警告，提醒穿著者注意。當防護服出現撕裂或漏洞時，其也能夠主動發出警報。

雖然該智能織物的真正應用尚需時日，但這種制造方法有可能向其它系統延伸，打造出一系列具有可調特性的新型產品。 (船經院)

福建物構所柔性金屬有機框架材料研究獲進展

中國科學院福建物質結構研究所與美國德克薩斯A&M大學的研究人員合作，設計合成了一系列基于六核鋯簇的柔性金屬有機框架（MOF）材料。這些柔性MOF材料具有良好的穩定性，在酸性條件下不會坍塌或分解，為柔性晶態材料在氣體存儲與分離、藥物緩釋和催化等領域的應用提供了良好的研究平臺。

相對于具有類似孔隙率的剛性MOF材料，這些柔性MOF材料對液溴具有更高的吸附量，還可以延長液溴在常溫常壓條件下的保存時間，可用作液溴存儲材料。此外，吸附了溴的柔性MOF材料還可用于聯二萘酚等反應底物的溴化反應。在常溫常壓條件下，其溴化反應的產率遠高于直接以液溴溴化。柔性MOF材料在氣體吸附與存儲方面具有較為廣闊的應用前景。 (科 苑)

中核集團發布“燕龍”泳池式低溫供熱堆

11月28日，中國核工業集團公司在北京正式發布其自主研發、可實現區域供熱的“燕龍”泳池式低溫供熱堆（DHR-400）。這標志著中核集團在核能供熱技術領域取得重要進展，為后續泳池式低溫供熱堆型號設計研發提供了強有力的技術支持。

“燕龍”是中核集團在泳池式研究堆50多年安全、穩定運行的基礎上，針對北方城市供暖需求開發的一種安全、經濟、綠色環保的堆型產品，其原理是：將反應堆堆芯放置在一個常壓水池的深處，利用水層的靜壓力提高堆芯出口水溫以滿足供熱要求，熱量通過兩級交換傳遞給供熱回路，再通過熱網將熱量輸送給千家萬戶。該堆型技術成熟，在低溫常壓下運行，無需廠外應急，可貼臨城市建設，具有零堆熔、零排放、易退役、投資少等特點，而且選址靈活，內陸沿海均可使用，非常適合北方內陸，使用壽命為60年。在經濟性方面，其熱價遠優于燃氣，與燃煤、熱電聯產有經濟可比性。據測算，一座400MW的“燕龍”低溫供熱堆的供暖建筑面積約20km2，相當于20萬戶三居室。

同日，作為泳池式低溫供熱堆“演示驗證—示范工程—商業推廣”三步走發展戰略的第一步，中核集團在中國原子能科學研究院啟動的供熱演示項目——泳池式輕水反應堆（49-2堆）實現安全供熱滿168h，具備為原子能院部分辦公樓提供供熱、功能演示及實操培訓能力，充分驗證了泳池堆供熱的可行性和安全性。隨后，中核集團將進一步加快示范工程實施步伐。

以泳池式低溫供熱堆作為城市供熱的基礎熱源，不僅可以有效改善我國能源結構，緩解日趨嚴重的能源供應緊張局面，而且對于我國應對氣候變化、治理大氣污染具有重要意義。 (中 核)

國內首套5kW/5kWh鋅溴單液流電池示范系統投入運行

由中國科學院大連化學物理研究所的研究人員自主開發的國內首套5kW/5kWh鋅溴單液流電池儲能示范系統在陜西省安康市華銀科技股份有限公司廠區內投入運行。

據介紹，鋅溴單液流電池有別于傳統的液流電池技術，其正負極采用相同的電解質溶液，僅需一套電解液儲存及循環系統，具有結構簡單、能量密度高、成本低等優點，適用于百千瓦及以下級別的分布式儲能系統。此外，其單液流的結構將溴封閉于正極內，解決了溴對管路系統的腐蝕問題。

該鋅溴單液流電池儲能示范系統由一套電解液循環系統、4個獨立的千瓦級電堆，以及與其配套的電力控制模塊組成，主要為華銀公司研發中心大樓周圍路燈和景觀燈提供照明用電，后期將配套光伏組成智能微網。經現場測試，該系統在額定功率下運行時的能量轉換效率超過70%。其成功運行為鋅溴單液流電池系統的工程化和產業化開發奠定了堅實的基礎。 (大化物)

