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傳統(tǒng)鈦合金鑄造用陶瓷型芯材料如Al2O3、SiO2等材料存在易反應(yīng)、難脫芯,而高化學(xué)穩(wěn)定性的Y2O3、ZrO2等材料卻價(jià)格昂貴且難以脫芯。實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，開(kāi)發(fā)了穩(wěn)定性較高、價(jià)格低和易水解的 CaO材料為主的鈦合金精密鑄造陶瓷型芯材料，先后開(kāi)展了對(duì)CaO型芯的成分、結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝優(yōu)化等工作。為了解決CaO陶瓷型芯材料在生產(chǎn)放置中的潮解并進(jìn)一步改善其與鈦合金熔體的界面穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)發(fā)利用溶膠-凝膠方法制備ZrO2/Y2O3包覆CaO陶瓷型芯材料的新技術(shù)，使陶瓷型芯具有殼-核結(jié)構(gòu)，有效降低了CaO型芯在放置期間的吸潮速率，同時(shí)也提高了陶瓷型芯材料與鈦合金熔體作用的化學(xué)界面穩(wěn)定性。目前，CaO型芯已在復(fù)雜鈦合金航空鑄件得到了試應(yīng)用，正致力于具有復(fù)雜內(nèi)腔的鈦合金精密鑄件的成型。該技術(shù)獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)。

1.壓電陶瓷高居里溫度材料的研發(fā)；2.壓電陶瓷低溫?zé)Y(jié)；

工程陶瓷材料如 Al2O3、 ZrO2 、 SiC 等除具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨、耐高溫、抗氧化、抗腐蝕、低密度等性能優(yōu)點(diǎn)，還兼有一定的功能特性，如 Al2O3 陶瓷絕緣性好，ZrO2 陶瓷具有高溫離子導(dǎo)電性，單晶 SiC 為第三代半導(dǎo)體，而金屬材料（如純金屬、鋼鐵材料、高溫合金等）等具有優(yōu)良的塑性和韌性，將兩種材料連接形成復(fù)合部件，能夠充分發(fā)揮該兩種材料的各自?xún)?yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于航空航天、能源化工、冶金機(jī)械、兵工等國(guó)防或民用領(lǐng)域。然而，由于該兩類(lèi)材料的化學(xué)鍵組成的不同（陶瓷主要由離子鍵和

從底層材料設(shè)計(jì)出發(fā)制備性能優(yōu)異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質(zhì)量立體光固化打印系統(tǒng)，優(yōu)化脫脂燒結(jié)工藝流程，實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能優(yōu)異、生物相容性極佳、美觀性良好的氧化鋯陶瓷快速、低成本打印制造。 一、項(xiàng)目分類(lèi) 顯著效益成果轉(zhuǎn)化 二、成果簡(jiǎn)介 制備較低粘度、高固含量的氧化鋯漿料和優(yōu)化的脫脂、燒結(jié)過(guò)程成為光固化成型技術(shù)的關(guān)鍵步驟。為解決以上問(wèn)題，推動(dòng)增材制造氧化鋯在口腔臨床中的應(yīng)用，申報(bào)人團(tuán)隊(duì)從底層材料設(shè)計(jì)出發(fā)制備性能優(yōu)異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質(zhì)量立體光固化打印系統(tǒng)，優(yōu)化脫脂燒結(jié)工藝流程，實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能優(yōu)異、生物相容性極佳、美觀性良好的氧化鋯陶瓷快速、低成本打印制造。

