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上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授于奕課題組與美國普渡大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)合作，在新型半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)研究中取得重要進(jìn)展，首次成功制備并表征了二維鹵化物鈣鈦礦橫向外延異質(zhì)結(jié)。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于《自然》。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)精準(zhǔn)制備是半導(dǎo)體器件的起點(diǎn)，是現(xiàn)代電子學(xué)和光電子學(xué)的重要基石。鹵化物鈣鈦礦材料作為一類近年來引起廣泛關(guān)注的新興半導(dǎo)體，在太陽能電池、發(fā)光二極管、激光等領(lǐng)域展示出巨大的應(yīng)用前景。在構(gòu)建鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的道路上，有兩個(gè)科學(xué)難題一直未得到解決。一方面，該材料易發(fā)生離子擴(kuò)散，難以獲得高質(zhì)量的原子級平整的異質(zhì)界面；另一方面，鹵化物鈣鈦礦對空氣、水分、電子束輻照等因素十分敏感，其微觀結(jié)構(gòu)解析特別是原子結(jié)構(gòu)成像困難重重。缺乏原子結(jié)構(gòu)信息的指導(dǎo)，材料的精準(zhǔn)構(gòu)筑與性能設(shè)計(jì)難以開展。于奕課題組與合作團(tuán)隊(duì)在這兩個(gè)前沿難題的解決上取得了突破。研究人員在材料制備過程中引入剛性有機(jī)配體來抑制離子擴(kuò)散，成功制備了二維有機(jī)—無機(jī)雜化鹵化物鈣鈦礦橫向異質(zhì)結(jié)；發(fā)展了低劑量像差校正電子顯微技術(shù)，首次揭示了二維橫向異質(zhì)結(jié)的界面原子結(jié)構(gòu)，直接證實(shí)獲得了原子級平整界面。同時(shí)，于奕團(tuán)隊(duì)找到了一種優(yōu)化的低劑量成像方法，首次實(shí)現(xiàn)了輻照敏感的二維橫向異質(zhì)結(jié)原子結(jié)構(gòu)解析。這一突破提供了界面原子結(jié)構(gòu)、缺陷構(gòu)型以及晶格應(yīng)變等準(zhǔn)確信息，為這類新型半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了直觀的指導(dǎo)。在這些研究發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步合作，展示了新型異質(zhì)結(jié)原型器件中的整流效應(yīng)，驗(yàn)證了這類新型半導(dǎo)體走向應(yīng)用的前景。相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2219-7

聚合物復(fù)合PTC材料是近年來在國際上發(fā)展很快的高科技產(chǎn)品，該種材料其電阻隨溫度作非線性變化，具有正溫度系數(shù)（即所謂PTC特性），當(dāng)溫度上升到某一值時(shí)，電阻急劇增加。利用這一特性做出的自控溫加熱材料，能根據(jù)環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)輸出功率，具有保溫和控溫的功能。美國將此項(xiàng)技術(shù)列為不轉(zhuǎn)讓類技術(shù)。 與陶瓷PTC材料相比，聚物合復(fù)合PTC材料具有成本低，易于加工

提出引入活性客體來調(diào)控金屬有機(jī)框架（MOF）體系自旋轉(zhuǎn)換性能的策略，并成功地通過特定活性客體的可逆化學(xué)變化得到驗(yàn)證；通過引入雙吡啶三氮唑陰離子配體設(shè)計(jì)組裝出自旋轉(zhuǎn)換溫度創(chuàng)紀(jì)錄的自旋交叉材料?該研究團(tuán)隊(duì)最近通過精心設(shè)計(jì)，將氨基官能團(tuán)引入到霍夫曼型MOF材料中，合成了首例具有HS0.0LS1.0?HS0.25LS0.75?HS0.5LS0.5?HS0.75LS0.25?HS1.0LS0.0五種自旋狀態(tài)的四步自旋轉(zhuǎn)變MOF材料，并通過磁性、差示掃描量熱法和單晶衍射法進(jìn)行了表征確認(rèn)。對于HS0.25LS0.75自旋態(tài)，我們從結(jié)構(gòu)上捕捉到首例具有LS-LS-LS-HS三維有序交替排列特征的磁結(jié)構(gòu)。更加令人驚奇的是，通過對主客體間超分子作用的調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)四步、兩步和一步自旋交叉性質(zhì)之間的可逆轉(zhuǎn)變，為設(shè)計(jì)具有多步自旋轉(zhuǎn)變的多穩(wěn)態(tài)磁性材料提供了新的思路。