日本東京大學提高鈣鈦礦太陽能電池轉換效率

針對鈣鈦礦太陽能電池，東京大學先端科學技術研究中心的研究人員在不使用銣等稀有金屬的情況下，通過添加地球上儲量豐富的鉀元素，實現了20.5%的高轉換效率及穩定發電。

據介紹，鈣鈦礦太陽能電池是使用具有鈣鈦礦晶體結構材料的太陽能電池。與目前主流的硅太陽能電池相比，其制造工序簡易，制造成本低。目前，實用化基準轉換效率大于20%的鈣鈦礦太陽能電池需采用銣、銫等稀有金屬來維持結構穩定。

研究人員在特定條件下通過添加鉀元素保持結晶結構穩定，在完全不使用稀有金屬的情況下，成功制造出了無缺陷規整的發電層，同時，由于對電子流動不形成阻礙，因此提高了轉換效率與發電安定性。此外，研究人員還發現，采用鉀使電流、電壓變化的方式，可抑制發電量變化的“遲滯現象”，且抑制效果優于銣等金屬元素，可實現更穩定的發電。 (科技部)

全球最大口徑核電站爆破閥驅動裝置研制成功

由我國自主研發、口徑為450mm的全球最大口徑爆破閥順利完成熱態開閥試驗。這標志著CAP系列三代核電站用爆破閥全部通過鑒定。

爆破閥屬于第三代壓水核電站特有的安全裝置，其可在核電站發生嚴重事故時，通過開啟閥門觸發爆破單元，產生高壓氣體推動閥門實現非能動泄壓，最終向反應堆注入冷卻水實現冷卻堆芯，從而有效緩解和預防嚴重事故，確保核電站安全。爆破閥由藥筒驅動裝置和閥門本體兩部分組成。此次開展的熱態開閥試驗是驗證爆破閥可靠性的關鍵步驟，即驗證爆破閥在管道內存在高溫蒸汽壓力的真實工況下，藥筒驅動裝置正常作用并實現開閥功能的能力。

此次熱態開閥試驗采用的藥筒驅動裝置由中國工程物理研究院化工材料研究所歷時6年研制成功，擁有完全自主知識產權。該所基于其在火炸藥領域的技術積累，在火工藥劑選取和驗證上采用全新的途徑，在爆破閥閥體及驅動裝置的結

構和參數匹配設計方面通過模擬計算、自主設計等進行了多點創新。同時，通過軍民合作研發，該所還與大連大高閥門股份有限公司、上海核工程研究院等單位共同實現了爆破閥原理樣機研究、工程樣機設計等多項技術突破，目前已形成了擁有自主知識產權的我國核電站爆破閥全套技術。 (刊 綜)

新型離子太陽能電池助力海水淡化

美國加利福尼亞大學歐文分校的研究人員制作出一種“離子模擬的電子P-N結太陽能電池”，能夠利用光能激發水的半導體特性，從而產生離子電。該電池在發電和海水淡化方面具有良好的應用前景。

在該項研究中，加州大學的研究人員將水通過兩種離子交換膜，其中一種膜主要運輸質子等正電荷離子，另一種膜主要運輸氫氧根離子等負電荷離子，就像一對“化學門”使電荷分離；然后，研究人員再使用激光照射系統，使光敏有機染料分子結合在膜上，繼而解放質子；隨后，這些質子將被運輸到膜的酸性側，產生最高可超過100mV的離子電流電壓（平均60mV）。

目前，該雙膜系統可達到的電流水平仍是其應用的主要限制，因為若要實現海水淡化，光伏電壓必須被放大到200mV。但是，研究人員認為，通過深入了解水的特性，進一步優化設計雙極膜界面，就可以提高電壓和電流。 (W.KX)

我國利用核技術處理工業廢水取得突破

我國首創、世界領先的電子束處理工業廢水技術已通過由中國核能行業協會組織的科技成果鑒定。該技術由中廣核核技術發展股份有限公司與清華大學聯合研發。目前，中廣核技公司已與恒昌集團有限公司聯合建設了首個電子束輻照處理工業規模印染廢水示范工程，標志著電子束處理工業廢水技術臻于成熟，具備了大規模產業化應用條件。

