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本發(fā)明公開一種制備納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。 首先將納米陶瓷粉、微米級鋁或鋁合金粉混合粉末在真空或氬氣保護(hù) 下，通過干式高能球磨制備出納米陶瓷顆粒體積分?jǐn)?shù)為 10～50％的毫 米級復(fù)合顆粒。然后將毫米級復(fù)合顆粒直接熔化或者添加到鋁或鋁合 金熔體中，并施加超聲振動(dòng)，促進(jìn)納米陶瓷顆粒在金屬熔體中的均勻 分散，制備出納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明中干磨法制得 的毫米級復(fù)合顆粒可以很容易地完全加入到金屬熔體中

隨著電子封裝技術(shù)向著“高密度、薄型化、高集成度”不斷發(fā)展，對聚合物基電子封裝材料的各項(xiàng)性能提出了更高要求。目前，我國在先進(jìn)電子封裝材料的研究和應(yīng)用上與日本、韓國及歐美發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。團(tuán)隊(duì)通過與無錫創(chuàng)達(dá)新材料股份有限公司、無錫東潤電子材料科技有限公司等企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合 作，研發(fā)了一系列具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、高附加值以及高性能的電子封裝材料用關(guān)鍵助劑，包括環(huán)氧樹脂增韌劑、環(huán)氧樹脂固化促進(jìn)劑、高性能有機(jī)硅樹脂等，并獲得江蘇省相關(guān)科技計(jì)劃項(xiàng)目及人才項(xiàng)目的立項(xiàng)支持。相關(guān)功能助劑的應(yīng)用可有效提升電子封裝材料的性能，對突破國內(nèi)高檔電子封裝材料研發(fā)生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸，提升我國微電子封裝產(chǎn)業(yè)的國際競爭力，具有積極作用。

小試階段/n項(xiàng)目背景:高分子材料科學(xué)是材料學(xué)科中發(fā)展最迅速的分支之一。但在配方設(shè)備和性能測試手段方面的研究相對不足，大多數(shù)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)目前仍然采用幾十年前就開發(fā)出來的常規(guī)設(shè)備。其主要缺點(diǎn)是耗料量大（一個(gè)配方實(shí)驗(yàn)需要5-50公斤新材料），性價(jià)比不高，塑化程度難以控制；操作工序多（需要幾臺(tái)儀器設(shè)備工作），制樣質(zhì)量差，材料容易氧化，勞動(dòng)強(qiáng)度大；模具投資高（每副標(biāo)準(zhǔn)模具5000-10000元），對加工性能中主要的和常用的流變數(shù)據(jù)由于投資比較大而無法測試（一般新配方材料只有很少的量，比如僅僅50克）。主要用

項(xiàng)目成果/簡介:目前鋰離子電池的能量密度已經(jīng)越來越不能滿足其在電動(dòng)汽車、智能手機(jī)和大規(guī)模儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。鋰離子電池的能量密度低主要是因?yàn)樗捎玫恼?fù)極材料的比容量較低，尤其是負(fù)極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業(yè)化前景的負(fù)極材料為硅基負(fù)極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據(jù)招商證券預(yù)計(jì)，硅基負(fù)極材料在 2020 年的市場使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業(yè)化應(yīng)用，較大的體積變化導(dǎo)致極片碎裂以及電解液在材料表面持續(xù)分解，從而造成其循環(huán)性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性較差，從而導(dǎo)致硅基負(fù)極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負(fù)極材料這兩大缺點(diǎn)是普及硅基材料在鋰離子電池應(yīng)用的關(guān)鍵。 陳永勝教授課題組結(jié)合在納米技術(shù)和石墨烯材料領(lǐng)域的專長，經(jīng)過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業(yè)化的工藝技術(shù)制備了石墨烯包覆的硅基負(fù)極材料，主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)包括：1）采用獨(dú)特的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納米技術(shù)將大粒徑的硅粉進(jìn)行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負(fù)極材料循環(huán)性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發(fā)揮了石墨烯導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、機(jī)械性能優(yōu)異、電化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，改善了材料的鋰離子擴(kuò)散性能和電子導(dǎo)電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應(yīng)造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進(jìn)一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，極大地提升了循環(huán)特性。效益分析:陳永勝教授課題組發(fā)明的石墨烯包覆硅基負(fù)極材料，從制備過程上講，具有工藝簡單、成本低廉、易工業(yè)化的特點(diǎn)；從性能上講，具有比容量高、穩(wěn)定性好、壓實(shí)密度大等優(yōu)點(diǎn)，與高比容量正極組成的鋰離子電池的能量密度是當(dāng)前商業(yè)化鋰離子電池能量密度的數(shù)倍以上。

