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材料學院周歡萍團隊和張艷鋒團隊在鈣鈦礦太陽能電池的重要進展
《科學》報道材料學院周歡萍團隊和張艷鋒團隊在鈣鈦礦太陽能電池的重要進展。
北京大學
2025-01-14
透明防偽材料—光變色薄膜
根據多層膜光學干涉的原理，當光線照射到薄膜，在進入各膜層時由于各膜層的光 學性質不一樣使得有些光相干相長，有些光相干相消，隨著觀察者視角的變化薄膜呈現 不同的顏色。早在 1973 年加拿大國家研究院的 J.A.Dob-railski 等人就預見了變色薄 膜在防偽領域中的應用前景，并于 1987 年首次應用于 50 圓的貨幣上。稍后美國人也研 制出有金色變到綠色的全介質變色薄膜。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。現在許多國家的護照、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自于多層膜的復合特性，光變色效果與組成該薄膜的各 膜層的材料性質、厚度以及膜層之間的組合有關。薄膜多采用金屬膜與金屬氧化物介質 組合，用物理方法（如熱蒸發、電子束或離子鍍、磁控濺射等）鍍制薄膜。金屬氧化物 介質膜用物理方法鍍制質量控制比較困難，效率低，成本也比較高。同濟大學課題組用 氣凝膠或有機材料替代金屬氧化物，材料性能穩定，可進行大面積快速涂膜，效率大大 提高，成本也很低。
同濟大學
2021-04-11
變儲能建筑材料
相變儲能建筑材料是一種新型建筑節能功能材料，利用相變儲能材料可以使傳統能 源和可再生能源在時間和地點上進行流轉，自動優化能源供應和需求之間的匹配，屬于 智能能源概念，在建筑中應用這種材料可以顯著提高建筑物的能源利用效率。其應用方 式主要有兩種。 一為通過相變儲能建筑材料提高建筑物對太陽能等可再生能源的利用率，降低建筑 物對傳統能源的消耗。冬季，太陽能熱豐富的時間為晴天和白天，而我們對太陽能熱需 求的時間是晚上和陰天，二者之間存在明顯的時間不匹配性。利用相變儲能建筑材料蓄 存白天和晴好天氣時的太陽能，在夜間或陰天將蓄存的太陽熱釋放出來，使得建筑物利 用太陽能的時間從白天和晴天延長到夜間和陰天，提高建筑物利用太陽能的量。 第二種方式為利用相變儲能建筑材料開發電力峰谷差“綠色能源”。在盛夏或嚴寒時 節，空調或其它取暖設備往往集中使用，造成電力緊張，供不應求，而在其它時段又出 現電力過剩的現象，出現所謂的電力峰谷現象。為消除峰谷現象，電力公司將峰時電價 定為谷時電價的數倍，以鼓勵電力用戶多使用谷時電。在電力需求的波谷時段，可采用 相變儲能復合材料蓄存由空調或制熱設備產生的冷量和熱量，用于電力波峰時段，降低 空調等設備在波峰時段的用電強度，可從用戶側的角度減小電力峰谷差，實現節電、節 能和節約資源的效果。 此外，相變儲能建筑材料還可提高建筑物的熱穩定性和熱惰性，減緩建筑物室內的 溫度波動，在提高室內熱舒適度的同時，降低空調制冷或加熱設施的啟、停頻率和運行 時間，并達到降低建筑能耗的目的。
同濟大學
2021-04-11
鋰離子電池電極材料
鋰離子電池負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，對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、充放電穩定性等。目前國內外有許多研究單位在探索新的制備工藝來改善 電極性能。 采用常壓干燥技術，成功地制備了碳氣凝膠材料，通過控制制備條件，實現了碳氣 凝膠材料微結構人為裁剪與控制。這些新型儲能器件具有重量輕、體能密度高、無污染 等優點，是新一代綠色能源材料。多孔碳電極用于鋰電池將優于枝晶鋰電池，傳統的電 極充電時枝晶會在陰極上成核，當枝晶越過電極跨度時將造成短路，從而限制了充電次 數。用多孔碳做電極時，鋰離子嵌在石墨結構中，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。碳氣凝膠是由間苯二酚和甲醛在堿性 催化劑作用下，通過溶膠-凝膠和炭化工藝制備而成的。通過控制水和催化劑的用量， 可以控制其孔洞結構和密度，它的干燥過程也正由管來的超臨界干燥向常壓干燥發展， 以便降低氣制備成本，改善其性能，使其得到更廣泛的應用。碳氣凝膠也可能成為電池 材料的理想選擇。