據悉，目前常用的工業廢水處理工藝是在生化處理后，出水采用混凝沉淀加臭氧氧化，處理后僅能達到接入城市污水處理廠的納管標準。而采用該電子束輻照加混凝沉淀處理工藝，出水水質能夠達到直接排放標準要求。與原工藝相比較，采用該工藝，每噸廢水的處理費用可節省約1.4元。按照每天處理10000t廢水計算，設備運行一年可節約近500萬元。同時，印染廢水經過電子束輻照深度處理后，還能實現部分回用，提高經濟效益。

該技術廣泛適用于印染、造紙、化工、制藥等各行業廢水處理，以及水質復雜的工業園區廢水處理，還可用于醫療廢棄物、抗生素菌渣等特殊危險廢物的無害化處理。隨著技術改進和綜合解決方案的研發，未來，該技術還可應用于污水中無機重金屬離子的去除，以及固體污泥、工業廢氣、環境突發應急、醫用污水、廢渣處理等領域。 (科工局)

中車首臺高鐵軌道車輛智能檢修系統研制成功

中車青島四方車輛研究所有限公司研制的首臺高鐵軌道車輛智能檢修系統亮相南京2017世界智能制造大會。其首次實現了自動化、智能化檢測，提高了列車的故障識別與檢測效率。

該系統包括控制中心和圖像采集機器人兩大部分，控制中心收集整理采集的圖像、調度整個檢查工作過程；圖像采集機器人主要由智能運載平臺、多自由度柔性機械手臂、相機、傳感器，監控攝像頭等部分組成，負責采集列車各部位的檢測信息。該系統是世界首臺利用高度柔性機器人與機器視覺融合技術，完全按照高速列車檢修標準或城市軌道列車檢測標準，實現車輛各部位視覺檢查作業的設備。

當列車入庫進行檢修時，該系統就會啟動圖像采集機器人進行自檢，機器人勻速前行至車頭位置時，自動對車輛底部進行圖像檢測，采集車底圖片；當機器人到達車尾定點位置后，伸出機械手臂并逆向行駛，機器人發出的激光定位到轉向架位置后，機械臂按照預定設計進入轉向架和車輛底部的狹窄空間，采集列車關鍵部位圖片；同時，機器人自動開啟面陣相機，進行更為詳實的底部高清拍攝。與傳統人工作業相比，該系統的檢修范圍可增加40%以上，還可降低漏檢率、提高檢修效率。列車采集信息可實時顯示在控制中心顯示器上，采集完成后，機器人自動返回初始位置并關機。 (工 報)

我國首批檢驗檢疫智能執法輔助機器人即將上崗

廣東出入境檢驗檢疫局推出我國首批8臺被命名為“國檢”的檢驗檢疫智能執法輔助機器人。這些機器人將應用于廣州天河廣九直通車口岸和廣州白云國際機場口岸入境旅檢現場。

據介紹，該機器人配置了1300萬像素高清攝像頭和激光雷達，在出入境口岸現場可實現三大功能：一是高溫探測。可通過物聯網傳導的數據信息，實時對體溫超過臨界值的旅客實施報警、攔截和引導等動作。二是低溫探測。可攔截旅客違禁攜帶的通過低溫保存的生物制品如動物繁殖材料、人體組織、血液制品等。三是人臉識別。可對大數據中需重點布控的人員目標，如曾有違規行為的出入境旅客實施精準識別、預警和攔截。同時，該機器人還可通過物聯網大數據及語音識別功能，與旅客實現人機互動，提供檢驗檢疫業務咨詢，同時實現業務信息輪播。目前，該機器人云端已上傳檢驗檢疫相關法律法規、部門規章及相關資訊，能夠滿足民眾的日常咨詢需求。利用該機器人輔助執法，可取代口岸通關中部分專業性不高、較為機械化的工作，降低人力成本，弱化閘口形式，提升旅客通關滿意度，同時有效提升檢驗檢疫執法把關效能。 (光 電)