本項(xiàng)目采用元素粉末法制備高性能的亞微米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，突破了亞微米顆粒在基體中的分散和鋁基復(fù)合材料的二次加工困難瓶頸難題，制備的亞微米陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、比剛度、熱穩(wěn)定性，較低的熱膨脹系數(shù)，優(yōu)良的導(dǎo)熱、耐磨、耐腐蝕性等特點(diǎn)，機(jī)加工表面光潔度高。亞微米陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的成功制備，在金屬基復(fù)合材料實(shí)際應(yīng)用方面取得了突破性的進(jìn)展。 亞微米陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是一種極具潛力的工程材料，其在航空航天領(lǐng)域、汽車裝甲、電子封裝、高輕化自行車等方面取得了大量應(yīng)用。其中以碳化硼為增強(qiáng)體的B4C/Al復(fù)合材料耐磨性很高，在制造噴砂嘴、電觸點(diǎn)、摩擦和耐摩擦材料時(shí)得到了廣泛的應(yīng)用，并且在機(jī)器和設(shè)備端部密封件上，碳化硼為基體的B4C/Al復(fù)合材料也有出色表現(xiàn)。此外，碳化硼具有良好的耐酸堿腐蝕性能，在有氣體腐蝕條件下工作時(shí)，效果極佳，用亞微米B4C制備的B4C/Al復(fù)合材料制備的噴砂嘴和噴丸機(jī)噴嘴在標(biāo)準(zhǔn)條件下顯示出的高強(qiáng)度，為鎢硬質(zhì)合金強(qiáng)度的5～11倍。先后設(shè)計(jì)和開發(fā)了高尺寸穩(wěn)定性高導(dǎo)熱易加工電子封裝復(fù)合材料制品，如印刷電路板板芯、軍用功率混合電路、微波管的載體、多芯片組件等。亞微米SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有高耐磨性、良好的耐高溫性和抗咬合性能等特點(diǎn)，在高速列車剎車盤，制動(dòng)盤、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和齒輪箱等以及現(xiàn)已用于越野自行車上的車鏈齒輪具有廣闊的應(yīng)用前景。從前瞻性、戰(zhàn)略性、經(jīng)濟(jì)性和基礎(chǔ)性這幾個(gè)角度來考慮，亞微米陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)的發(fā)展符合具有高性能價(jià)格比，有待迅速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的要求趨勢。本項(xiàng)目圍繞航空航天用大尺寸關(guān)鍵承力結(jié)構(gòu)件、光機(jī)結(jié)構(gòu)件與精密儀表零件、電子封裝器件、核能領(lǐng)域屏蔽材料等應(yīng)用背景，部分研究成果已達(dá)到了國際先進(jìn)水平。先后設(shè)計(jì)和開發(fā)了高尺寸穩(wěn)定性高導(dǎo)熱易加工電子封裝復(fù)合材料制品；制備的亞微米碳化硼增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料被應(yīng)用于制造核廢料處理容器；應(yīng)用于高速列車剎車盤，制動(dòng)盤、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和齒輪箱等。

目前鋰離子電池的能量密度已經(jīng)越來越不能滿足其在電動(dòng)汽車、智能手機(jī)和大規(guī)模儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。鋰離子電池的能量密度低主要是因?yàn)樗捎玫恼?fù)極材料的比容量較低，尤其是負(fù)極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業(yè)化前景的負(fù)極材料為硅基負(fù)極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據(jù)招商證券預(yù)計(jì)，硅基負(fù)極材料在 2020 年的市場使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業(yè)化應(yīng)用，較大的體積變化導(dǎo)致極片碎裂以及電解液在材料表面持續(xù)分解，從而造成其循環(huán)性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性較差，從而導(dǎo)致硅基負(fù)極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負(fù)極材料這兩大缺點(diǎn)是普及硅基材料在鋰離子電池應(yīng)用的關(guān)鍵。 陳永勝教授課題組結(jié)合在納米技術(shù)和石墨烯材料領(lǐng)域的專長，經(jīng)過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業(yè)化的工藝技術(shù)制備了石墨烯包覆的硅基負(fù)極材料，主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)包括：1）采用獨(dú)特的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納米技術(shù)將大粒徑的硅粉進(jìn)行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負(fù)極材料循環(huán)性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發(fā)揮了石墨烯導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、機(jī)械性能優(yōu)異、電化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，改善了材料的鋰離子擴(kuò)散性能和電子導(dǎo)電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應(yīng)造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進(jìn)一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，極大地提升了循環(huán)特性。

超高韌性混凝土（UHTCC） 硬化后具有顯著的應(yīng)變硬化特征，在拉伸荷載作用下可產(chǎn)生多條細(xì)密裂縫，極限裂縫寬度小于0.1mm，極限拉應(yīng)變可穩(wěn)定地達(dá)到3％以上。該材料的極限拉應(yīng)變是混凝土拉應(yīng)變 (0.01%)的300倍以上，鋼筋屈服應(yīng)變 (0.15%) 的20倍以上。采用UHTCC永久性模板-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)方法，在模板設(shè)計(jì)過程中，使用模板的連接件和面板來分散混凝土主體結(jié)構(gòu)上的裂縫，借助UHTCC材料的裂縫無害化分散能力將混凝土結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的裂縫分散成寬度小于0.1mm的無害裂縫，通過這樣的方法可以有效控制大體積混凝土表面的裂縫，從而提升其耐久性

