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新型微納電子材料的不斷涌現，尤其是最近幾年二維材料（石墨烯、二硫化鉬、拓撲絕緣體等）的出現，對生長設備提出了更高的要求。在科研生產領域，以分子束外延系統為代表的高端生長設備，長期被歐美進口設備所壟斷。目前，國內的真空設備廠家的技術加工的硬件水平已經達標，所欠缺的就是一個整體系統設計。徐永兵課題組的青年千人何亮教授在超高真空薄膜生長領域，具有超過十五年的研究工作經驗。熟悉物理

Nd2Fe14B永磁材料的制備方法主要有粉末冶金和快淬等，具有高能源消耗和需要高純度元素作為初始原料等特點，在制備Nd2Fe14B基粘結磁體、燒結磁體或工程應用中的磁彈性體時，磁性粉末是必不可少的。通常情況下，微米級的Nd2Fe14B永磁粉末采用旋淬、破碎、球磨或者HDDR技術來制取；在納米尺寸范圍內，永磁納米粒子所具有的形狀及大小分布的優點決定了永磁納米粒子可應用于

首次構建出無機離子寡聚體并可以通過“無機離子聚合”全新途徑可塑地構建出無機材料，實現“像制造塑料一樣制造無機物”（Nature 2019）并可以進一步實現無機材料的相互融合（Science 2021）。 一、項目分類 重大科學前沿創新 二、成果簡介 首次構建出無機離子寡聚體并可以通過“無機離子聚合”全新途徑可塑地構建出無機材料，實現“像制造塑料一樣制造無機物”（Nature 2019）并可以進一步實現無機材料的相互融合（Science 2021）。這些成果突破了無機塊體材料依賴高溫燒結定形的傳統途徑，可以在常溫條件下實現構建，為功能材料的制備提供革命性的科學新基礎，特別適合在生物體內開展仿生合成。目前已經顛覆性地實現以下突破： 1）結合生物礦化實現人體牙釉質的再生（Sci Adv 2019），再生層與天然牙釉結構完全一致，擁有相同的生物力學特性。該工作打破了傳統口腔醫學中牙釉質不能再生的認知，引領新一代口腔材料從“填充型”轉變為“再生型”。目前已進入轉化研究階段，樣品能夠高效地修復牙齒表面的微小缺損。 2）結合傳統有機聚合發展出有機-無機共聚新技術，可以制備出有機-無機共聚物（Angew Chem Int Ed 2020）。與傳統的有機無機復合材料不同，共聚型新材料能夠在分子尺度上實現有機和無機相之間的相互融合，從而構建出結構完全均一、具有優異力學性能的輕質高強材料。特別是在傳統高分子材料中引入無機離子鍵可以顯著增強材料原有的力學性能，例如通過無機離子寡聚體可以大幅度改善傳統塑料材料。 “無機離子聚合”可以構建出柔性無機離子材料，開發出礦物基塑料替代新材料，被稱為“石頭變塑料” （Adv Mater 2022）。礦物基塑料材料與傳統塑料相比在保持制備可塑性和結構韌性的同時，具有高強、高硬和高熱穩定性等新特征，而其礦物的本質特征還可以使材料能夠融入到自然的礦物循環中，為解決塑料污染問題提供新策略，是一種環保型的新材料。

