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新材料、高分子材料專業(yè)

仿生表面織構(gòu)起源 傳統(tǒng)摩擦學(xué)認(rèn)為光滑表面具有較低摩擦力和磨損，反之，非光滑表面會(huì)帶來較大的摩擦力和磨損。而自然界進(jìn)化過程中，某些生物的表面微觀結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的自潤(rùn)滑和抗磨減磨性能，如鯊魚皮表面微溝槽表現(xiàn)的超低流體阻力，穿山甲表面微結(jié)構(gòu)的優(yōu)異耐磨抗磨性能。因此，如能掌握其機(jī)理，則可進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。 鉆頭軸承及壓裂泵柱塞密封系統(tǒng)仿生織構(gòu)潤(rùn)滑減磨設(shè)計(jì)及應(yīng)用 織構(gòu)化鉆頭軸承 鉆頭作為破碎巖石形成井眼的重要工具之一，在高溫高壓、沖擊動(dòng)載及貧脂潤(rùn)滑的惡劣環(huán)境下，其核心部件鉆頭滑動(dòng)軸承易發(fā)生黏著磨損從而最終導(dǎo)致鉆頭整體失效破壞，亟需降耗增壽的新技術(shù)來為其安全、可靠使用和延壽經(jīng)濟(jì)運(yùn)行保駕護(hù)航。 發(fā)明了基于多物理場(chǎng)耦合的超快激光精準(zhǔn)高效制備的冰霜輔助超快激光刻蝕分束技術(shù)（US17026096，ZL202011229792.1），形成了鉆頭軸承軸徑曲面仿生織構(gòu)的納秒/皮秒的激光加工與表征評(píng)價(jià)方法；目前正在與中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所和中石化江鉆石油機(jī)械有限公司開展鉆頭軸承織構(gòu)工業(yè)化的超快激光加工與質(zhì)量檢測(cè)流水線建設(shè)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究測(cè)試，可滿足織構(gòu)化鉆頭2000支的年產(chǎn)量需求。 建立了織構(gòu)鉆頭軸承潤(rùn)滑減磨性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論研究與實(shí)驗(yàn)測(cè)試評(píng)價(jià)方法(ZL201310416270.6，ZL201710973537.X，.ZL201810946598.1）。以摩擦系數(shù)、磨損量、油膜厚度、溫升和無量綱承載能力等為評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于理論研究、單元實(shí)驗(yàn)和全尺寸的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，模擬測(cè)試工況下初步優(yōu)選的圓形、橢圓形、人字形溝槽織構(gòu)可使鉆頭軸承減磨性能和壽命提升50%以上。 織構(gòu)化柱塞密封系統(tǒng) 柱塞動(dòng)密封系統(tǒng)是油氣增產(chǎn)壓裂作業(yè)實(shí)施中壓裂泵裝備的關(guān)鍵部件之一，其在超高壓、沖擊動(dòng)載及交變往復(fù)運(yùn)動(dòng)工況下，壓裂泵柱塞動(dòng)密封系統(tǒng)易發(fā)生磨損失效而導(dǎo)致密封刺漏等失效，是制約壓裂泵工作性能、可靠性和作業(yè)成本的關(guān)鍵因素， 亟需創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法來提升壓裂泵柱塞動(dòng)密封系統(tǒng)的壽命及可靠性。 發(fā)明了柱塞表面仿生織構(gòu)大尺寸拼接刻蝕工藝規(guī)劃及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法（ZL201910892024.5）， 創(chuàng)新研發(fā)了柱塞織構(gòu)批量化激光分束加工的軟件控制系統(tǒng)和配套夾具系統(tǒng)。 發(fā)明了表面織構(gòu)化壓裂泵柱塞及其動(dòng)密封系統(tǒng)性能抗磨減磨性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論研究與試驗(yàn)測(cè)試評(píng)價(jià)方法(ZL201310423514.3)，基于理論模擬、單元及全尺寸臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，初步優(yōu)選的圓形和橢圓形織構(gòu)布置于壓裂泵柱塞表面可實(shí)現(xiàn)柱塞動(dòng)密封系統(tǒng)的摩擦系數(shù)和溫升降低45%以上，壽命延長(zhǎng)30%以上，目前正在與中石油第四石油機(jī)械有限公司和中油國家鉆井裝備工程技術(shù)研究中心有限公司開展現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)測(cè)試。 未來應(yīng)用前景及市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè) 該技術(shù)垂直應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橛蜌饪碧介_發(fā)裝備、油氣集輸裝備、通用機(jī)械裝備的潤(rùn)滑、密封、抗沖蝕與減阻等領(lǐng)域，摩擦消耗了一次能源的1/3以上，80%的裝備失效是由磨損引起的。兩者造成的損失相當(dāng)于GDP2%-7%，2019年我國的GDP為99萬億元，按5%計(jì)算約為4.95萬億元。