同濟大學
2021-04-11
新型稀土磁性蓄冷材料
磁性蓄冷材料是在90年代初被發現的。這些材料用于制冷機中后，使得商用制冷機的溫度可達2K，效率有了突破性提高（以往這種制冷機中使用的蓄冷材料只有鉛，但是因為鉛的比熱容在15K以下急劇下降，使得小型制冷機在10K溫度以下制冷效率幾乎為零，商用制冷機的最低制冷溫度在8K左右）。使用磁性蓄冷材料的最大特點在于不需要重新建立一個制冷體系，只要將商品化的氣體制冷機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： 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用于小型回熱式低溫氣體制冷機產品中。這種制冷機的制冷溫度在4.2K～20K，一般用于醫用核磁共振成象儀、磁懸浮列車和超導發電機中冷卻其大型超導磁鐵、用于量子干涉儀（SQUID)、射頻天文望遠鏡的傳感器探頭和軍用紅外探測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蓄冷材料以后，可以使醫用核磁共振成象儀等不用灌注液氦，每年僅每臺醫用核磁共振成象儀就可以節約16萬人民幣。
北京科技大學
2021-04-11
新型稀土磁性蓄冷材料
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提出的。它的特點是材料的磁熵發生變化時會出現大的吸熱與放熱效應，可以應用于制冷技術中。利用磁性材料在經歷磁相變時發生的磁熵變化，可以將高熵密度磁性材料作為磁蓄冷材料(magnetic regenerator material)，用于小型回熱式低溫氣體制冷機中。 這種制冷機的制冷溫度在4.2K～20K，一般用在高技術領域，例如可用于醫用核磁共振成象儀、磁懸浮列車和超導發電機中冷卻其大型超導磁鐵、用于量子干涉儀（SQUID）、射頻天文望遠鏡的傳感器探頭和軍用紅外探測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的制冷效率，在過去的幾十年中，人們都在努力尋找在20K以下具有高比熱容的材料。具有實用價值的Er—Ni系列磁性蓄冷材料是在90年代初被發現的。這些材料用于制冷機中后，使制冷機的效率有了突破性提高。 磁性蓄冷材料的最大特點是不需要重新建立一個制冷體系，只要將商品化的氣體制冷機中的蓄冷材料換成磁性蓄冷材料，就可大大提高制冷機效果。因此磁蓄冷材料正在取代原來的蓄冷材料金屬鉛。而且由于磁性蓄冷材料的出現，推動了低溫制冷機的發展。現在，不用灌液氦，用制冷機帶動的醫用核磁共振成象儀和超導磁體已經商品化。在這些新設備中，都必須使用磁蓄冷材料。
北京科技大學
2021-04-11
鋰空氣電池及相關材料
該項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量組成：催化劑為 5-30％，碳材料為 40-80％,粘結劑為 5-30％。催化劑為金屬納米顆粒(20-60nm)高分散在微米級的碳片上的復合材料；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、超導炭黑、碳纖維、石墨烯、超導炭黑、科琴黑、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩一種或兩種。粘結劑為聚四氟乙烯、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。本發明的優點是：該催化劑可促進氧的還原，降低充電過電位，在鋰空氣電池中表現出優異的電催化性能；而且該催化劑工藝簡單，采用環保無毒的試劑，在鋰空氣電池領域有廣泛的應用前景。
