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能源與環(huán)境問(wèn)題是目前人類面臨的兩個(gè)重大危機(jī)，也是科研工作者關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以其獨(dú)特的物理性質(zhì)、醒目的光電轉(zhuǎn)化效率和良好的工業(yè)應(yīng)用前景等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種擁有巨大解決能源問(wèn)題潛力的光伏器件。但其電池效率衰減(穩(wěn)定性)等問(wèn)題是其走向工業(yè)化應(yīng)用急待解決的課題。現(xiàn)行鈣鈦礦電池比較普遍使用的空穴傳輸材料是一種比較昂貴的螺二芴結(jié)構(gòu)化合物(spiro-OMeTAD)，需要通過(guò)摻雜鋰鹽以提高電池的性能，但這同時(shí)加劇了鈣鈦礦電池的不穩(wěn)定性。所以一直以來(lái)研究人員希望尋找更加廉價(jià)和穩(wěn)定的空穴傳輸材料來(lái)替代傳統(tǒng)材料。 酞菁銅是一種具有優(yōu)異光電特性的廉價(jià)小分子半導(dǎo)體材料。但其有機(jī)溶解性比較差，不利于廉價(jià)液相工藝規(guī)模制備光電器件。許宗祥課題組從分子設(shè)計(jì)層面出發(fā)，開(kāi)發(fā)八甲基取代的酞菁銅并制備納米材料，通過(guò)酞菁納米材料與廉價(jià)商業(yè)化的高分子材料聚噻吩復(fù)合，開(kāi)發(fā)出了具備更高載流子遷移速率及環(huán)境穩(wěn)定性的空穴傳輸材料，實(shí)現(xiàn)溶液法制備出光電轉(zhuǎn)換效率為16.61%的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，效率高于傳統(tǒng)商業(yè)化的螺二芴結(jié)構(gòu)化合物(spiro-OMeTAD)。同時(shí)器件的穩(wěn)定性大幅度提高。

技術(shù)人才：高分子材料與工程專業(yè)；材料化學(xué)專業(yè)；應(yīng)用化學(xué)專業(yè)

山東大學(xué)晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陶緒堂教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)自主設(shè)計(jì)的“微爆炸法”獲得了無(wú)氧化MXene-Ti3C2Tx量子點(diǎn)，首次提出可將此類二維結(jié)構(gòu)鈦基晶體材料用于腫瘤治療，并與劉宏教授團(tuán)隊(duì)合作發(fā)現(xiàn)其具有較強(qiáng)的類芬頓反應(yīng)特性，在抗腫瘤實(shí)驗(yàn)中效果顯著，從而實(shí)現(xiàn)了更高效、更安全的納米催化治療方式。相關(guān)結(jié)果以“Nonoxidized MXene Quantum Dots Prepared by Microexplosion Method for Cancer Catalytic Therapy”為題，發(fā)表在材料類權(quán)威期刊Advanced Functional Materials（IF=15.621）上，陶緒堂教授和劉宏教授為通訊作者，晶體所博士研究生李雪松和劉鋒為共同第一作者，山東大學(xué)為獨(dú)立完成單位。 對(duì)于腫瘤治療，傳統(tǒng)的化學(xué)、物理療法都存在嚴(yán)重的副作用，限制了其在實(shí)際臨床治療中的應(yīng)用。最近，基于特殊的腫瘤微環(huán)境，利用腫瘤內(nèi)部催化反應(yīng)的納米催化治療成為前沿且備受關(guān)注。其中，研究最為廣泛的鐵基納米催化劑可特異性響應(yīng)腫瘤的弱酸性細(xì)胞微環(huán)境，釋放Fe2+并引發(fā)芬頓反應(yīng)，產(chǎn)生•OH自由基以觸發(fā)細(xì)胞凋亡，從而抑制腫瘤。然而，在弱酸性腫瘤環(huán)境中，F(xiàn)e2+催化的芬頓反應(yīng)速率較低，導(dǎo)致•OH自由基形成緩慢。此外，眾多抗腫瘤復(fù)合納米制劑的潛在毒性值得關(guān)注。因此，尋找更高催化活性和更安全的納米制劑是人們一直追求的目標(biāo)。晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陶緒堂教授團(tuán)隊(duì)與劉宏教授團(tuán)隊(duì)合作發(fā)現(xiàn)所制備的鈦基無(wú)氧化MXene-Ti3C2Tx量子點(diǎn)具有較強(qiáng)的類芬頓反應(yīng)特性，其對(duì)正常細(xì)胞和組織器官均表現(xiàn)良好的生物相容性，并對(duì)宮頸癌和乳腺癌均有強(qiáng)烈的殺傷能力，體現(xiàn)出優(yōu)異的抗腫瘤效果。這種以鈦基類芬頓反應(yīng)為基礎(chǔ)的腫瘤治療方式潛力巨大，為實(shí)現(xiàn)腫瘤的高效、精準(zhǔn)治療提供了一條新的探索途徑。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:本課題組自主開(kāi)發(fā)了納米氧化物制備工藝，結(jié)合共沸蒸餾和膜處理技術(shù)，獲得晶粒度在10~20 nm的氧化物陶瓷粉末，最高耐熱溫度1400℃以上。該項(xiàng)制備技術(shù)于2004年獲得國(guó)家發(fā)明專利（專利號(hào)ZL01128448.X）。2001年10月，“納米氧化鋯粉體制備”項(xiàng)目通過(guò)了湖北省科學(xué)技術(shù)廳主持的科技成果鑒定（證書(shū)編號(hào)：鄂科鑒字[2001]第2172380號(hào)），鑒定委員會(huì)認(rèn)為：納米氧化鋯粉體制備工藝屬于國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)，由該工藝生產(chǎn)的納米氧化鋯粉體的質(zhì)量達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。2002年9月，“納米氧化鋯粉體制備技術(shù)”項(xiàng)目列入“十五”湖北省科技攻關(guān)計(jì)劃重大項(xiàng)目：“納米材料的應(yīng)用研究與開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目。2003年4月，“納米氧化鋯粉體”項(xiàng)目列入國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品。截止目前，共授權(quán)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)明專利26項(xiàng)，系列成果3次獲得湖北省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)。該系列技術(shù)專利權(quán)在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），已經(jīng)完成耐高溫隔熱粉體和涂層的中試驗(yàn)證，技術(shù)成熟度高。在進(jìn)行納米氧化鋯粉體研發(fā)工作的同時(shí)，還自主研發(fā)了二次造粒方法制備納米氧化鋯球形團(tuán)聚體，試制出適用于熱噴涂工藝要求的、具有納米結(jié)構(gòu)的氧化鋯微米級(jí)氧化鋯噴涂粉末，該粉末可以用于等離子噴涂等相關(guān)工藝。課題組研發(fā)的納米氧化鋯材料開(kāi)始在我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)熱震涂層等領(lǐng)域進(jìn)行初步試驗(yàn)。目前，納米氧化鋯材料已經(jīng)經(jīng)過(guò)了**發(fā)動(dòng)機(jī)FWS**、艦船動(dòng)力GT**、地面發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)QD70A、QD128 燃?xì)廨啓C(jī)、XX14、XX20 等型號(hào)的實(shí)際考核、驗(yàn)證，并在空軍第三代X10、X11 等型號(hào)飛機(jī)上成功應(yīng)用。與北京鋼鐵研究總院合作，將納米氧化鋯團(tuán)聚體材料，應(yīng)用于煙燃?xì)廨啓C(jī)納米涂層技術(shù)及應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出了煙、燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件納米ZrO2熱障涂層，該涂層具有優(yōu)良的結(jié)合強(qiáng)度、隔熱、抗熱震性能，已成功應(yīng)用于PG6541燃?xì)廨啓C(jī)和YL14000A煙氣輪機(jī)熱端部件的實(shí)際應(yīng)用，使用壽命較傳統(tǒng)ZrO2涂層提高3倍以上。