本發(fā)明公開了一種具有細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)仿生的兩親性接枝共聚物,所述共聚物的主鏈為殼聚糖，側(cè)鏈分別為親水的磷酸膽堿和疏水的脂肪酸;本發(fā)明所制備的兩親接枝共聚物具有細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)仿生的特點(diǎn)：磷酸膽堿分子模擬細(xì)胞膜中磷脂分子的頭部，殼聚糖的糖單元模擬細(xì)胞膜上糖脂分子的頭部，疏水的脂肪酸則模擬磷脂和糖脂分子的疏水碳鏈。所述共聚物具有良好的生物相容性和親水性。在作為納米藥物載體時(shí)，既能夠阻抗蛋白質(zhì)的非特異性粘附，又能容易地被病灶細(xì)胞內(nèi)吞。此外，該接枝共聚物能夠穩(wěn)定的分散在高鹽度和廣泛pH條件下。本發(fā)明同時(shí)還提供了制備所述共聚物的方法，操作簡(jiǎn)單，成本低，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率較高。

一種高效保溫隔熱材料 SiO2 納米多孔氣凝膠，美國已將類似的材料用于航天飛機(jī)。 這種性能優(yōu)異的新型保溫隔熱隔聲材料，其纖細(xì)的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使之具有極低的固態(tài)熱 傳導(dǎo)以及氣態(tài)熱傳導(dǎo)。在常溫常壓下熱導(dǎo)率可低達(dá) 0.02W/（m?K），是當(dāng)前熱導(dǎo)率最低的 固態(tài)材料。它不僅根據(jù)熱導(dǎo)率推算，一塊不到一寸厚的 SiO2納米多孔氣凝膠，相等于二 十至三十塊普通玻璃或 15cm 厚度的混凝土墻體的隔熱功能。鑒于目前建筑材料的隔熱 性能差,僅上海的建筑能耗占總能耗的 25.4%，因此有關(guān)專家呼吁應(yīng)大力推廣各類保溫隔 熱輕質(zhì)材料，SiO2納米多孔氣凝膠以其優(yōu)異的保溫隔聲性能有望成為一種環(huán)保型高效保 溫隔聲輕質(zhì)建材。另外 SiO2納米多孔氣凝膠還具有透光性，可以有效地透過可見光，同 時(shí)可以高效地阻隔紅外輻射，因此，用于建筑物可以很好地兼顧采光和節(jié)能。

發(fā)光材料一般可以分為兩類：熒光材料和磷光材料。熒光材料的特點(diǎn)是在外在光線或射線照射下會(huì)發(fā)光，當(dāng)外在光線或射線消失后就不會(huì)發(fā)光。而磷光材料的特點(diǎn)是在外在光線或射線消失后仍能長(zhǎng)時(shí)間地發(fā)光。也就是說，熒光材料和磷光材料的主要區(qū)別在于它們的余輝時(shí)間不同。所以，熒光材料又可以稱作為增光材料，而磷光材料又可以稱作為夜光材料。熒光材料常用于顯示屏、燈管、公路交通反光牌等。磷光材料則多用于夜光鐘表、暗處指示等。 很久以前，人們就能制造各種各樣的夜光材料，不過絕大部分都因?yàn)樾阅芴畹貌坏綇V泛的應(yīng)用。近百年來，工業(yè)上生產(chǎn)和使用的夜光材料主要是“硫化鋅：銅”?！傲蚧\：銅”的最大缺點(diǎn)是余輝時(shí)間較短，只有3小時(shí)左右。為了利用“硫化鋅：銅”作夜光材料，人們就在其中添加一些放射性元素，利用放射性元素的射線來刺激“硫化鋅：銅”持續(xù)發(fā)光。由于放射性元素對(duì)人體健康的危害，“硫化鋅：銅”夜光材料的應(yīng)用受到很大限制。現(xiàn)在基本上不再允許生產(chǎn)夜光手表就是這個(gè)原因。除了國防軍用如坑道等場(chǎng)合外，很難看到“硫化鋅：銅”的蹤跡。 近年來，夜光材料的研究出現(xiàn)重大突破，發(fā)現(xiàn)了一種新型的稀土夜光材料。這種稀土夜光材料的發(fā)光強(qiáng)度高，余輝時(shí)間長(zhǎng)，比“硫化鋅：銅”的指標(biāo)要大10倍以上。新型稀土夜光材料十分穩(wěn)定，其性能長(zhǎng)時(shí)間受光發(fā)光后不會(huì)發(fā)生變化。而“硫化鋅：銅”則不夠穩(wěn)定，在有濕氣時(shí)容易變黑，性能降低。新型稀土夜光透明性較好，其粉末顯淡黃色。比重為每立方厘米為3.6克。由于不再需要加入放射性元素，所以對(duì)人體健康毫無害處。