新型保溫材料防火達到A級。

針對當前各類電子信息元器件多功能化、高頻化的趨勢，特別是微波、毫米波60GHz載波通信的出現，所研發的新型微波旋磁-介電復合陶瓷材料能夠在寬頻段范圍特別是微波頻段內同時具有優良電磁性能與介電性能，并滿足LTCC技術要求，是一種多功能電路板材料。研發的新型微波旋磁-介電復合陶瓷材料性能將達到先進水平，可以滿足汽車、航空、航天等工業領域的需求，實現基于自主研發的微波磁介復合陶瓷材料及其相關器件的批量生產。項目的實施可以滿足我國在運載火箭系統、衛星系統、導彈、神舟飛船、區域電子對抗系統中的微波通訊、功率放大器、發射機等微波集成電路中(MIC)等軍事方面對無線通信天線的應用需求，從而填補我國在這一領域的技術空白，替代國外同類產品，改變我國目前面臨的關鍵元器件受制于人的不利局面，具有巨大的戰略價值和社會經濟效應。本項目完成后，在微波磁介復合陶瓷材料技術方面具有獨立的知識產權，降低我國在這一關鍵領域的對外依賴程度，同時將顯著改善相關領域缺乏自主創新、具有高附加值的技術和產品的現狀，形成示范性整體性產業化鏈條，提升產業地位。

