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稀土金屬的新應用：從氮氣直接合成含氮有機物
目前幾乎所有人工合成的含氮有機化合物都需要經過工業合成氨（NH3）。而傳統的工業合成氨過程 (Haber-Bosch Process)條件極其苛刻。據推算年耗能占全球能耗的2%左右，需消耗約25%的化石資源，并且產生大量溫室氣體。因此，將氮氣直接、高效、溫和地轉化為含氮有機化合物，而不經過NH3, 是解決以上問題的重要途徑之一。但迄今相關文獻報道很少, 催化反應體系還沒有實現（見中文綜述：從氮氣直接合成含氮有機化合物。該研究實現了由稀土金屬鈧（Sc）促進的，直接由氮氣、MeOTf和親電試劑等有機底物反應高效合成肼衍生物的過程。他們分離和表征了(N2)2?-, (N2)3?-和(N2Me2)2?-Sc中間體，并發現CO能有效插入(N2Me2)2?-Sc中間體的Sc?N鍵中，實現了N2與CO的高效偶聯（Scandium-Promoted Direct Conversion of Dinitrogen into Hydrazine Derivatives via N?C Bond Formation. Ze-Jie Lv, Zhe Huang, Wen-Xiong Zhang,* and Zhenfeng Xi,* J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 8773?8777）。
北京大學
2021-04-11
半導體照明稀土熒光粉關鍵共性技術研究及產業化
成果介紹代表國際領先技術的高新能半導體照明稀土熒光粉的研發與制備，可廣泛應用于半導體照明行業之中。技術創新點及參數半導體照明稀土熒光粉行業兩大核心技術：1、高顯色白光LED用熒光粉關鍵技術2、氮化物紅粉在發光效率和抗高溫高濕性能提升技術市場前景1、制備了高性能鋁酸鹽熒光粉，目前全國銷售第一。2、制備了氮化物熒光粉，銷售也達到全國第一。
東南大學
2021-04-13
由紫光LED芯片激發高效稀土三基色熒光粉合成暖白光技術
本項目經過14年（2007-2021）的艱苦不斷的探索，終于采用自主研發的由紫光LED芯片激發的高效稀土三基色熒光粉合成暖白光，成功解決了長期困擾于半導體照明領域的白光LED富藍光危害人體健康的全球性難題。
一、項目分類
關鍵核心技術突破
二、成果簡介
本項目經過14年（2007-2021）的艱苦不斷的探索，終于采用自主研發的由紫光LED芯片激發的高效稀土三基色熒光粉合成暖白光，成功解決了長期困擾于半導體照明領域的白光LED富藍光危害人體健康的全球性難題。新型暖白光LED具有以下特點：
（1）繼承傳統白光LED所有優點（如，節能、便捷、小型固體化、驅動方便等）；
（2）沒有藍、紫光泄漏及其危害，對人眼和身體安全；
（3）在材料生長、器件制備、封裝和性能檢測等多方面和傳統的冷白光LED兼容，所以投入經費低，批量生產后成本還將低于傳統的白光LED；
（4）性能比傳統白光LED優越許多：如，顯色指數Ra＞90，可達95、98；色溫在2500-5500K可調適應各種人的需求；色坐標接近標準白光（0.33,0.33）；燈珠光效，3年內從25 lm/W 迅速提高到135 lm/W；
（5）應用更廣泛：在半導體照明和顯示、植物栽培、光醫療、光檢測和光傳感等領域，尤其是可用于在無藍光危害的手機、電腦、電視機等液晶顯示的背光源。
廈門大學
2022-07-28
采用納米二氧化硅溶膠和稀土強化復合鍍層的方法
