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 在可再生能源日益短缺及溫室效應日趨惡劣的嚴峻形勢下，Seebeck效應作為一種新的能源轉化方式，可以有效地將日常生活及工業生產廢熱和不能被太陽能電池有效吸收的紅外波段轉化為亟需的電能，故而引起了科研工作者們的廣泛關注。衡量熱電材料能量轉化效率的最重要的指標是其品質因子ZT(=S2σT/κ)，如何提高材料的品質因子是熱電科研工作者們普遍關注的問題。     由于本征的納米析出相以及價鍵非簡諧性(bond anharmonicity)的存在, BiAgSeS具有非常低的本征熱導率κ；然而，因其過低的載流子遷移率極大地限制了其功率因子S2σ。何佳清教授課題組巧妙地將在二維薄膜中廣泛運用的調制摻雜(modulation doping)技術推廣到三維塊體BiAgSeS材料中，使用具有不同載流子濃度的異質晶粒構建三維復合結構，從而極大地提升了該材料中的載流子遷移率，使得功率因子S2σ相對于均勻摻雜的對照樣品提升了約87%，進而顯著地提升了BiAgSeS材料的熱電轉化效率。文章結合了透射電子顯微術和理論計算對在n型BiAgSeS三維塊體復合材料中運用調制摻雜改進載流子遷移率的物理機制做了深入的探討；該工作對調制摻雜技術在三維塊體熱電材料中的廣泛運用頗具啟發意義。

對于各種顆粒、纖維增強復合材料，目前主要采用大規模的宏觀力學實驗尋找力學性能變化規律，進而為提高材料力學性能提供支持，實驗繁雜，周期長，投入大。采用顯微鏡原位力學性能測試方法，對復合材料在各種外力作用下的破壞過程進行細觀觀測，有助于對填料、纖維的增強效果及其對復合材料力學性能的影響進行研究，進而探尋影響材料力學性能的主要因素，可大大節約開發成本，提高開發效率。但目前國內所具有的細觀力學性能觀測條件主要利用帶有原位加載臺的掃描電鏡技術，該實驗系統成本昂貴，國內僅有少數幾家科研院所擁有此設備，主要適于科

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨特本征性質的石墨烯三維體相材料是材料學研究中兼具學術價值和實用意義的重大挑戰。本項目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨立且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構筑而成。該材料具有良好的機械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發射能力，在瓦特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料樣品可以在真空條件下實現有效的直接光驅動，此現象為國內外所首次觀察及報道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應用價值。上述材料的制備及相關性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉換與存儲等領域的應用提供材料支持與相關理論支撐。 項目特色： 1.制備了基于二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構筑而成三維石墨烯體相材料，該材料不僅保留了二維石墨烯材料的本征性質， 而且具備優良的機械及光電性能。 2. 在國內外首次觀察到厘米級尺寸的裸眼可見的宏觀石墨烯樣品，只依靠瓦特級別的光作為單一驅動源，即可實現較大距離(數十厘米)的有效的運動，并提出了光致電子發射驅動的機理解釋上述三維石墨烯體相材料獨特的光驅動， 3. 上述材料的制備與性能研究揭示通過有效合理的結構構筑手段，能夠得到以二維石墨烯作為構成單元，并有效保留其獨特二維性質和兼具三維宏觀形態的石墨烯體相材料，此項研究為其它二維材料的開展類似工作并拓展其應用提供了范例和思路。 已取得的成果： 項目的標志性研究結果于 2015 年 6 月在線發表于 NaturePhotonics，并于 2015 年 7 月正式發表（Nature Photonics, 2015, 9, 471-476）。雜志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene”發表了專題評論。英國著名科普雜志 New Scientist 以“Spacecraft builtfrom graphene could run on nothing but sunlight”為題報道了此研究，指出該成果“再為石墨烯這種優良材料增添了一種驚人的性能”。國內主要媒體包括人民日報、光明日報、新華網以及多家門戶網站等均對此研究進行了報道，中央電視臺《新聞聯播》欄目于 2015 年 6 月21 日也對此進行了報道。 市場應用前景： 空間飛行器是人類探索宇宙的重要工具，而動力源問題一直羈絆著人類無法走得更遠。目前幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學驅動，即通過噴射燃燒的化學物質來獲得驅動力，光直接驅動飛行是科學界和航空界多年的夢想。

