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熱電材料是一種可以將熱能和電能進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的新能源材料，基于熱電技術(shù)制備的熱電發(fā)電或制冷器件具有無(wú)活動(dòng)部件、無(wú)污染、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的經(jīng)典碲化鉍基室溫?zé)犭姴牧鲜悄壳拔ㄒ槐簧虡I(yè)化量產(chǎn)應(yīng)用的熱電材料，主要應(yīng)用于固態(tài)制冷。雖然該材料含有的Te元素豐度極低，并且力學(xué)性能不佳，但是自上世紀(jì)60年代被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直被工業(yè)界沿用至今，沒(méi)有可替代的材料。隨著物聯(lián)

《科學(xué)》報(bào)道材料學(xué)院周歡萍團(tuán)隊(duì)和張艷鋒團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的重要進(jìn)展。

根據(jù)多層膜光學(xué)干涉的原理，當(dāng)光線照射到薄膜，在進(jìn)入各膜層時(shí)由于各膜層的光 學(xué)性質(zhì)不一樣使得有些光相干相長(zhǎng)，有些光相干相消，隨著觀察者視角的變化薄膜呈現(xiàn) 不同的顏色。早在 1973 年加拿大國(guó)家研究院的 J.A.Dob-railski 等人就預(yù)見了變色薄 膜在防偽領(lǐng)域中的應(yīng)用前景，并于 1987 年首次應(yīng)用于 50 圓的貨幣上。稍后美國(guó)人也研 制出有金色變到綠色的全介質(zhì)變色薄膜。再以后又有人與瑞士 SICPA 公司合作將變色薄 膜作為顏料摻入到油墨中，研制成光變色油墨?，F(xiàn)在許多國(guó)家的護(hù)照、簽證和貨幣上都 用上了光變色油墨。 光變色薄膜的光變色功能來(lái)自于多層膜的復(fù)合特性，光變色效果與組成該薄膜的各 膜層的材料性質(zhì)、厚度以及膜層之間的組合有關(guān)。薄膜多采用金屬膜與金屬氧化物介質(zhì) 組合，用物理方法（如熱蒸發(fā)、電子束或離子鍍、磁控濺射等）鍍制薄膜。金屬氧化物 介質(zhì)膜用物理方法鍍制質(zhì)量控制比較困難，效率低，成本也比較高。同濟(jì)大學(xué)課題組用 氣凝膠或有機(jī)材料替代金屬氧化物，材料性能穩(wěn)定，可進(jìn)行大面積快速涂膜，效率大大 提高，成本也很低。

相變儲(chǔ)能建筑材料是一種新型建筑節(jié)能功能材料，利用相變儲(chǔ)能材料可以使傳統(tǒng)能 源和可再生能源在時(shí)間和地點(diǎn)上進(jìn)行流轉(zhuǎn)，自動(dòng)優(yōu)化能源供應(yīng)和需求之間的匹配，屬于 智能能源概念，在建筑中應(yīng)用這種材料可以顯著提高建筑物的能源利用效率。其應(yīng)用方 式主要有兩種。 一為通過(guò)相變儲(chǔ)能建筑材料提高建筑物對(duì)太陽(yáng)能等可再生能源的利用率，降低建筑 物對(duì)傳統(tǒng)能源的消耗。冬季，太陽(yáng)能熱豐富的時(shí)間為晴天和白天，而我們對(duì)太陽(yáng)能熱需 求的時(shí)間是晚上和陰天，二者之間存在明顯的時(shí)間不匹配性。利用相變儲(chǔ)能建筑材料蓄 存白天和晴好天氣時(shí)的太陽(yáng)能，在夜間或陰天將蓄存的太陽(yáng)熱釋放出來(lái)，使得建筑物利 用太陽(yáng)能的時(shí)間從白天和晴天延長(zhǎng)到夜間和陰天，提高建筑物利用太陽(yáng)能的量。 第二種方式為利用相變儲(chǔ)能建筑材料開發(fā)電力峰谷差“綠色能源”。在盛夏或嚴(yán)寒時(shí) 節(jié)，空調(diào)或其它取暖設(shè)備往往集中使用，造成電力緊張，供不應(yīng)求，而在其它時(shí)段又出 現(xiàn)電力過(guò)剩的現(xiàn)象，出現(xiàn)所謂的電力峰谷現(xiàn)象。為消除峰谷現(xiàn)象，電力公司將峰時(shí)電價(jià) 定為谷時(shí)電價(jià)的數(shù)倍，以鼓勵(lì)電力用戶多使用谷時(shí)電。在電力需求的波谷時(shí)段，可采用 相變儲(chǔ)能復(fù)合材料蓄存由空調(diào)或制熱設(shè)備產(chǎn)生的冷量和熱量，用于電力波峰時(shí)段，降低 空調(diào)等設(shè)備在波峰時(shí)段的用電強(qiáng)度，可從用戶側(cè)的角度減小電力峰谷差，實(shí)現(xiàn)節(jié)電、節(jié) 能和節(jié)約資源的效果。 此外，相變儲(chǔ)能建筑材料還可提高建筑物的熱穩(wěn)定性和熱惰性，減緩建筑物室內(nèi)的 溫度波動(dòng)，在提高室內(nèi)熱舒適度的同時(shí)，降低空調(diào)制冷或加熱設(shè)施的啟、停頻率和運(yùn)行 時(shí)間，并達(dá)到降低建筑能耗的目的。

