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制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨特本征性質的石墨烯三維體相材料是材料學研究中兼具學術價值和實用意義的重大挑戰。本項目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨立且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構筑而成。該材料具有良好的機械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發射能力，在瓦特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料樣品可以在真空條件下實現有效的直接光驅動，此現象為國內外所首次觀察及報道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應用價值。上述材料的制備及相關性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉換與存儲等領域的應用提供材料支持與相關理論支撐。

具有較大可逆形變功能的彈性材料在各種工程應用中具有廣泛需求。然而，當溫度顯著降低時，材料延展性或彈性通常會受到損害。到目前為止，還沒有材料能夠實現在外太空等深低溫下具有高彈性。近日，南開大學陳永勝團隊報道了一種三維交聯的石墨烯材料，在4K的深低溫到1273K的高溫溫度區間材料超彈性行為幾乎不變。在4K超低溫條件下，具有與室溫相同的力學性能：幾乎完全可逆的超彈性行為（高達90％的應變），楊氏模量不變，泊松比接近零，循環穩定性好。原位實驗和模擬結果表明，這種超彈性得益于獨特結構的協同結果：單個石墨烯片層的本征彈性和片層之間的共價連接。

儲能系統在應用領域上可以分為小型無間斷備用電源（UPS）和大型儲能電站(ESS)。UPS在停電時給計算機/服務器、存儲設備、網絡設備等計算機、通信網絡系統或工業控制系統、需要持續運轉的工業設備等提供不間斷的電力供應。儲能電站的目的是“削峰填谷”，可以把用電低谷期低價的富余的電儲存起來，在用電高峰電價較貴的時候再拿出來用，可以為用戶節約用電成本，也能在用電高峰期緩解電網的用電壓力。儲能電站還可存儲太陽能和風能電站產生的電能，將光能和風能與儲能電站完美結合，實現可再生電能的有效儲存，突破時間和氣候限制，解決了太陽能和風能由于缺乏穩定性而造成的并網難題。 目前市場上的儲能系統多是基于傳統的鉛酸電池，鉛酸電池雖然價格低廉，但是它主要有由金屬鉛構成，對環境危害很大，而且它們壽命很短，通常2年左右就要更換全部電池。在低碳和環保背景下，用新型鋰離子電池代替傳統鉛酸電池是大勢所趨。市場上雖然有基于磷酸鐵鋰電池的儲能系統，但是磷酸鐵鋰電池價格高昂，是鉛酸電池的3倍以上，在市場上缺乏競爭力。本項目的目的是設計和制造基于廉價三元鋰電池的儲能系統，可以用于備用電源也可以用于儲能電站，比基于磷酸鐵鋰的儲能系統在成本上能降低30%以上，而且能量密度更高，重量和占地面積都顯著降低。崔博士已經和敦煌力波能源科技有限公司合作在敦煌市的國家級光電基地建造了一個0.5MWH的儲能電站系統，這個儲能電站主要服務于一個光伏電廠，在光照不足時為輔助光伏板以產生穩定的輸出功率。

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨特本征性質的石墨烯三維體相材料是材料學研究中兼具學術價值和實用意義的重大挑戰。本項目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨立且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構筑而成。該材料具有良好的機械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發射能力，在瓦特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料樣品可以在真空條件下實現有效的直接光驅動，此現象為國內外所首次觀察及報道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應用價值。上述材料的制備及相關性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉換與存儲等領域的應用提供材料支持與相關理論支撐。 項目特色： 1.制備了基于二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構筑而成三維石墨烯體相材料，該材料不僅保留了二維石墨烯材料的本征性質， 而且具備優良的機械及光電性能。 2. 在國內外首次觀察到厘米級尺寸的裸眼可見的宏觀石墨烯樣品，只依靠瓦特級別的光作為單一驅動源，即可實現較大距離(數十厘米)的有效的運動，并提出了光致電子發射驅動的機理解釋上述三維石墨烯體相材料獨特的光驅動， 3. 上述材料的制備與性能研究揭示通過有效合理的結構構筑手段，能夠得到以二維石墨烯作為構成單元，并有效保留其獨特二維性質和兼具三維宏觀形態的石墨烯體相材料，此項研究為其它二維材料的開展類似工作并拓展其應用提供了范例和思路。 已取得的成果： 項目的標志性研究結果于 2015 年 6 月在線發表于 NaturePhotonics，并于 2015 年 7 月正式發表（Nature Photonics, 2015, 9, 471-476）。雜志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene”發表了專題評論。英國著名科普雜志 New Scientist 以“Spacecraft builtfrom graphene could run on nothing but sunlight”為題報道了此研究，指出該成果“再為石墨烯這種優良材料增添了一種驚人的性能”。國內主要媒體包括人民日報、光明日報、新華網以及多家門戶網站等均對此研究進行了報道，中央電視臺《新聞聯播》欄目于 2015 年 6 月21 日也對此進行了報道。 市場應用前景： 空間飛行器是人類探索宇宙的重要工具，而動力源問題一直羈絆著人類無法走得更遠。目前幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學驅動，即通過噴射燃燒的化學物質來獲得驅動力，光直接驅動飛行是科學界和航空界多年的夢想。