本項目圍繞我國典型工業廢水處理/城鎮污水提標處理關鍵技術難題，通過基礎研究-材料開發-技術發明-工程應用，設計開發了一系列經濟、高效的新型廢水處理功能材料及其水處理集成技術，并應用于典型工業廢水/城鎮污水處理工程。本項目開發的新型廢水處理功能材料及其水處理技術已成功應用于多個城鎮污水提標改造/典型工業廢水處理與回用等水處理工程，解決了相關行業廢水處理中的諸多難題，促進了相關行業的節能減排，取得了顯著的社會經濟效益，顯著提升了城鎮污水/工業廢水處理的技術水平，具有廣闊的推廣應用前景。

項目1：基于超分子化工和納米技術，將具有特定光學特性分子引入膨潤土層狀主體結構中，實現分子尺度的均一復合，得到具有發光效率高、亮度強、壽命長、穩定性好、色度純正的光學功能納米材料，并將其添加到高分子樹脂中獲得新型復合熒光油墨。該系列高性能材料的產業化在光致/電致發光。熒光傳感器等領域有重要的應用前景。特別是可以作為新一代稀土替代型熒光防偽材料。防偽商標，防偽標簽的使用者，從事各類產品包裝及證件的公司和相關政府企業均可作為本項目產品的主要用戶。預計 2015年，本產品國內年需求量將達1萬噸，國內年消費額達6.5億元，投資回收期約4.2年。 項目2：基于插層組裝原理，將功能性聚合物在膨潤土表面及層間進行插層改性，以實現膨潤土相關物理化學特性（如親水親油性。熱穩定性、力學強度等）的精細調控。將該類無機有機復合材料應用于高附加值化工助劑領域，如高分子聚合物（如橡膠、塑料。滌綸等）的增韌材料、阻燃材料、熱穩定材料、抗沖擊材料等，實現復合材料功能的一體化。

聚合物多孔材料在高技術領域有可觀的應用前景，如作為有機合成催化劑載體、生物組織工程支架等。通過高內相乳液模板法（HIPEs）制備的聚合物多孔材料具有孔徑和孔容積可調等優點，是極具工業價值的一種技術。但前人的工作都基于乳液經典理論：Bancroft規則即水包油型的乳液只能采用水溶性的乳化劑，油包水型的乳液只能采用油溶性的乳化劑，這嚴重限制了以高內相乳液為模板制成的聚合物多孔材料的直接應用，迫使其在使用前必須經由復雜的表面功能化；且傳統方法在制備穩定高內相乳液時，乳化劑占有機相5-70 wt%，大大增加了高內相乳液制備成本，并造成環境污染。本項目以一步法制備功能化聚合物多孔材料及降低HIPEs制備過程乳化劑用量為技術特點，以僅占有機相0.8 wt% 的水溶性乳化劑為穩定劑，獲得穩定的、水相體積分數達96.3vol% 的油包水型高內相乳液，并聚合得到功能化聚苯乙烯-二乙烯基苯基多孔材料。該多孔材料已成功地用作有機合成的微反應器和催化劑載體，避免了高毒性有機錫類催化劑的使用，為聚合物多孔材料在綠色化學工業中直接應用提供新的途徑。