近年來，具有許多特定功能的涂層和鍍層在工程技術中的應用日益廣泛，在材料進行表面改性與強化處理等方面顯示出不可替代的重要作用。制取涂層和鍍層的方法有多種，其中以利用化學或電化學方法沉積為基礎的復合鍍層在工程技術中得到廣泛應用。復合鍍層是指在鍍液中加入一種或數種不溶性固體顆粒，使固體顆粒與金屬離子共沉積而獲得各種不同物理化學性質的鍍層。早期添加的固體微粒尺寸多為微米級，復合鍍層中顆粒粒度大多在1～5 范圍，有些達8～10 ，而工業應用的復合鍍層厚度一般為幾十 左右，在這有限的厚度內只能復合幾層固體顆粒，所以鍍層的粒子復合量難以提高，其性能不能滿足科技飛速發展的要求，應用范圍受到了一定的限制。納米材料的出現為傳統復合鍍技術帶來了新的機遇。由于納米顆粒具有的表面效應、體積效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等性質，可以使復合鍍層的性能更加優異。將納米技術引入傳統的復合鍍而形成的納米復合鍍新技術不僅可以使產品質量產生質的飛躍，減少鍍層孔隙尺寸、隔離腐蝕介質、阻止點蝕坑的長大、促進鍍層的鈍化過程，因而復合鍍層的耐腐蝕性和耐磨損性能更好。納米材料的高比表面積，使得表面鍍層與基材的結合力更高；納米鍍層的組成顆粒極小，使得涂層表面更加均勻，有利于傳熱。另外，納米技術的發展使得材料表面可進行多層膜的涂覆，實現表面的復合化。SiO 2顆粒硬度高、耐磨性好、抗腐蝕能力強，同時在高溫下仍具有高強、高韌、穩定性好等特點，而且納米SiO 2顆粒價格低廉。在鍍液中添加納米SiO 2顆粒后，可以改善鍍層的硬度、耐磨性以及耐蝕性能。目前，國內外復合鍍層的制備方法均采用將納米顆粒直接添加到鍍液中進行施鍍，缺點是納米顆粒易團聚，必須不停地進行機械攪拌，且效果較差。本成果針對現有技術中的不足，將含有納米顆粒的溶膠直接加入到鍍液中，納米顆粒懸浮在溶液中，不需要攪拌，并且鍍液中顆粒分散性好，不易團聚，得到的復合鍍層中顆粒分布均勻，鍍層性能良好，可應用于換熱器、泵、軸、空冷等耐蝕或者耐磨的場合。
華東理工大學
2021-04-11
鎳基高溫合金組織結構超聲智能評價方法
航空發動機機匣是一種復雜薄壁零件，其加工變形問題是我國航空發動機制造的關鍵技術瓶頸。機匣毛坯組織結構的均勻性是影響機匣加工變形的主要原因之一。鎳基高溫合金具有優異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，是航空發動機機匣的主要原料。鎳基高溫合金鑄、鍛件組織結構的無損檢測與定量評價是實現組織結構均勻性檢測與評價的基礎，有助于準確判斷毛坯制造質量，表征制造工藝改進的有效性，降低機匣加工變形概率。
超聲檢測具有穿透能力強，靈敏度和分辨率高、可定位和定量檢測等優點，在航空發動機大規格高溫合金構件制造質量檢測領域得到了廣泛應用。超聲檢測信號特征值與材料組織結構變化、二次相或沉淀物的形成相關，具備有效評價鎳基高溫合金的組織結構的能力。現有鎳基高溫合金鑄、鍛件組織結構的超聲檢測以噪聲波高為主要判據，指標簡單、閾值設置嚴格、誤判率高，無法適應不斷改進的制造工藝。
組織結構超聲定量評價技術的核心是確定微觀組織特征參數與超聲檢測特征參數之間的定量關系模型，其本質是以模型待定系數為決策變量，以評價準確性為目標函數的優化問題。超聲波在鎳基高溫合金中傳播時，受到晶界、相界、孿晶等復雜組織結構的綜合作用，若采用聲速、衰減系數、非線性系數等單一超聲檢測參數對組織結構進行建模與評價，會因信息量的缺失而導致評價誤差大；若增加檢測參數規模，則會導致所對應優化問題的困難性大幅增加。
本研究以鎳基高溫合金組織結構定量評價為主要研究對象，圍繞如何利用協同進化算法求解定量評價的大規模優化問題、以及如何同時利用多種微觀組織特征參數對鎳基高溫合金進行綜合表征展開研究。科研成果為航空發動機機匣鎳基高溫合金毛坯制造質量檢測、評價、性能預測提供技術支持，為制造工藝改進提供數據支持，也可進一步推廣至其它高溫合金、鈦合金等材料中。
南昌航空大學
2021-05-04
耐蝕耐磨化學鍍Ni-W-P合金