鋰離子電池負(fù)極材料主要包括天然石墨、人造石墨、焦碳和碳纖維等。作為電極材 料的活性物質(zhì)，對(duì)碳材料的要求有許多方面：如放電比容量、顆粒大小和比表面積、電 極極化性能、充放電穩(wěn)定性等。目前國(guó)內(nèi)外有許多研究單位在探索新的制備工藝來(lái)改善 電極性能。 采用常壓干燥技術(shù)，成功地制備了碳?xì)饽z材料，通過(guò)控制制備條件，實(shí)現(xiàn)了碳?xì)?凝膠材料微結(jié)構(gòu)人為裁剪與控制。這些新型儲(chǔ)能器件具有重量輕、體能密度高、無(wú)污染 等優(yōu)點(diǎn)，是新一代綠色能源材料。多孔碳電極用于鋰電池將優(yōu)于枝晶鋰電池，傳統(tǒng)的電 極充電時(shí)枝晶會(huì)在陰極上成核，當(dāng)枝晶越過(guò)電極跨度時(shí)將造成短路，從而限制了充電次 數(shù)。用多孔碳做電極時(shí)，鋰離子嵌在石墨結(jié)構(gòu)中，防止了鋰金屬的沉積和枝晶的形成， 而豐富的孔洞可提高電極與電池溶液的接觸面積。碳?xì)饽z是由間苯二酚和甲醛在堿性 催化劑作用下，通過(guò)溶膠-凝膠和炭化工藝制備而成的。通過(guò)控制水和催化劑的用量， 可以控制其孔洞結(jié)構(gòu)和密度，它的干燥過(guò)程也正由管來(lái)的超臨界干燥向常壓干燥發(fā)展， 以便降低氣制備成本，改善其性能，使其得到更廣泛的應(yīng)用。碳?xì)饽z也可能成為電池 材料的理想選擇。 