 衡量熱電材料能量轉(zhuǎn)化效率的最重要的指標(biāo)是其品質(zhì)因子ZT(=S2σT/κ)， 而降低材料的熱導(dǎo)率κ是一種確實(shí)有效的提高功率因子的手段。雖然材料所經(jīng)歷的退火過(guò)程可以通過(guò)影響材料的微觀結(jié)構(gòu)從而決定材料的熱導(dǎo)率，但是這些唯象的分析并未得到熱動(dòng)力學(xué)的理論支撐因而僅僅浮于表象。         在這篇論文中，作者首先觀測(cè)到一個(gè)非常有意思的現(xiàn)象：隨著PbTe中CdTe成分的增加，其晶格熱導(dǎo)率在快冷和慢冷的退火條件下表現(xiàn)出截然相反的趨勢(shì)。為此，經(jīng)過(guò)細(xì)致的透射電鏡觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在不同的退火條件下，其CdTe相析出物隨著CdTe成分的增加呈現(xiàn)出迥異的微觀形貌。為探究其原理，作者先是利用熱動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算模擬析出相的成核和生長(zhǎng)過(guò)程，得出CdTe作為第二相從母體PbTe中析出的分布函數(shù)，然后考察析出相的尺寸和數(shù)密度對(duì)聲子散射的不同作用，最終結(jié)合Callaway模型做出了和實(shí)驗(yàn)數(shù)值符合非常好的模擬結(jié)果，從而為實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的晶格熱導(dǎo)率提供了熱動(dòng)力學(xué)依據(jù)。該研究對(duì)熱電材料中利用優(yōu)化退火條件實(shí)現(xiàn)晶格熱導(dǎo)率的調(diào)控提供了很好的理論指導(dǎo)和啟發(fā)。

電子封裝用鋁基復(fù)合材料主要包括SiCp/Al、AlNp/Al和Sip/Al等復(fù)合材料。它們采用專(zhuān)利擠壓鑄造方法制備，該工藝生產(chǎn)成本低、設(shè)備投資少、制成的材料致密度高，且對(duì)增強(qiáng)體和基體合金幾乎沒(méi)有選擇，便于進(jìn)行材料設(shè)計(jì)。“金屬基復(fù)合材料工程技術(shù)研究所”在這一工藝上擁有多項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，技術(shù)成熟，并具有獨(dú)立開(kāi)發(fā)新型材料的能力。 本電子封裝材料具有低膨脹、高導(dǎo)熱、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，可以與Si、GaAs或陶瓷基片等材料保持熱匹配。與目前常用的W/Cu、Mo/Cu復(fù)合材料相比，導(dǎo)熱性、熱膨脹性能相

近年來(lái)，聲學(xué)超材料技術(shù)發(fā)展迅速，聲學(xué)超材料是指具有負(fù)等效質(zhì)量密度或負(fù)等效模量的人工亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，由于其具有良好的低頻彈性波帶隙及導(dǎo)波特性，在低頻減振降噪方面具有廣泛的應(yīng)用前景。目前車(chē)用聲學(xué)超材料產(chǎn)品尚未在市場(chǎng)上出現(xiàn)，但本團(tuán)隊(duì)已掌握其理論設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用技術(shù)，已申報(bào)相關(guān)工程應(yīng)用專(zhuān)利4項(xiàng)，另有6項(xiàng)相正在申報(bào)中。車(chē)用聲學(xué)超材料產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)汽車(chē)低頻振動(dòng)及噪聲的有效控制，為解決困擾工程界已久的低頻問(wèn)題提供新的途徑。