南開大學
2021-02-01
汽車輕量化與新材料
本項目在輕量化環保熱塑性復合材料開發及應用，智能材料開發與應用，結構設計及分析等方面進行深入研究，已完成前端模塊、座椅骨架、SUV尾門、保險杠、復材彈簧的開發。在材料、工藝、載荷方面取得了較大突破。 本項目團隊來自北航交通科學與工程學院，團隊成員包括孫凌玉教授、康寧副教授、李立軍講師、郭春杰高工以及團隊中多位博士、碩士生。團隊主要研究方向為復材結構設計與仿真、智能材料及失效診斷、優化設計與工藝仿真、連接建模仿真與實驗等。
北京航空航天大學
2021-04-10
和軟化技術及配套材料
成果描述：系統研究從源頭消除或削減制革過程氨氮污染物的科學方法和技術原理，構建了無銨鹽脫灰和軟化技術，并研究開發了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依據和技術支撐。 研究開發的高效無氨脫灰材料具有優良的pH緩沖性、良好的脫鈣能力和較好的滲透性，用于制革脫灰，脫灰裸皮品質良好，氨氮排放量降低95%，總氮排放量降低90%。 研究開發的無氨軟化助劑與現有的軟化用蛋白酶制劑一起應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，促進蛋白酶制劑對皮蛋白質的水解。 在該方向已獲得國家授權發明專利2項，開發的材料已在我國皮化龍頭企業成功中試。市場前景分析：應用領域：制革工業；該成果可轉讓給皮化企業或直接在制革企業推廣應用。 市場需求：加工生產牛、羊、豬原料皮的制革企業都需要脫灰、軟化產品，而隨著企業環保意識的增強及各級政府環保執法力度的提高，高效、安全的無氨脫灰和軟化產品的需求量正日益增加，無氨脫灰和軟化產品必將逐漸取代常規的銨鹽產品。與同類成果相比的優勢分析：研究開發的高效無氨脫灰材料具有優良的pH緩沖性、良好的脫鈣能力和較好的滲透性，用于制革脫灰，脫灰裸皮品質良好，氨氮排放量降低95%，總氮排放量降低90%。 研究開發的無氨軟化助劑在軟化中的脫鈣效果優于硫酸銨。無氨軟化廢液的總蛋白質濃度明顯高于銨鹽軟化，而羥脯氨酸濃度并未顯著升高，表現出良好的使用安全性。 國內領先。
四川大學
2021-04-10
光變色聚合物材料
光致變色聚合物具有光學各異性的晶體所特有的雙折射性，在某個溫度范圍內兼有液體和晶體二者特性，也稱為流動的晶格。具有變色聚合物的多數物質呈現螺旋狀分子結構的有機化合物構成，多數為液晶聚合物，通常螺距（P）在可見光范圍內，當螺距為可見光區某一波長時，就顯示對應的色彩，如紅、綠、藍色，三基色是顯示各種顏色的基礎，三基色按照不同的比例合成產生千萬種顏色的變化。自發現100多年了，在幾度至幾十度，能達到寬溫100℃以上的變色材料很少，特別是變色聚合物研究起步晚，變色區間窄而不穩定，東北大學制備的變色聚合物寬達250℃以上，最高達300℃以上，居國際領先，寬溫變色物質為應用提供技術基礎。變色聚合物具有下列獨特性能： 1.修復功能，表明材料可以在高低溫之間反復使用。 2.光致變色性能。選擇反射與選擇透過：在外界光源照射下，垂直于觀察綠色聚合物膜時，看到綠色，即反射綠光，而透過光為紅光，即選擇透過；Bragg反射：斜觀察綠板為藍色或藍紫色，取決于觀察角度。這種獨特性能是其它物質不具有的。以上性能性能用于防偽具有原創性。 本項目經過十幾年的理論與技術創新研究，發明并研制出具有選擇反射的光功能高分子材料，實驗研究表明，它具有獨特的光學、電學和熱學性能，除可用作不可復制的防偽材料（它是集一級、二級和三級防偽于一身的防偽材料）外，還可以在光學（如光學開關、屏蔽材料）、輕工（如服裝、裝飾、涂層、紡織）、信息（新型大容量信息存儲材料）等領域獲得奇特的應用。 從表中可見彩色聚合物無論在研究與生產都具有原創性與先進性 獲7項專利，核心技術獲得國家技術發明二等獎。
東北大學
2021-04-11