成果與項目的背景及主要用途： 泡沫鋁材是一種新型的功能材料，一般孔隙率在 45％～98％之間，根據孔 隙特點分為開孔與閉孔兩種，各國學者早在 40 年代后期就對泡沫金屬材料有所 研究，但由于發泡工藝與孔的尺寸很難控制，一直未得到發展，直到 80 年代中 期以后才取得長足進展，開發出了一些有工業價值的生產工藝。目前，日本與德 國在研究、生產與應用泡沫鋁材與其他金屬泡沫方面居世界領先地位。我國對泡 沫鋁材的研究始于 80 年代后期，并取得了一系列的研究成果，但尚未取得突破 性的成就，仍處于起步階段。 目前，泡沫鋁的應用主要有：防火和吸音板、沖擊能量吸收材料、建筑板、 半導體氣體擴散盤、熱交換器、電磁屏蔽物等方面。還應用于冶金、化工、航空 航天、船舶、電子、汽車制造和建筑業等領域，應用范圍還在不斷擴大。 技術原理與工藝流程簡介： 本課題采取的是傳統的粉末冶金工藝，把鋁粉和造孔劑混合后，壓制成預制 件，在熱水中將造孔劑溶解掉，然后在真空爐中對預制件進行真空燒結，就得到 了開孔泡沫鋁。本試驗方法具有以下優點： 1.采用的粉末冶金法可以制備復雜形狀的試樣，工藝簡單容易實現。 2.通過改變工藝參數可以十分容易地控制孔隙率、孔形狀及孔的大小。這一 點是其它方法難以做到的。 3.采用的造孔劑為尿素、碳酸氫銨，成本低、形狀可控且容易去除。 技術水平及專利與獲獎情況： 1. B. Jiang, N.Q. Zhao, C.S. Shi, J.J. Li. Processing of open cell aluminum foams with tailored porous morphology. Scripta Mater 53(2005)781-785.(JCR 工程技術 二 區，2004 年影響因子 2.112,檢索號：952BD.同時被 Ei 檢索，檢索號：05289206237) 2. B. Jiang, N.Q. Zhao, C.S. Shi, X.W. Du, J.J Li, H.C.Man. A novel method for making open cell aluminum foams by powder sintering process. Mater lett 59(2005)3333-3336. (JCR 工程技術 三區，2004 年影響因子 1.186) 113天津大學科技成果選編 3. 姜斌，趙乃勤. 泡沫鋁的制備方法及應用進展.金屬熱處理. 30(2005)36-40. （Ei 檢索，檢索號：05279197817） 應用前景分析及效益預測： 泡沫鋁以其獨特的結構而具有許多優異的性能，它不僅具有多孔材料所具有 的輕質特性，還具有金屬所具有的優良的力學性能和熱、電等物理性能，如滲透、 阻尼、能量吸收、高比表面積、電磁屏蔽等性能。目前，泡沫鋁材已經廣泛應用 于防火裝飾材料、沖擊能量吸收材料、熱交換器等。由粉末冶金法制備的泡沫鋁 工藝簡單，成本低廉，可以制備復雜形狀的試樣。并且通過改變工藝參數可以容 易地控制孔隙率、孔形狀及孔的大小，這一點是其它方法難以做到的。所以本方 法有推廣應用價值。 應用領域： 泡沫鋁的應用主要有：防火和吸音板、沖擊能量吸收材料、建筑板、半導體 擴散器盤、熱交換器、電磁屏蔽物等方面。還可廣泛應用于冶金、化工、航空航 天、船舶、電子、汽車制造和建筑業等領域。 合作方式及條件：合作開發 7、高附加值尖晶石結構鐵酸鎳/鐵酸鎂/鐵酸鋅納米粉的制備方法 成果（項目）背景、簡介及應用領域： 據市場調查公司(富士經濟)的調查，納米技術最先實現商業化的就是材料領 域。納米材料的世界市場規模到 2015 年預計可達 15000 億美元，其中電子學領 域最高可達 8000 億美元；生物技術領域最高可達 3000 億美元。 納米材料(又稱超細微粒、超細粉末)是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區域 的一種典型系統，其結構既不同于體塊材料，也不同于單個的原子。其特殊的結 構層次使它具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等，擁有一系列新穎的物理 和化學特性，在眾多領域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應用 價值。 尖晶石結構的納米NiFe2O4作為一種陶瓷材料具有耐高溫，高硬度，高強度， 114天津大學科技成果選編 熱穩定性好等優點。NiFe2O4 是一種常用的軟磁材料，可用作磁頭材料、矩磁材 料和微波吸收材料，同時也是制備性能優良的磁電轉換復合材料所選用的磁致伸 縮材料，在電子工業上具有極廣闊的應用前景。NiFe2O4 還是好的氣敏傳感材料， 還可以作為鋰電池的負極材料。 本技術是一種新穎的納米化合物的制備方法，該法用水和熱能替代傳統的草 酸鹽、碳酸鹽等，與傳統共沉淀法制備超微粉相比，由于直接利用了萃取過程中 的物料，降低了粉末的生產成本，并得到了更高純度的產品，減少了化工原料的 消耗和廢水的排放，是制備高品質超細金屬氧化物材料經濟便捷的綠色化學工藝。 因此，這種結合溶劑萃取制備高級無機材料的新過程是極有發展前途的新方法。 這個過程容易將沉淀粒子的大小控制在納米范圍內，從而克服了直接水解法難以 控制氧化物粒度的弊端。 成果（項目）技術特點（技術優勢及主要指標）： 本項目采用先進的新方法，合成一些售價在 500~2000 元/公斤的高附加值的 納米材料，該新技術吸收和繼承了液相法的優點并解決了現有合成方法中存在的 一些不足。本技術采用低成本的原料，降低了能耗，且容易產業化。 該新技術為一步合成方法,吸收和繼承了液相法的優點并解決了現有合成方 法中存在的如下問題： 1）解決了固相法中產物粒度不易控制、批次間分布不均勻，產品粒徑大、 形貌不規則的問題，通過改變工藝條件，可以調節產品的形貌、粒度大小和性能。 2）本技術為一步合成法，反應在短時間內就能完成，且省去了濕化學法后 續工藝的高溫煅燒和球磨過程，能直接合成納米級或微米級的粉體。 3）通過使用有機萃取劑對亞鐵離子的萃取提高了產品的純度，通過萃取劑 的循環，降低了生產成本、減少了化工產品的消耗和排放，屬潔凈工藝。 4）容易實施對產品的改性。 5）原料來源廣泛、制備工藝簡單、流程短、耗能低、工藝條件容易掌握、 易于工業化生產。 技術水平及專利與獲獎情況： 1) 申請了國家專利，并獲授權：尖晶石結構鐵酸鎳納米粉的制備方法， 115天津大學科技成果選編 申請號: CN200710057617.7，授權號: CN100506749，授權日: 2009.07.01 尖晶石結構鐵酸鎂納米粒子的合成方法， 申請號: CN200710057615.8，授權號: CN101070192B，授權日: 2010.10.13 2) 該技術在實驗室已取得決定性突破。通過與企業的合作，進一步研究開 發，可望達到或超過國際同類產品的水平。 3) 該產品已完成放大實驗，經中試后，便可進行試生產和生產。 應用前景分析及經濟效益預測： 本技術采用的液相合成新方法優勢明顯，如反應時間短，后處理簡單等。而 且樣品為納米級，粒徑也較均勻，這對產品的性能有很大影響。此外，有機體系 中還可以直接用純水做反應物，無廢堿排放，有機萃取劑也可以循環使用，屬于 綠色工藝，具有重要的實際應用價值。 本技術的原料成本低于其它方法，設備投資小：主要設備是低壓反應釜，反 應在中性的介質中和低于 150OC 的溫度下進行，因而對設備的耐腐蝕性要求不 高，與目前的固相法相比設備的投資小。 本項目按照年生產能力 100 噸、原料成本 5 萬元/噸、產品銷售價 20 萬元/ 噸計算，毛利收入 1500 萬元。 技術轉化條件：（包括：原料、設備、廠房面積的要求及投資規模） 1.原料，具體如下： ①鎳鹽：可以選用工業級的硫酸鎳、氯化鎳等，通過溶劑萃取提純 Ni2+。 ②少量氨水和萃取劑(循環使用)。 2.主要設備：低壓反應釜、過濾機、干燥箱、粉碎機。 3.生產用房高 4 米，其它為普通房。 4.投資規模：根據投資確定，如本年產總量 500 噸，項目開發總投資約為 2000 萬元，利稅可達到 3000-4000 萬。 合作方式及條件：面議。