"近年來，鋰離子電池在智能電網(wǎng)、航空航天和軍事儲(chǔ)能等高能耗新能源領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，現(xiàn)有商用正極材料體系（包括層狀結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳酸鋰、尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰和橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰）的實(shí)際比容量已經(jīng)接近各自的理論極限值，無法滿足日益增長的能量密度需求。富鋰錳基正極材料不僅具有高的比容量（250 mA h/g）和能量密度（1000 Wh/kg），而且其較低的鈷和鎳含量能夠有效降低電池的成本。 本項(xiàng)目主要通過構(gòu)筑缺陷來增強(qiáng)富鋰錳基正極材料的電化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)高的首圈庫倫效率、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，提升富鋰錳基正極材料整體性能，為其商業(yè)化應(yīng)用打下基礎(chǔ)。 "

混凝土結(jié)構(gòu)因其脆性大的弱點(diǎn)，在工程應(yīng)用中往往不可避免產(chǎn)生開裂。混凝土結(jié)構(gòu) 因開裂導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)水密性下降、滲漏，影響工程的使用壽命，甚至無法正常使用。 目前，防水材料眾多，可分為柔性防水與剛性防水兩大類。從國外內(nèi)多年的實(shí)踐證明， 傳統(tǒng)的柔性防水材料雖然具有柔性特點(diǎn)，耐久性也較好，但與基面混凝土粘結(jié)力弱，尤 其在基面潮濕或有滲水的情況下無法使用，不宜作背水面和潮濕基面的防水。剛性水泥 基防水材料具有柔性材料無法比擬的性能而廣泛應(yīng)用。但目前普遍使用的水泥基防水材 料大部分屬表面密封防水劑，存在防水效果只作用在表面，不能自動(dòng)、深入地滲透到結(jié) 構(gòu)內(nèi)部；防水效果不持久，隨著時(shí)間開始持續(xù)的退化過程；一旦防水涂層遭到破壞，防 水能力隨之喪失等弱點(diǎn)。從混凝土結(jié)構(gòu)開裂原因、工程應(yīng)用特點(diǎn)與防水特性分析認(rèn)為， 開發(fā)出具有微細(xì)裂縫自愈合、滲透結(jié)晶、可在背水面施工等特點(diǎn)的永久性水泥基滲透結(jié) 晶型防水材料十分必要，而且應(yīng)是無毒、無污染，符合可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)品。 本發(fā)明專利是一種水利、水電、橋梁、隧道、地下、建筑等工程中水泥、砂漿、混 凝土防水、防滲漏的高性能水泥基滲透結(jié)晶型防水涂層材料。 本發(fā)明是一種由活性化學(xué)物質(zhì)、硅酸鹽水泥、石英砂等配制而成的粉狀防水材料， 是有機(jī)化學(xué)物質(zhì)與無機(jī)化學(xué)物質(zhì)的混合體，通過深入結(jié)晶過程對混凝土進(jìn)行有效防水。 當(dāng)本產(chǎn)品與水拌和后，形成具有一定觸變性、流態(tài)漿體，涂刷在潮濕的混凝土基層上， 活性成分滲透進(jìn)混凝土內(nèi)部，并反應(yīng)生成不溶性的晶體。其活性化學(xué)物質(zhì)與混凝土中未 水化的水泥顆粒發(fā)生水化反應(yīng)，并促進(jìn)水泥水化，形成水泥水化晶體，生成的大量晶體 填充、封堵混凝土的孔隙和毛細(xì)管，使水無法進(jìn)入混凝土從而達(dá)到防水的目的。混凝土 干燥時(shí)，活性化學(xué)物質(zhì)處于休眠狀態(tài)；有水滲入時(shí)，該物質(zhì)繼續(xù)水化生成新的結(jié)晶自動(dòng) 修補(bǔ)，從而達(dá)到永久防水作用。可廣泛用于水泥混凝土工程的防水、防滲漏、防潮。

近年來，鋰離子電池在智能電網(wǎng)、航空航天和軍事儲(chǔ)能等高能耗新能源領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，現(xiàn)有商用正極材料體系（包括層狀結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳酸鋰、尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰和橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰）的實(shí)際比容量已經(jīng)接近各自的理論極限值，無法滿足日益增長的能量密度需求。富鋰錳基正極材料不僅具有高的比容量（250 mA h/g）和能量密度（1000 Wh/kg），而且其較低的鈷和鎳含量能夠有效降低電池的成本。本項(xiàng)目主要通過構(gòu)筑缺陷來增強(qiáng)富鋰錳基正極材料的電化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)高的首圈庫倫效率、倍率性