半導(dǎo)體納米線是一種獨(dú)特的準(zhǔn)一維納米材料。它不僅是電荷的最小載體，也是構(gòu)建新的復(fù)雜體系和新概念納米器件的基元。在該領(lǐng)域中，新現(xiàn)象和新概念層出不窮，推動(dòng)著材料、物理、化學(xué)等交叉學(xué)科的發(fā)展，并將對(duì)未來(lái)電子、光電子、通訊等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。在這一當(dāng)今最前沿的研究領(lǐng)域中，國(guó)際上尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家集中了最精銳的研發(fā)力量，以期望在納米器件的實(shí)用化方面有所突破，在未來(lái)高科技爭(zhēng)奪戰(zhàn)中，保持領(lǐng)先并居于主導(dǎo)地位。在納米研究領(lǐng)域，美國(guó)政府僅在2005年就投入10億美元，而日本在同一年的投入約12億美元。 我國(guó)的《國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》中也已經(jīng)把納米科技作為基礎(chǔ)研究重大研究計(jì)劃，列入重點(diǎn)支持范圍。其中一維功能納米材料的控制合成、性能調(diào)控及應(yīng)用研究是目前納米材料研究的世界熱點(diǎn)。 張躍教授承擔(dān)了973、863、重大國(guó)際合作、自然科學(xué)基金杰出青年基金和面上項(xiàng)目等各類(lèi)納米研究方向的課題，通過(guò)創(chuàng)新合成方法、優(yōu)化合成工藝，實(shí)現(xiàn)了多種形貌的一維功能納米材料的可控制備，利用等多種手段對(duì)納米材料的形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并對(duì)其生長(zhǎng)機(jī)理、力學(xué)性能以及光致發(fā)光、場(chǎng)發(fā)射、導(dǎo)電性等物理性能進(jìn)行了系統(tǒng)和深入的研究，特別是在碳納米管及ZnO納米陣列的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域取得了重要突破，其代表性成果包括： 1.改進(jìn)了ZnO和摻雜ZnO一維納米材料的制備方法。采用化學(xué)氣相沉積法，在較低溫條件下，通過(guò)不同工藝成功制備了純ZnO及In、Mn、Sn等摻雜ZnO納米棒、納米線、納米帶、納米電纜、納米陣列、四針狀納米棒、納米梳、納米盤(pán)等多種形貌結(jié)構(gòu)的納米材料，實(shí)現(xiàn)了一維ZnO納米材料較低溫度條件下形態(tài)和尺度控制生長(zhǎng)，產(chǎn)物品質(zhì)純凈、產(chǎn)率高、質(zhì)量好，易于工業(yè)化生產(chǎn)。制備方法受到國(guó)際同行的高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中氧化物納米結(jié)構(gòu)集成方法的重大進(jìn)步，不僅對(duì)從事納米材料研究的科學(xué)家，而且對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)意義重大。有關(guān)雙晶ZnO納米帶的論文發(fā)表在國(guó)際知名期刊Chemical Physics Letters (2003，375：96-101)上，論文被引用60余次，位列該期刊2003至2007年被引用前50名之內(nèi)。 2.提出了一維氧化鋅納米材料新的生長(zhǎng)機(jī)理。首次合成四針狀納米氧化鋅材料并揭示了該結(jié)構(gòu)的八面體孿晶核生長(zhǎng)的理論模型，該研究結(jié)果的論文發(fā)表在Chemical Physics Letters (2002,358:83-86)上，被他引更是達(dá)到了130 余次。首次發(fā)現(xiàn)和論證了一維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)中的螺旋位錯(cuò)誘導(dǎo)晶體生長(zhǎng)機(jī)理，觀察到了一維氧化鋅納米材料存在的大量螺旋位錯(cuò)、周期性的位錯(cuò)及生長(zhǎng)臺(tái)階，發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)是沿著位錯(cuò)進(jìn)行，且與其伯格斯矢量的方向一致。 3.原位研究單根ZnO和In-ZnO納米線的力學(xué)行為。利用TEM對(duì)單根納米線加載交變電壓使其發(fā)生共振，原位測(cè)量其本征共振頻率，通過(guò)計(jì)算得出氧化鋅納米線的彎曲模量。氧化鋅納米線可以構(gòu)建納米懸臂梁和納米諧振器，通過(guò)氧化鋅納米線構(gòu)建的納米秤，測(cè)量了黏附在納米線自由端的納米顆粒質(zhì)量。該研究論文發(fā)表在英國(guó)物理協(xié)會(huì)的期刊J. Phys.: Condens. Matter( 2006, 18 (15), L179-L184)上，被評(píng)為該期刊2006年度的頂級(jí)論文(Top paper)，位列其中第九名，是該年度該期刊22篇Top papers研究論文中唯一由中國(guó)研究人員完成的成果。 4.合成了多種ZnS準(zhǔn)一維納米材料，并提出了四針狀ZnS納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理，指出其生長(zhǎng)過(guò)程由立方相形核和六方相孿晶生長(zhǎng)機(jī)制共同控制。同時(shí)率先報(bào)道了ZnS四針狀納米材料的光致發(fā)光性能，發(fā)光波長(zhǎng)相對(duì)其它ZnS 納米材料發(fā)生藍(lán)移4.8~32.8nm。該研究論文發(fā)表在國(guó)際著名期刊Nanotechnology (18 (2007) 475603)上，在發(fā)表后的第一個(gè)季度內(nèi)，下載量就超過(guò)250次，成為該期刊排名前10％的熱點(diǎn)文章。 5.碳納米管及ZnO納米陣列的實(shí)際應(yīng)用取得了重要突破。采用涂敷和CVD兩種方法成功制備了多種大面積碳納米管陰極，采用水熱合成法制備了大面積一維納米ZnO陣列陰極。首次研究了納米陰極的強(qiáng)流脈沖發(fā)射性能，其中碳納米管陰極的發(fā)射電流密度高達(dá)344 A/cm2，ZnO陰極的發(fā)射電流密度達(dá)到123A/cm2。系列研究成果發(fā)表在Carbon、Appl. Phys. Lett.等國(guó)際著名期刊上。研制的多種納米陰極在線性感應(yīng)加速器上已經(jīng)得到成功應(yīng)用，陰極的發(fā)射電流強(qiáng)度及發(fā)射電子的均勻性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的陰極性能指標(biāo)。 張躍教授有關(guān)納米材料的研究成果獲教育部高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（自然科學(xué)獎(jiǎng)）二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（2006-052），完成專(zhuān)著1部，另合作出版專(zhuān)著1部，發(fā)表論文80 余篇（其中SCI 40余篇、EI 近20 篇），重要成果發(fā)表在Appl. Phys. Lett.、Carbon、Advan. Funct. Mater.、 J. Physical Chemistry C、Chemical Physics Letters、J. Phys.: Condens. Matter、J. Physics D: Applied Physics、J. Nanosci. Nanotech.等國(guó)際知名期刊上，申報(bào)12項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利（已授權(quán)5項(xiàng)）。發(fā)表研究論文中的4 篇代表性論文，已被引用300余次，單篇他引超過(guò)130次。