化學鍍Ni-P具有優良的耐腐蝕性能，在工業生產中獲得了廣泛應用。但是，隨著應用的增多也出現了一些問題。由于化學鍍層是陰極性的，如在施鍍過程中形成針孔、麻點以及使用過程中外力對鍍層的損壞等，往往造成鍍層在腐蝕介質中形成電偶腐蝕，使得鍍層不僅對基體起不到保護作用，反而加速了基體的腐蝕。三元合金Ni-W-P鍍層的出現在一定程度上解決了Ni-P鍍層中所存在的問題。W元素的加入可以提高鍍層的致密性，減小了腐蝕介質穿透鍍層在鍍層與基體之間形成電偶腐蝕的幾率。此外，W是一種自鈍化元素，在腐蝕介質中有利于鍍層表面鈍化膜的形成，提高了鍍層的耐蝕性能，因此，P的含量相近時Ni-W-P鍍層的耐蝕性能優于Ni-P鍍層。但是Ni-W-P鍍層與Ni-P鍍層相比在與基體的結合力上并沒有提高，在后續加工過程中如受到一定外力作用時，鍍層很容易脫落，這就使得鍍層的應用范圍受到了一定的限制。該技術針對現有化學鍍層在使用過程中所存在的問題，提出將含有一定量W元素的Ni-W-P鍍層在高溫下進行熱處理，提高鍍層的結合力和硬度，大幅度提高鍍層的耐蝕耐磨性能，延長鍍層的使用壽命。
華東理工大學
2021-04-11
高性能鋁合金架空導線材料與應用
2018年國家技術發明二等獎
電網是我國經濟發展的命脈，架空輸電導線作為電力輸送的“血管”是電網中用量最大、最關鍵的組成部分之一。導線的導電率每提升1%IACS，全國每年節約線損超70億千瓦時。特高壓、遠距離、大容量輸電和清潔能源利用的發展，對架空導線的導電率、強度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升導電率與同時提高強度和耐熱性之間存在矛盾，導致我國電網建設急需的特種導線難以滿足工程需求。上海交通大學孫寶德教授團隊與江蘇中天科技集團合作，經十余年研究，取得以下創新性成果：
1.發明了耐熱高導Al-Zr-Y合金材料及微結構調控工藝，解決了耐熱相粗大和溶質鋯(Zr)原子析出不充分的難題，使導電率從60% IACS提高到60.8%IACS，耐熱溫度從150℃提高到210℃。研制的耐熱鋁合金導線電網改造工程中獲得大量應用，占國內耐熱導線40%市場份額；
2. 發明了高強抗疲勞Al-Mg-Si導線，解決了強化相調控和超細夾雜去除的難題，顯著提高了材料的抗疲勞性能，在運行張力增大的條件下，振動疲勞壽命超過3000萬次。研制的特種大跨越導線和全鋁合金節能導線，占國內30%市場份額，特別是大跨越導線，幾乎包攬了國家電網大跨越工程；
3. 發明了高效除氫、活性涂層陶瓷過濾和新型細化劑制備等導線冶金質量控制技術，解決了微量雜質元素與氣體去除的難題，實現了電工鋁導線的導電率從61%IACS提高到62.5%IACS以上，研制的新型節能導線在特高壓工程中獲得大量應用。
上述成果依托國家973項目、國家自然科學基金、上海市節能減排專項等項目，共獲得19項中國發明專利，1項美國專利和25項實用新型專利，發表論文49篇。成果在特高壓電網建設、電網增容改造、新能源并網發電、電網領域節能減排中發揮重要的作用，并且出口到歐美及一帶一路沿線國家，海外累計架線超2萬公里，打破國際壟斷，成為中國制造和中國電力走出去的“國家名片”。
導線性能測試實驗室
超細夾雜物去除-現場試驗
加拿大奧爾茲灣跨海大跨越——世界拉力最大的輸電跨越工程
晉東南-南陽-荊門 1000kV 黃河大跨越
上海交通大學
2021-05-11
耐蝕耐磨化學鍍Ni-W-P合金