磁性蓄冷材料是在90年代初被發(fā)現(xiàn)的。這些材料用于制冷機(jī)中后，使得商用制冷機(jī)的溫度可達(dá)2K，效率有了突破性提高（以往這種制冷機(jī)中使用的蓄冷材料只有鉛，但是因?yàn)殂U的比熱容在15K以下急劇下降，使得小型制冷機(jī)在10K溫度以下制冷效率幾乎為零，商用制冷機(jī)的最低制冷溫度在8K左右）。使用磁性蓄冷材料的最大特點(diǎn)在于不需要重新建立一個(gè)制冷體系，只要將商品化的氣體制冷機(jī)中的蓄冷材料換成磁性蓄冷材料。 Er-Ni系列磁性蓄冷材料的指標(biāo)： 比熱容峰值：5K~20K； 在10K以下的比熱容峰值為0.35~0.81J/cm3.K； 4K到20K的比熱容積分∫CdT是5.5J/cm3 新型稀土磁性蓄冷材料已經(jīng)用于小型回?zé)崾降蜏貧怏w制冷機(jī)產(chǎn)品中。這種制冷機(jī)的制冷溫度在4.2K～20K，一般用于醫(yī)用核磁共振成象儀、磁懸浮列車和超導(dǎo)發(fā)電機(jī)中冷卻其大型超導(dǎo)磁鐵、用于量子干涉儀（SQUID)、射頻天文望遠(yuǎn)鏡的傳感器探頭和軍用紅外探測(cè)器中以提高其靈敏度，并用于低溫冷疑高真空泵中等等。使用了這種新型稀土磁性蓄冷材料替代傳統(tǒng)蓄冷材料以后，可以使醫(yī)用核磁共振成象儀等不用灌注液氦，每年僅每臺(tái)醫(yī)用核磁共振成象儀就可以節(jié)約16萬(wàn)人民幣。

新型稀土磁性蓄冷材料是一種高熵密度磁性材料(high entropy magnetic materials)，高熵密度磁性材料這一概念是磁性材料用于制冷工程時(shí)提出的。它的特點(diǎn)是材料的磁熵發(fā)生變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)大的吸熱與放熱效應(yīng)，可以應(yīng)用于制冷技術(shù)中。利用磁性材料在經(jīng)歷磁相變時(shí)發(fā)生的磁熵變化，可以將高熵密度磁性材料作為磁蓄冷材料(magnetic regenerator material)，用于小型回?zé)崾降蜏貧怏w制冷機(jī)中。 這種制冷機(jī)的制冷溫度在4.2K～20K，一般用在高技術(shù)領(lǐng)域，例如可用于醫(yī)用核磁共振成象儀、磁懸浮列車和超導(dǎo)發(fā)電機(jī)中冷卻其大型超導(dǎo)磁鐵、用于量子干涉儀（SQUID）、射頻天文望遠(yuǎn)鏡的傳感器探頭和軍用紅外探測(cè)器中以提高其靈敏度，也可以用于低溫冷疑高真空泵中等等。以往這種制冷機(jī)中使用的蓄冷材料只有鉛。由于鉛的比熱容在15K以下急劇下降，使得小型制冷機(jī)在10K溫度以下制冷效率幾乎為零，制冷溫度難以低于8K。要得到低于8K的制冷溫度，只得附加效率極低的J-T回路。為了提高低溫制冷機(jī)的制冷效率，在過(guò)去的幾十年中，人們都在努力尋找在20K以下具有高比熱容的材料。具有實(shí)用價(jià)值的Er—Ni系列磁性蓄冷材料是在90年代初被發(fā)現(xiàn)的。這些材料用于制冷機(jī)中后，使制冷機(jī)的效率有了突破性提高。 磁性蓄冷材料的最大特點(diǎn)是不需要重新建立一個(gè)制冷體系，只要將商品化的氣體制冷機(jī)中的蓄冷材料換成磁性蓄冷材料，就可大大提高制冷機(jī)效果。因此磁蓄冷材料正在取代原來(lái)的蓄冷材料金屬鉛。而且由于磁性蓄冷材料的出現(xiàn)，推動(dòng)了低溫制冷機(jī)的發(fā)展。現(xiàn)在，不用灌液氦，用制冷機(jī)帶動(dòng)的醫(yī)用核磁共振成象儀和超導(dǎo)磁體已經(jīng)商品化。在這些新設(shè)備中，都必須使用磁蓄冷材料。