以高性能纖維（玻纖、碳纖、芳綸等）為增強體，通過自有獨特專利技術制備三維正交、角聯鎖、間隔型機織物以及三維多向編織物，并通過樹脂改性、復合成型等技術集成制備成系列三維機織、三維編織復合材料。系列結構材料具有質輕、高強、高模、耐沖擊等性能、阻燃、隔音、隔熱等特性，可廣泛用于交通工具、體育用品、軍事、安全防護等領域。 關鍵技術 ① 重構出“纖維-預制件-復合材料”在空間位置的真實圖像，再現復合材料內部纖維束空間路徑、偏轉和纖維束間的接觸狀態，定量揭示工藝織造參數之間的關聯關系；基于連續介質假設和有限變形理論，建立三維機織多尺度結構設計方法。 ②以界面相的微觀結構為切入點，從設計合理的碳纖維-環氧樹脂界面微結構入手，將碳納米材料作為納米改性劑引入碳纖維/環氧樹脂復合材料界面中，揭示其界面增強增韌機理，最終確立界面、結構與性能的關聯機制。 知識產權及項目獲獎情況 （1）一種用于寬幅扁平碳纖維絲束的連續定型工藝ZL201010519415.1 （2）一種適用于無彎曲織物織造的夾頭 ZL201310303000.4 （3）一種適用于無彎曲織物織造的送經裝置 ZL201310302349.6 （4）一種無彎曲織物織造的緯紗遞進裝置 ZL201310302920.4 （5）一種體密度梯度變化的碳纖維針刺預制體 ZL201410159117.4 （6）一種深交聯結構碳纖維增強酚醛樹脂基摩擦材料及其制備方法ZL201501531119.6 項目成熟度：成熟度 5 級 投資期望及應用情況 ：可廣泛用于交通工具、體育用品、軍事、安全防護等領域。 

聚天門冬氨酸（PASP）為氨基酸的聚合物，屬于生物高分子材料，是一種無毒、無污染、易降解的環境友好型化學品，用途極為廣泛。自1850年出現關于PASP合成的報導以來，逐漸受到世界上各大化學公司的關注。北京化工大學生物化工系自1998年開始研究聚天門冬氨酸的生產技術。首先利用富馬酸合成天門冬氨酸，然后采用新型天門冬氨酸聚合工藝，成功地制備了分子量從4000到18萬的聚天門冬氨酸，且分子量可控。富馬酸轉化率達95%，天門冬氨酸的收率達92%；聚天門冬氨酸鈉對天門冬氨酸的收率達80%以上。 PASP 除具有一般聚羧酸的特點外，還具有很好的生物相容性及生物降解性，這些特點使得PASP 具有十分廣泛的應用：①在水處理方面用作緩蝕劑、阻垢劑；②可作為肥料，吸收和富集植物根部周圍土壤中有用的元素；③PASP 具有良好的殺蟲、滅菌和分散能力，可用于農藥；④PASP 鹽對無機物、有機物都具有良好的分散作用，可在顏料、涂料、無機化工、及油田化學等領域獲得應用；⑤用于可降解高效吸水材料及日用化學；⑥用于醫藥等。 PASP 是一種性能優越、無毒無污染、極易降解的水溶性高分子材料，其原料易得，價格不高。我國PASP 的研究和生產正處于起步階段，近年來脫色技術及淺色產品的開發成功拓寬了其廣泛的產品市場，因此開發PASP 產品前途遠大。 建立年產2000 噸的聚天門冬氨酸工業化裝置，總投資1500 萬元。其中，若以富馬酸為原料生產，固定資產需1200 萬元；若以天門冬氨酸為原料，固定資產需600 萬元。年產值5000 萬元，成本3500 萬元，利稅1500 萬元，具有非常好的經濟效益。