成果介紹以國(guó)家需求為導(dǎo)向，通過(guò)醫(yī)工結(jié)合，系統(tǒng)研究了多種重要納米材料的毒理學(xué)效應(yīng)與機(jī)制、構(gòu)建了納米生物安全性評(píng)價(jià)與研究的新方法。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及參數(shù)1、傳統(tǒng)毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序基本適用于對(duì)納米材料的毒理學(xué)評(píng)價(jià)，但必須在材料制備、分散、表征、尺寸、結(jié)構(gòu)、修飾、暴露方式等方面予以約定；2、率先構(gòu)建了基于秀麗線蟲(chóng)、用于納米材料急性、慢性、神經(jīng)、生殖毒性等毒理學(xué)評(píng)價(jià)與研究替代模型；3、基于納米材料的修飾改性及與生物界面相互作用原理，原創(chuàng)性設(shè)計(jì)了基于氮摻雜碳納米管、過(guò)氧化物酶及其底物識(shí)別的高靈敏度納米生物傳感器。市場(chǎng)前景建立納米生物安全性評(píng)價(jià)體系實(shí)施條件1、酶、熒光小分子和量子點(diǎn)標(biāo)記的新型納米生物探針；2、了環(huán)境污染健康效應(yīng)生物標(biāo)志檢測(cè)信號(hào)放大新原理新方法；3、基于石墨烯的多種蛋白質(zhì)和DNA損傷檢測(cè)傳感器，并用于環(huán)境污染致DNA損傷的快速檢測(cè)。

本項(xiàng)目以天然氣轉(zhuǎn)化和二氧化碳資源化利用為背景，從應(yīng)用過(guò)程對(duì)膜材料及膜的要求出發(fā)，運(yùn)用材料化學(xué)工程的基礎(chǔ)理論，開(kāi)展膜材料的設(shè)計(jì)、膜材料及膜的制備、膜反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì)及機(jī)理研究以及氧分離器的設(shè)計(jì)四個(gè)方面的研究工作。基于膜反應(yīng)過(guò)程，通過(guò)研究氧傳輸機(jī)理和膜反應(yīng)機(jī)理、膜材料及膜微結(jié)構(gòu)成形機(jī)理和控制方法、反應(yīng)過(guò)程與膜分離過(guò)程的匹配理論以及膜微結(jié)構(gòu)在反應(yīng)條件下的演變規(guī)律，建立面向反應(yīng)過(guò)程的膜材料設(shè)計(jì)與制備的理論基礎(chǔ)；提出天然氣轉(zhuǎn)化、二氧化碳利用的創(chuàng)新流程，為膜反應(yīng)過(guò)程的工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。