化學鍍Ni-P具有優良的耐腐蝕性能，在工業生產中被廣泛應用。但是，隨著應用的增多也 出現了一些問題。由于化學鍍層是陰極性的，如在施鍍過程中形成針孔、麻點以及使用過程中 外力對鍍層的損壞等，往往造成鍍層在腐蝕介質中形成電偶腐蝕，使得鍍層不僅對基體起不到 保護作用，反而加速了基體的腐蝕。 三元合金Ni-W-P鍍層的出現在一定程度上解決了Ni-P鍍層中所存在的問題。W元素的加入 可以提高鍍層的致密性，減小了腐蝕介質穿透鍍層在鍍層與基體之間形成電偶腐蝕的幾率。此 外，W是一種自鈍化元素，在腐蝕介質中有利于鍍層表面鈍化膜的形成，提高了鍍層的耐蝕性 能，因此，P的含量相近時Ni-W-P鍍層的耐蝕性能優于Ni-P鍍層。但是Ni-W-P鍍層與Ni-P鍍層 相比在與基體的結合力上并沒有提高，在后續加工過程中如受到一定外力作用時，鍍層很容易 脫落，這就使得鍍層的應用范圍受到了一定的限制。 該技術針對現有化學鍍層在使用過程中所存在的問題，提出將含有一定量W元素的Ni-W-P 鍍層在高溫下進行熱處理，提高鍍層的結合力和硬度，大幅度提高鍍層的耐蝕耐磨性能，延長 鍍層的使用壽命。 可應用于換熱器、泵、軸、空冷等耐蝕或者耐磨的場合
華東理工大學
2021-04-11
航空鋁合金大尺寸板、帶材制備項目
我國的大飛機發展計劃，為我國鋁合金的發展提供了新的機遇。飛機的60-75%的構件是鋁合金。航空鋁合金是鋁合金中高技術含量，高投資，高附加值產品。我國的C919客機已下線，但是該飛機所用的材料主要依賴進口，急需國產化。同時我國軍用飛機的大型鋁合金材料依然不能滿足軍機發展的需要。最近，國務院和中央軍委大力倡導“民參軍”，鼓勵民營企業參加國防軍工生產。所以該項目計劃建設年產20萬噸鋁合金板帶生產線，其中航空鋁合金板帶5萬噸，其余為工業中厚板。 該項目采用了東北大學發明的兩項關鍵技術-1）電磁-氣刀連鑄技術；以解決高質量錠坯制備，這一制約航空鋁合金發展的關鍵技術，和2）鋁合金電流場熱處理技術，包括電流場均化和電流場固溶時效，在降低成本的同時，保證材料的性能，均有較高的效益。 一般客機自重為30噸左右，戰斗機為10-20噸，大型運輸機為60-80噸，其中60-70%為鋁合金，則按一架飛機平均自重30噸估算，約需鋁合金20噸左右，則需要的鋁合金材料為200噸左右，80-90%被加工掉。如果我國飛機材料能達到500架/年，這需要10萬噸鋁合金。由于現在飛機大部分部件都采用板材機加工方法，所以板材要占80%，既8萬噸。 同時我國的戰車、炮車、軍車等正在實現輕量化，也需要航空鋁合金，預測每年要達到30-50萬噸。 同時，該生產線還可以生產民用中厚板，包括罐車、動車車廂、鋁合金煤車等，預測需要30-50萬噸。 因此包括航空鋁合金在內，我國每年鋁合金中厚板的需求量可以達到80-100萬噸，且隨著我國飛機制造和高鐵發展，需求量還會增加。 招商方向引導 金屬結構材料，輕合金加工行業。可以新建，也可以在原鋁合金加工廠改造升級。
東北大學
2021-04-11
鐵磁性非晶合金功能材料制備及應用
研制出了多個具有自主知識產權的鐵磁性非晶、納米晶軟磁合金材料，具有優異的力學性能、軟磁性能、耐蝕性能及對染料廢水高效降解性能，具體研究成果包括：（1）高飽和磁感低損耗納米晶軟磁合金：研制了FeSiBPCu系列納米晶軟磁合金，飽和磁感應強度達1.8T以上，1.5T/50Hz條件下的鐵損僅為0.29W/kg，是高級取向硅鋼鐵損的1/2，技術性能遠優于日本主要生產和大力推廣的FINEMET納米晶合金系列產品，在高效節能電機、無線充電系統、新能源汽車等技術領域具有廣闊市場前景；（2）鐵磁性非晶合金構件涂層：制備了厚度達9mm的非晶合金構件涂層，非晶度90[[%]]以上，孔隙率低于1[[%]]，平均硬度達976HV，內聚強度為237MPa；利用激光熔覆技術進一步改善其力學性能，斷裂強度達1800Mpa，具有優異的耐蝕性能和耐摩擦磨損性能，適用于各種功能構件的在線修復；（3）鐵基非晶合金化學性能研究：研究了FePC(Cu)、FeSiBPCu、FeBC、FeCrNbYB等非晶/納米晶合金在對染料廢水的高效降解，發現合金表面的“自更新”行為可有效提高合金的重復利用性，同時良好的熱磁調諧性使合金便于降解后的自動回收，對于實現高效、低成本處理印染廢水，解決水污染問題具有重要的應用價值。
東南大學
2021-04-11