能源短缺與環境污染是影響當前社會發展最重要的問題，亟需解決。新型光催化技術由于能夠利用太陽光分解水制氫氣和降解環境污染物，使其成為解決當前的能源危機和環境污染等問題最有前途的技術之一，備受矚目。而當前光催化領域最重要的問題就是去設計、尋找高效穩定的可見光響應型半導體材料。在此，我們主要通過改性前驅體和設計新的焙燒策略成功得到了具備多孔結構、低碳含量、納米片形貌的 g-C3N4 光催化劑，相比原始的 g-C3N4 ，光催化性能提升了 8 倍；通過介孔化設計和負載貴金屬光催化劑，成功解決了 Pb3Nb2O8 光催化劑比表面積小、光生電子 - 空穴易復合的缺點，使光催化活性顯著提升了 62 倍。通過調查浸漬提拉、磁控濺射、電泳沉積等手段，成果獲得了 Bi2MoO6 和 Pb3Nb4O13 光電極材料，充分探索了其光電化學性能，并且通過負載 Co-P 顯著提升了其光電轉化效率，為分解水制氫與太陽能電池領域提供了一種可選擇性的材料；過渡金屬離子摻雜與介孔材料有效結合，有效地探索了表面摻雜與體相摻雜 Fe2O3 對其電子結構的影響、光電催化性能的影響。

研究團隊以釔鋁石榴石體系（YAG:Ce3+黃色熒光材料）和氮化物體系（CaAlSiN3:Eu2+紅色熒光材料）為研究對象，率先開發出高導熱YAG:Ce3+基復相黃色熒光陶瓷，其在50W?mm-2的高光通量密度藍光激光激發下，仍能保持優異的可靠性，該產品已與企業合作開發出汽車前照大燈。為了獲得高顯色指數的激光白光，通過考察晶粒擇優取向、燒結助劑和組合燒結工藝等對材料致密化、微觀結構的影響，首次制備得到致密的CaAlSiN3:Eu2+紅色熒光陶瓷。

近日，中國科大合肥微尺度物質科學國家研究中心國際功能材料量子設計中心和物理系中科院強耦合量子材料物理重點實驗室曾長淦教授研究組與王征飛教授研究組實驗與理論合作，首次在單元素半導體碲中發現了由外爾費米子主導的手性反常現象以及以磁場對數為周期的量子振蕩，成功將外爾物理拓展到半導體體系。該研究成果在線發表在《Proceedings of the Natio