堡盟集團推出OM70系列高性能激光測距傳感器

瑞士堡盟集團推出OM70系列高性能點激光測距傳感器和線激光測距傳感器。該系列傳感器集高精度測量技術與操作方便性于一身，非常適用于自動化行業。

憑借亞微米級重復測量精度與較小的線性誤差，OM70系列傳感器可實現對零部件的可靠測量，以及對物體或機械手爪的高精度定位，即使在溫度波動或環境光條件不斷變化的情況下，也能確保較高的過程穩定性。其中，OM70點激光測距傳感器光斑尺寸極小，非常適用于檢查小尺寸零部件與物體的位置和高度；OM70線激光測距傳感器憑借其超細激光線，即使用于難測表面，也能確保高精度測量；用于公差測量的特殊型號傳感器可有效檢測物體的尺寸精度。通過對參照物進行自學習，OM70系列傳感器可直接計算出與目標值的偏差，數字量輸出也可相應地進行配置。此外，該系列傳感器操作簡單，僅需通過一塊清晰可見、內置實時監控功能的觸摸屏，即可直接在傳感器上完成參數設置操作。 (堡 盟)

我國自主研制主動型氫原子鐘將現身空間站

北京無線電計量測試研究所自主研發的空間主動型氫原子鐘在載人航天空間原子鐘項目載荷擇優評比中奪魁。該產品將在2022年發射升空，用于我國空間站。

空間原子鐘項目在我國載人航天眾多項目中難度、復雜度極高。該項目將在外太空建立時間頻率實驗室，驗證在地球表面無法完成的相關科學實驗，如愛因斯坦廣義相對論等。該項目計劃于2022年發射，將采用鍶光鐘、銣噴泉鐘、主動型氫原子鐘共同組建空間原子鐘鐘組。主動型氫鐘作為核心載荷，將長期無間斷運行。屆時我國將在更寬廣的空間范圍內進行時間比對，系統產生的高準確度、高穩定度時間頻率信號將增強北斗衛星導航系統能力。該項目完成后，有望對全球定位、守時、授時格局產生較大影響。

據介紹，主動型氫原子鐘可連續輸出穩定度、準確度極高的頻率信號，在目前較為成熟的原子鐘產品中，中短期指標最高，但此前同類產品在應用中受到了體積和重量的限制。北京無線電計量測試研究所此次研制的空間主動型氫原子鐘采用貯存加載分離技術，實現了腔體高可靠、小型化和工藝優化。該產品樣機的整體重量約為40kg，體積僅為傳統產品的1/5。 (吳 巍)

全球最大功率高壓直流變壓器技術獲突破

由瑞士ABB集團與我國國家電網公司共同研制的全球最大功率1100kV特高壓直流變壓器成功在ABB集團通過了一系列型式試驗和測試，為昌吉—古泉±1100kV特高壓直流線路的落成奠定了堅實的基礎，也為長距離、低損耗、大容量輸電提供了技術支撐，還為把直流與交流電網互聯，實現跨地區、跨國家電網互聯互通打下了基礎。

昌吉—古泉特高壓直流輸電線路是全球首條±1100kV特高壓直流輸電線路，在電壓等級、輸電容量和距離上都創下了新的世界紀錄，將把新疆的電力輸送到安徽。該線路的輸電距離超過3000km，輸電功率達到1200萬千瓦，相當于12座大型發電廠的功率，與目前投入運營的±800kV特高壓直流輸電線路相比，其輸電能力提高了50%，將在實現偏遠地區可再生能源大規模并網方面發揮關鍵作用。

該線路投入運營后，將向8條500kV和2條1000kV交流線路提供電能，輸送的電量相當于瑞士年均用電量的2倍。同時，該1100kV特高壓直流變壓器也首次將±1100kV特高壓直流輸電線路接入750kV交流線路。此外，ABB集團還為該線路開發并成功測試了換流閥、套管、直流斷路器等一系列其它關鍵設備。 (機 經)

航天希爾公司感應式振動臺打破國外壟斷

北京航天希爾測試技術有限公司承擔的“大推力振動臺系統項目”順利通過了北京市經濟和信息化委員會組織的現場審查，成為北京市企業技術中心重點創新項目。

據介紹，以往，大推力振動臺主要由美國、日本、英國等國家生產。為了突破國外技術封鎖，滿足我國大型軍、民用產品研制試驗需求，航天希爾公司啟動了大推力振動臺自主研發工作。航天希爾公司突破了大尺寸、大承載、高可靠電動振動臺制備等關鍵技術，研制出了20t、30t、35t、70t等一系列大推力振動臺產品。其中，該公司研發的70t推力振動臺是目前世界上最大的單體推力振動臺，其各項指標均達到國際領先水平。這些大推力振動臺不僅可應用于新一代大型航天器的振動試驗，還能夠用于我國大型鐵路機車、船舶、重型特種車等先進裝備的可靠性試驗。 (運載院)