1 成果簡介新材料產業的發展帶動了納米粉體技術的發展，如何合理分散和使用納米粉體材料已經成為制約該技術應用的瓶頸。因此，各類納米粉體根據用途而進行二次加工處理，制備用戶方便使用的“功能性微納米復合粉體材料” 也就逐漸形成了市場。 該技術的特點是：借助微米級母粒子與納米級子粒子的復合，完成對納米粉體的有序分散和實現納米顆粒對微米顆粒的包覆；或者是將不規則的顆粒整形處理，從而制備不同類型的功能性復合粉體，滿足新材料功能的需要。這一新成果已經實現產業化，解決了許多航空、航天、電子、生物、材料、醫藥、涂料、冶金等行業對新一代粉體材料的需求。2 應用說明 圖 1 生產功能性微納米復合粉體材料的技術路線 采用我們研制的 PCS-II 型粉體復合機，借助機械沖擊的方法對粉體顆粒進行表面處理，有目的地改變其物理化學特征、表面結構和顆粒的形貌特征。 產品的特點是：功能性：根據需要制備具有特定新性能的復合粉體材料，如導電導熱粉體、高流動性粉末、球形化石墨粉體、氧化鋁彌散銅粉、碳化硅彌散鋁粉等；以殼代核：節約貴重原料，如包覆銀的聚合物（銅、鋁）粉體、包覆銅的鐵（鋁）粉體等；以微米顆粒為載體分散納米粉體，如包覆碳納米管的聚合物（銅）粉體、包覆納米二氧化硅的橡膠粉體、包覆納米氧化鋁的聚合物粉體等。3 效益分析不同產品的市場背景和成本都有不同，需根據具體情況系統分析。

成功獲得了兩種具有優良性能的新型功能材料，分別為強響應紅外非線性光學晶體Sr6Cd2Sb6O7S10，以及高穩定性的鋰離子導體Li4Cu8Ge3S12。 波長在3?20 ?m的中遠紅外可調諧激光在軍事和民用方面，如激光制導、紅外激光通訊、紅外遙感、紅外激光雷達、以及環境監測等，都有非常重要的應用。紅外非線性光學晶體材料可以通過光學參量震蕩（OPO）、倍頻（SHG）或者差頻（DFG）等非線性頻率轉換技術，變頻輸出中遠紅外激光。目前實用的ZnGeP2、AgGaS2和AgGaSe2等黃銅礦結構晶體均為國外在20世紀70年代發現，但它們都存在各自的問題，例如AgGaS2的熱導率小，激光損傷閾值較低，難以實現高功率激光輸出；ZnGeP2晶體中存在嚴重的雙光子吸收，難以實現寬頻輸出。這些問題都限制了材料的實際應用。因此，探索高性能的新型紅外非線性光學晶體材料具有十分重要的意義。

本發明公開的皮革用膨脹型膠原基納米復合阻燃功能材料是由以下方法制備而成：(1)用季戊四醇雙磷酰氯、含氮氨基化合物和羥甲基膦鹽為原料制備膨脹型阻燃性化合物；(2)用膠原蛋白對有機蒙脫土進行改性以獲得膠原基改性有機蒙脫土；(3)采用插層復合法將膨脹型阻燃性化合物和膠原基改性有機蒙脫土進行插層復合。該材料既含有與皮革膠原纖維具有良好反應活性和有一定鞣性的親水性羥甲基基團，又含具有增強增韌作用，與皮革膠原纖維具有良好相容性的膠原基改性的有機蒙脫土，能同時賦予皮革良好的阻燃性能和復鞣填充性能，是一種添加量少，阻燃效率高，相容性好又耐久的皮革阻燃功能材料。

提出采用微波輻射的方法對廢膠粉進行表面活化處理來改善廢膠粉改性瀝青路用性能，研究確定了微波輻射廢膠粉活化方法和最佳活化條件，提出了微波輻射廢膠粉的最佳活化工藝，提高了廢膠粉改性瀝青的技術性能。該成果與 SBS 改性瀝青性能相當，但可節約一半成本，既節約能源，又能保護環境。