與貴州***公司合作，將納米氧化鋯材料粉末作為渦輪葉片熱障涂層陶瓷面層，經(jīng)入廠復(fù)驗(yàn)檢查符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)生產(chǎn)試驗(yàn)與后期使用考核。在 2011年通過(guò)中航工業(yè)相關(guān)單位組織的評(píng)審，并被制定為**系列發(fā)動(dòng)機(jī)和**發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層陶瓷面層粉末原料提供單位。F***系列發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)自主研發(fā)空軍第三代系列飛機(jī)的重要?jiǎng)恿Γ壳耙讯ㄐ巍⒉⑴垦b備部隊(duì)使用。解放軍第***工廠承擔(dān)F***系列發(fā)動(dòng)機(jī)維修任務(wù)。中國(guó)人民解放軍***工廠在進(jìn)行已使用300小時(shí)壽命F***發(fā)動(dòng)機(jī)的維修任務(wù)過(guò)程中。我們還開(kāi)發(fā)了氧化鋯靶材、高熵氧化鋯、高熵稀土鋯酸鹽等，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)完成了中試。知識(shí)產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:國(guó)家級(jí)計(jì)劃/專項(xiàng)類別:科技創(chuàng)新重大專項(xiàng)獲得經(jīng)費(fèi):600.00萬(wàn)元自籌資金:500.00萬(wàn)元自籌資金來(lái)源:企業(yè)

本項(xiàng)目屬于電子信息功能材料技術(shù)領(lǐng)域。 特色及先進(jìn)性：為了實(shí)現(xiàn)同一種單晶薄膜即可應(yīng)用于磁光器件，又可應(yīng)用于微波器件中，本項(xiàng)目提出了鉍镥鐵石榴石（BiLuIG）薄膜的設(shè)計(jì)體系，為了使其同時(shí)具有良好的磁光和微波特性，本項(xiàng)目很好的根據(jù)晶格匹配原則設(shè)計(jì)了材料配方，并選用無(wú)鉛液相外延技術(shù)，大大提高了薄膜的性能。本項(xiàng)目提出了在釓鎵石榴石（GGG）襯底上直接外延大口徑磁光BiLuIG單晶體的思路，解決我國(guó)無(wú)大晶格常數(shù)摻雜釓鎵石榴石（SGGG）晶圓片技術(shù)、無(wú)鉛液相外延大尺寸BiLuIG晶體圓片的不足，突破純GGG基片上外延超厚（1-20μm）磁光晶體這一難點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題。研究?jī)?nèi)容包括：（1）BiLuIG薄膜材料的配方設(shè)計(jì)研究：基于四能級(jí)躍遷模型，并結(jié)合離子替代規(guī)律和多離子摻雜技術(shù)，尋找最佳配方；（2）液相外延單晶薄膜材料的工藝技術(shù)研究：包括薄膜均勻性、缺陷控制、無(wú)鉛配方、生長(zhǎng)速率和薄膜鏡面條件控制等；（3）材料在器件中的驗(yàn)證研究，設(shè)計(jì)制備平面波導(dǎo)型磁光開(kāi)關(guān)對(duì)材料磁光性能的驗(yàn)證。 技術(shù)指標(biāo)：（1）建成了我國(guó)第一條大尺寸磁光單晶薄膜液相外延的生產(chǎn)線，最大尺寸達(dá)到3英寸，單面薄膜厚度達(dá)到1μm－20μm。（2）單晶薄膜具體微波和磁光參數(shù)：4πMs=1500-1750Gs，△H=0.6-2.0Oe，Θf≥1.6-2.1度/μm＠633nm。（3） 掌握了進(jìn)行單晶薄膜材料在磁光和微波器件中的設(shè)計(jì)、制備和測(cè)試工作。 促進(jìn)科技進(jìn)步作用意義：本項(xiàng)目突破了我國(guó)在3英寸石榴石系列單晶體材料以及相關(guān)器件研究上的瓶頸技術(shù)，獲得了高法拉第效應(yīng)和低鐵磁共振線寬的大尺寸高質(zhì)量石榴石單晶薄膜材料。滿足了國(guó)內(nèi)在磁光、微波及毫米波集成器件方面對(duì)石榴石系晶體材料的需求，擺脫了完全依賴進(jìn)口、受制于人的不利局面。該項(xiàng)目研制的材料已提供給中電集團(tuán)41所、美國(guó)Delaware大學(xué)、天津大學(xué)、中國(guó)工程物理研究院、深圳市通能達(dá)電子科技有限公司（中電九所下屬）、陜西金山電器有限公司（4390廠）等單位使用，并為中電集團(tuán)9所、33所等單位提供批量樣品，用于制備磁光和微波器件，受到好評(píng)。