該項(xiàng)目涉及一種含新型催化劑的鋰空氣電池正極及其制備方法。鋰空氣電池正極材料的質(zhì)量組成：催化劑為 5-30％，碳材料為 40-80％,粘結(jié)劑為 5-30％。催化劑為金屬納米顆粒(20-60nm)高分散在微米級(jí)的碳片上的復(fù)合材料；所述金屬納米顆粒為鈷、鎳、銅、鋅、錳、鉻、鉬、釩或釔。碳材料包括乙炔黑、超導(dǎo)炭黑、碳纖維、石墨烯、超導(dǎo)炭黑、科琴黑、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩一種或兩種。粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚乙二醇和丁苯樹脂一種或兩種以上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：該催化劑可促進(jìn)氧的還原，降低充電過(guò)電位，在鋰空氣電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能；而且該催化劑工藝簡(jiǎn)單，采用環(huán)保無(wú)毒的試劑，在鋰空氣電池領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

本項(xiàng)目在輕量化環(huán)保熱塑性復(fù)合材料開發(fā)及應(yīng)用，智能材料開發(fā)與應(yīng)用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析等方面進(jìn)行深入研究，已完成前端模塊、座椅骨架、SUV尾門、保險(xiǎn)杠、復(fù)材彈簧的開發(fā)。在材料、工藝、載荷方面取得了較大突破。 本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)來(lái)自北航交通科學(xué)與工程學(xué)院，團(tuán)隊(duì)成員包括孫凌玉教授、康寧副教授、李立軍講師、郭春杰高工以及團(tuán)隊(duì)中多位博士、碩士生。團(tuán)隊(duì)主要研究方向?yàn)閺?fù)材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真、智能材料及失效診斷、優(yōu)化設(shè)計(jì)與工藝仿真、連接建模仿真與實(shí)驗(yàn)等。

成果描述：系統(tǒng)研究從源頭消除或削減制革過(guò)程氨氮污染物的科學(xué)方法和技術(shù)原理，構(gòu)建了無(wú)銨鹽脫灰和軟化技術(shù)，并研究開發(fā)了3種配套化工材料，為從源頭消除/削減氨氮排放提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。 研究開發(fā)的高效無(wú)氨脫灰材料具有優(yōu)良的pH緩沖性、良好的脫鈣能力和較好的滲透性，用于制革脫灰，脫灰裸皮品質(zhì)良好，氨氮排放量降低95%，總氮排放量降低90%。 研究開發(fā)的無(wú)氨軟化助劑與現(xiàn)有的軟化用蛋白酶制劑一起應(yīng)用于皮革軟化工藝中，能大幅降低軟化廢液中的氨氮濃度，有效脫除脫灰裸皮中的鈣，促進(jìn)蛋白酶制劑對(duì)皮蛋白質(zhì)的水解。 在該方向已獲得國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)，開發(fā)的材料已在我國(guó)皮化龍頭企業(yè)成功中試。市場(chǎng)前景分析：應(yīng)用領(lǐng)域：制革工業(yè)；該成果可轉(zhuǎn)讓給皮化企業(yè)或直接在制革企業(yè)推廣應(yīng)用。 市場(chǎng)需求：加工生產(chǎn)牛、羊、豬原料皮的制革企業(yè)都需要脫灰、軟化產(chǎn)品，而隨著企業(yè)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)及各級(jí)政府環(huán)保執(zhí)法力度的提高，高效、安全的無(wú)氨脫灰和軟化產(chǎn)品的需求量正日益增加，無(wú)氨脫灰和軟化產(chǎn)品必將逐漸取代常規(guī)的銨鹽產(chǎn)品。與同類成果相比的優(yōu)勢(shì)分析：研究開發(fā)的高效無(wú)氨脫灰材料具有優(yōu)良的pH緩沖性、良好的脫鈣能力和較好的滲透性，用于制革脫灰，脫灰裸皮品質(zhì)良好，氨氮排放量降低95%，總氮排放量降低90%。 研究開發(fā)的無(wú)氨軟化助劑在軟化中的脫鈣效果優(yōu)于硫酸銨。無(wú)氨軟化廢液的總蛋白質(zhì)濃度明顯高于銨鹽軟化，而羥脯氨酸濃度并未顯著升高，表現(xiàn)出良好的使用安全性。 國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。