相變儲(chǔ)能材料(Phase Change Materials, PCMs)是一類利用在某一特定溫度下發(fā)生物理相態(tài)變化以實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放的儲(chǔ)能材料，一般有固- 液、液-氣和固- 固相變?nèi)N形式。目前固- 液相變儲(chǔ)能材料的研究和應(yīng)用最為廣泛，其工作原理為：當(dāng)環(huán)境溫度高于相變溫度時(shí)，材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)并吸收熱量；而當(dāng)環(huán)境溫度低于相變點(diǎn)時(shí)，材料由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)釋放熱量，從而維持環(huán)境溫度在適宜水平。在相變過程中材料吸收或釋放的熱量，是材料單一相態(tài)溫度變化時(shí)吸收或釋放熱量的幾十倍甚至幾百倍。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介相變儲(chǔ)能材料(Phase Change Materials, PCMs)是一類利用在某一特定溫度下發(fā)生物理相態(tài)變化以實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放的儲(chǔ)能材料，一般有固- 液、液-氣和固- 固相變?nèi)N形式。目前固- 液相變儲(chǔ)能材料的研究和應(yīng)用最為廣泛，其工作原理為：當(dāng)環(huán)境溫度高于相變溫度時(shí)，材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)并吸收熱量；而當(dāng)環(huán)境溫度低于相變點(diǎn)時(shí)，材料由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)釋放熱量，從而維持環(huán)境溫度在適宜水平。在相變過程中材料吸收或釋放的熱量，是材料單一相態(tài)溫度變化時(shí)吸收或釋放熱量的幾十倍甚至幾百倍。相變儲(chǔ)能材料儲(chǔ)能原理應(yīng)用范圍 相變儲(chǔ)能材料響應(yīng)溫度變化所吸收和釋放的是熱能，在能源高效利用和節(jié)能保溫領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。如在建筑節(jié)能、太陽能利用、電力調(diào)峰、可再生能源消納、工業(yè)余熱回收、紡織品、冷鏈運(yùn)輸、醫(yī)療健康等方面擁有廣闊的市場(chǎng)前景。項(xiàng)目階段目前主要的有機(jī)相變儲(chǔ)能材料產(chǎn)品來源于石油工業(yè)的副產(chǎn)物，具有毒性，同時(shí)因其不會(huì)被生物降解，所以會(huì)持續(xù)產(chǎn)生污染。研發(fā)團(tuán)隊(duì)以國家“973”計(jì)劃—“節(jié)能領(lǐng)域納米材料機(jī)敏特性關(guān)鍵科學(xué)問題研究”課題的研究成果為基礎(chǔ)，制備出基于天然可再生油脂的相變儲(chǔ)能材料，具有綠色無毒、可降解、儲(chǔ)能密度高等優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行功能化處理，使其進(jìn)一步具備了高光熱轉(zhuǎn)換效率及良好的儲(chǔ)熱特性，可高效利用太陽能及環(huán)境余熱。知識(shí)產(chǎn)權(quán)已申請(qǐng)相關(guān)專利。調(diào)配出的不同溫度的相變材料合作方式1. 可根據(jù)實(shí)際情況研制具有不同相變溫度的相變儲(chǔ)能材料，滿足各類需求。2. 完成建筑用相變儲(chǔ)能材料產(chǎn)品的中試生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了相變儲(chǔ)能產(chǎn)品的規(guī)模化制備，如相變儲(chǔ)能地板產(chǎn)品、相變儲(chǔ)能板材產(chǎn)品、相變儲(chǔ)能粉體（60-80 目）與顆粒產(chǎn)品（5-8mm）等。其中，地板和板材產(chǎn)品可用于室內(nèi)裝修，粉體和顆粒產(chǎn)品可作為其他建材，如涂料、砂漿、水泥、混凝土等的添加物。3. 將制備的相變儲(chǔ)能板材應(yīng)用于實(shí)際建筑中，取得了很好的控溫節(jié)能效果：在北京冬季時(shí)，白天室內(nèi)最多可少升溫6-7℃，且溫度峰值延后近2 小時(shí)；夜晚溫度降低時(shí)間最多可延遲近6 小時(shí)（以降至18℃為限），有效減小了室內(nèi)溫度波動(dòng)，并減少約18% 的采暖電能能耗。4. 研制了一套相變蓄熱供暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)可將谷電期間的電能轉(zhuǎn)化為熱能并存儲(chǔ)于相變儲(chǔ)能材料內(nèi)，在非谷電期間則利用所存儲(chǔ)的熱能實(shí)現(xiàn)用戶供暖。該系統(tǒng)有助于電力系統(tǒng)的蓄熱調(diào)峰，也可有效降低終端用戶的采暖成本，同時(shí)還具有體積小、效率高、節(jié)能環(huán)保、無噪音、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)實(shí)際的供暖試驗(yàn)結(jié)果表明，峰電期間僅利用存儲(chǔ)的熱量進(jìn)行供暖，可使用戶室內(nèi)平均溫度達(dá)到20℃，與市政集中供暖相比，采暖費(fèi)用可降低約20%。

集成電路產(chǎn)業(yè)需要大量高端薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，上個(gè)世紀(jì)80年代，MBE作為一種尖端技術(shù)，國外就對(duì)中國進(jìn)行了技術(shù)封鎖，禁運(yùn)中國。甚至在今天，MBE仍然屬于美國對(duì)中國出口的管制類產(chǎn)品，每一臺(tái)都要經(jīng)過復(fù)雜的審批過程。