隨著電子設(shè)備的日趨微型化、高頻化及高密度集成化，設(shè)備內(nèi)部的傳導(dǎo)干擾和電磁輻射干擾等問(wèn)題尤為突出，引發(fā)出的一系列電磁兼容和設(shè)備可靠性問(wèn)題亟待解決。采用寬帶輕質(zhì)高效吸波材料是解決電磁兼容的必由之路。 電子科技大學(xué)研制的泡沫和蜂窩系列化寬帶輕質(zhì)高效吸波材料具有低頻吸收性能好、重量輕、吸收頻段寬等特點(diǎn)。材料系列厚度范圍：6mm~55mm；應(yīng)用頻率：2GHz~18GHz，可擴(kuò)展到0.5GHz~40GHz；吸收率5dB~30dB；體密度：0.07g/cm3~0.12g/cm3。 與美國(guó)Laird公司產(chǎn)品相比，在相同厚度的情況下，電子科技大學(xué)研制的FLXB-20泡沫吸波材料，面密度降低30%，達(dá)到1.4kg/m2，2GHz~4GHz頻段內(nèi)吸收率由5dB提高到10dB；FWXB-12蜂窩吸波材料，吸收率大于10dB，帶寬由7~18GHz拓寬到4~18GHz，同時(shí)面密度降低40%，達(dá)到1.5kg/m2。該成果在材料低頻吸收率及面密度等技術(shù)指標(biāo)方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。 電子科技大學(xué)研制的FLXB泡沫和FWXB蜂窩兩類寬帶輕質(zhì)高效吸波材料已在基站天線系統(tǒng)及手機(jī)測(cè)試箱抗電磁干擾領(lǐng)域得到批量應(yīng)用（應(yīng)用單位包括華為技術(shù)、中興通訊、摩比天線、愛(ài)立信等），通訊行業(yè)對(duì)吸波材料的需求日趨明顯，尤其是對(duì)低頻段性能的要求尤為重要，年需求量在20000平方米以上，具有重要的社會(huì)效益和十分廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

成果描述：研發(fā)的抗直流偏置低溫?zé)Y(jié)鐵氧體材料主要參數(shù)滿足： 燒結(jié)溫度：900度 磁導(dǎo)率：70±10% 磁導(dǎo)率下降到70%時(shí)可承載磁場(chǎng)H70%＞750 A/m 性能還可根據(jù)用戶需求適當(dāng)調(diào)節(jié)市場(chǎng)前景分析：該材料可廣泛應(yīng)用與LTCC大功率和抗大直流偏置的片式功率電感的研發(fā)，市場(chǎng)前景非常好。與同類成果相比的優(yōu)勢(shì)分析：國(guó)內(nèi)目前僅有一家山東的公司在研發(fā)生產(chǎn)同類型的材料，但其生產(chǎn)材料已全部被深圳順絡(luò)電子包銷，不對(duì)外銷售。本成果研發(fā)的材料抗直流偏置特性比山東這家公司略有提升，且性能穩(wěn)定，已完成中試，可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:該項(xiàng)目是基于固廢為原料的高性能隔熱保溫材料，包括稻殼硅，赤泥，石膏等。以及污水處理回收后的COD有機(jī)物，花生殼等農(nóng)業(yè)固廢基于特色低溫?zé)Y(jié)技術(shù)制備的高性能隔熱保溫材料。優(yōu)勢(shì)是成本低，制造工藝簡(jiǎn)單，可做成板材，涂料及異性件等。解決固廢的高附加值利用問(wèn)題，具有很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：1） 成本低采用特殊燒結(jié)技術(shù)，燒結(jié)溫度低于1000度，比普通的隔熱材料燒結(jié)溫度低400度以上，并采用廉價(jià)的造孔劑如COD污水回收有機(jī)物等作為造孔劑，制造過(guò)程簡(jiǎn)單。