聚羧酸減水劑是新一代的混凝土減水劑。其性能遠優于傳統的木質素磺酸鹽系、萘 磺酸鹽系、三聚氰胺系、氨基磺酸鹽系等系列減水劑。聚羧酸系減水劑不僅具有高減水 率、高保坍性、高強度等，而且具有生產綠色化、產品綠色化等特點，是減水劑工業的 重點發展方向。 本研究成果是基于所提出的性能－結構－設計技術研究出的第三代高性能減水劑。 從產品性能需求，來設計、優化聚合物分子結構、從而合成、制備高性能的聚羧酸減水 劑。本研究成果目前處于國內領先水平。可生產早強、緩凝、泵送等不同系列的聚羧酸 減水劑。 本技術產品可廣泛應用于建筑工程、水利、海工、橋梁、隧道等混凝土工程中。具 有廣泛的經濟效益與推廣價值。

設計了兩種基于雙噻吩酰亞胺的n-型聚合物受體材料（見圖a）。這兩種材料在場效應晶體管中都能達到1 cm2 V?1 s?1 左右的電子遷移率，但是其分子結構的微小變化對太陽能電池性能有巨大影響。研究發現，通過并環的方式將雙噻吩酰亞胺結合起來，能夠極大的提升聚合物太陽能電池的器件性能，能量轉換效率最高可達到6.85%，同時實現較大的開路電壓1.04 V（見圖b），這是萘（苝）酰亞胺體系以外的聚合物太陽能電池的最好結果。?   通過一系列材料和器件表征手段發現，雙噻吩酰亞胺并環使得聚合物半導體具有更窄的帶隙、更低的導帶能級、更高的共面性和結晶度，從而使得并環聚合物半導體具有更高的電子遷移率。同步輻射表明，并環使得高分子半導體在場效應晶體管和太陽能電池器件中具有更合適的分子空間取向（圖 2），從而有利于電荷的有效提取，取得更大的電流值和實現更高的能量轉化效率。研究結果表明并環設計是實現高性能聚合物n-型材料的有效途徑，為新型受體材料設計提供重要參考依據。

內容介紹： 首創了一種環保型無污染合成酚醛樹脂的新技術。在生產過程中無需 抽真空脫水，工藝簡單，節約能源，樹脂含量高，固化快，儲存穩定， 解決國內外甲階酚醛生產中長期存在的排放含酚、醛、醇廢水對環境造 成污染的問題，具有重大的工程應用價值。 采用聚硯接枝和共混方法研制的改性酚醛塑料，全面提高

南開大學環境微生物與微生物制造研究室從發酵食品中分離得到一株解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens LL3），它能夠利用蔗糖合成低聚果糖。 一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 南開大學環境微生物與微生物制造研究室從發酵食品中分離得到一株解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens LL3），它能夠利用蔗糖合成低聚果糖。為了提高低聚果糖的產量和純度，項目組采用溫敏質粒結合反向篩選標記——無痕基因敲除法對菌株的其他胞外產物和六個胞外蛋白基因以及3個細菌胞外多糖基因（簇）進行了敲除；5L罐分批發酵低聚果糖的產量（42 h）達到43.34g/L。為了進一步提高蔗糖酶的分泌表達，項目組整合強啟動子和信號肽對菌種進行改造，在5L發酵罐采用補料分批發酵工藝，菌株低聚果糖產量達101.7 g/L。分子量約5000Dal，純度95%以上。 項目優勢：                                                    （1）低聚果糖產品產量高：101.7g/L；產品純度高：95%以上； （2）解淀粉芽孢桿菌屬農業部規定可使用的微生物菌種； （3）所構建的重組菌株是采用無痕敲除法從解淀粉芽孢桿菌而來，菌株不含抗性基因，具有安全性； （4）采用國內發酵企業通用的發酵設備即可實施生產。