2）使用溫度范圍寬 使用溫度超過(guò)1300度，主要成分氧化硅，氧化鋁，氧化鋯，等高溫耐熱材料，也可石膏，赤泥，稻殼或復(fù)合成分，耐熱度高。3）強(qiáng)度高，機(jī)械力學(xué)性能好，制造工藝簡(jiǎn)單 可以作為氈，板，或各類異性件，成型工藝簡(jiǎn)單，不需壓力成型燒結(jié)，材料的燒結(jié)強(qiáng)度高，不易破碎。可以作為建筑外墻隔熱，窯爐隔熱，鋼鐵冶煉，農(nóng)業(yè)等。圖1 低溫?zé)Y(jié)的硅基致密陶瓷4）隔熱性能好 以回收污水有機(jī)物作為造孔劑，原位礦化原理合成納米材料，閉孔氣孔率高，隔熱性能好。也可直接利用稻殼中的有機(jī)固廢成分造孔。 圖2 稻殼硅基隔熱保溫材料顯微結(jié)構(gòu)項(xiàng)目階段:項(xiàng)目進(jìn)展：用于速熱陶瓷及金屬的隔熱保溫材料，投產(chǎn)階段項(xiàng)目目前基于稻殼硅等固廢開(kāi)發(fā)了耐熱1400度以上的隔熱保溫材料，用于不銹鋼MCH速熱電煉爐隔熱保溫材料立項(xiàng)投產(chǎn)階段。同時(shí)適合用于石墨烯零秒速熱陶瓷農(nóng)業(yè)地溫恒溫系統(tǒng)的隔熱保溫，及道路化雪材料的底板隔熱保溫用途。知識(shí)產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利技術(shù)成熟度:可以量產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:無(wú)

一、系統(tǒng)深入研究了作為納米場(chǎng)發(fā)射冷陰極的發(fā)射材料——納米氧化鋅陣列和碳納米管的制備工藝。通過(guò)工藝優(yōu)化，采用水熱合成法和化學(xué)氣相沉積法分別制備出形態(tài)可控、尺寸滿足合同要求且適合作為場(chǎng)發(fā)射冷陰極的納米氧化鋅陣列和碳納米管。 二、在場(chǎng)發(fā)射冷陰極材料可控制備條件下，采用水熱合成法制備出直徑為50mm的氧化鋅納米場(chǎng)發(fā)射冷陰極，采用化學(xué)氣相沉積法和絲網(wǎng)印刷/涂敷法分別制備出直徑為50mm的碳納米管場(chǎng)發(fā)射冷陰極。各類納米場(chǎng)發(fā)射冷陰極的形態(tài)指標(biāo)均滿足合同要求。 三、在線性感應(yīng)加速器的脈沖電場(chǎng)條件下，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試了納米氧化鋅陣列和碳納米管場(chǎng)發(fā)射冷陰極的發(fā)射性能，其中氧化鋅納米棒陣列陰極、碳納米管陣列陰極、涂覆法制備的碳納米管陰極的最高發(fā)射電流密度分別達(dá)到132.42A/cm2、176.73A/cm2、343.77A/cm2。各類納米場(chǎng)發(fā)射冷陰極的發(fā)射性能均優(yōu)于合同指標(biāo)。根據(jù)用戶報(bào)告，納米場(chǎng)發(fā)射冷陰極的壽命達(dá)到合同要求。 四、發(fā)現(xiàn)了氧化鋅和碳納米管場(chǎng)發(fā)射冷陰極的不同強(qiáng)流發(fā)射特性，建立了納米場(chǎng)發(fā)射冷陰極的高壓脈沖發(fā)射模型，提出了納米場(chǎng)致發(fā)射冷陰極在高壓脈沖電場(chǎng)條件下存在場(chǎng)致發(fā)射和場(chǎng)致等離子體發(fā)射兩種電子發(fā)射的強(qiáng)流發(fā)射機(jī)理。該理論模型和發(fā)射機(jī)理具有創(chuàng)新性。綜上所述，本項(xiàng)目全面完成了合同中研究工作的內(nèi)容，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了項(xiàng)目合同要求，滿足了線性感應(yīng)加速器的使用。經(jīng)查新檢索及該研究中基礎(chǔ)理論部分發(fā)表的論文表明，本項(xiàng)目首次將氧化鋅陰極作為強(qiáng)流電子束源使用在線性感應(yīng)加速器上，且使碳納米管陰極應(yīng)用在加速器上得到的發(fā)射電流密度超過(guò)目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道的最高值。專家組一致認(rèn)為，研究水平達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。