新材料研發(fā)

價(jià)格低廉、無毒、環(huán)境友好的金屬錫（Sn）與鉍（Bi）在能源轉(zhuǎn)化和存儲等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。然而，由于Sn與Bi的晶格失配大(>22%)、易相分離和氧化、以及二者之間相容性低于2 at%，使得純相Sn1-xBix合金材料的制備及其物化性質(zhì)的研究成果較少被報(bào)道。

隨著工業(yè)生產(chǎn)的加快以及人類生活品質(zhì)的提高，對多相分離中的分離效率和膜材料的使用壽命都有了更高的要求。本項(xiàng)目旨在研究制備仿生液體復(fù)合膜材料。通過仿生多孔膜材料與功能液體的協(xié)同物理化學(xué)設(shè)計(jì)，制備的仿生液體復(fù)合膜材料突破傳統(tǒng)固/液界面設(shè)計(jì)的限制，應(yīng)用全新的動態(tài)固/液/液界面設(shè)計(jì)制備液體復(fù)合膜材料，可用于污水處理和工業(yè)生產(chǎn)中的油/氣/水分離，較傳統(tǒng)商業(yè)膜在抗污節(jié)能，力學(xué)性能，耐用性和使用壽命等方面有顯著提高。

納微結(jié)構(gòu)賦予材料新的功能和功效。利用CO2 輔助霧化制備和組裝納微顆粒結(jié)構(gòu)材料，通過二相或多相流的噴頭結(jié)構(gòu)元件膨脹和霧化，根據(jù)混合和相分離的變化，組裝納微顆粒結(jié)構(gòu)和形態(tài)。根據(jù)液滴在射飛過程中由于環(huán)境的變化而潰散、霧化、溶劑蒸發(fā)射飛過程中環(huán)境以及混合方式的調(diào)節(jié)，可形成各種納微尺度和不同結(jié)構(gòu)組裝的顆粒材料。例如，根據(jù)多相流結(jié)構(gòu)元件可快速形成高過飽和度快速成析和射流分散這樣的特點(diǎn)，可設(shè)計(jì)給藥系統(tǒng)，形成芯囊型或相互包嵌的超微細(xì)給藥系統(tǒng)。又如用本方法制備的含能材料納微顆粒，具有獨(dú)到之處。

成果與項(xiàng)目的背景及主要用途： 術(shù)后粘連是有手術(shù)史以來國內(nèi)外亟待解決的重要醫(yī)學(xué)難題之一。在外科領(lǐng)域開展的手術(shù)中，絕大多數(shù)都涉及到防止組織之間粘連的問題。術(shù)后粘連可以引起嚴(yán)重的并發(fā)癥，如腹部、盆腔等均可引起粘連性腸梗阻，甲狀腺手術(shù)后引起喉返神經(jīng)損傷以及因盆腔組織粘連而導(dǎo)致的女性不育癥。90%的患者在術(shù)后均有不同程度的粘連產(chǎn)生，60%的患者需要采取一定的防粘連措施。 目前防止術(shù)后粘連國際上采用較多的是“短期屏障"法，即術(shù)后在容易發(fā)生粘連的部位植入隔離材料。隨著 70 年代后美國醫(yī)用材料方面的突破，可生物降解吸收材料已得到醫(yī)療市場的認(rèn)可。現(xiàn)有的美國 FDA 批準(zhǔn)的術(shù)后防粘連產(chǎn)品有三種。本課題組設(shè)計(jì)和研制了一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的可拋型防粘連膜材料 AntiTriplex。它是一種生物相容性良好、安全、無毒、無刺激、可降解吸收的薄膜材料，其獨(dú)特的表面結(jié)構(gòu)特性可以將手術(shù)創(chuàng)面和周圍組織有效隔離開，有效地保護(hù)好手術(shù)創(chuàng)面。 技術(shù)原理與工藝流程簡介： 該術(shù)后防粘連膜由多糖分子、多肽大分子和合成大分子組裝而成的三元膜。該三元膜綜合了三種材料的優(yōu)點(diǎn)，使膜材料的力學(xué)性能、水穩(wěn)定性、降解速率、臨床可操作性、防粘連效果等得到全面提升。主要工 藝流程如下： 多肽大分子 ↓ 合成大分子 → 反應(yīng)器 --→成膜 → 后處理 → 干燥 → 成品膜 → 包裝 → 滅菌 ↑ 改性多糖大分子 技術(shù)水平及專利與獲獎情況： 該新型術(shù)后防粘連膜獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)代表了當(dāng)今該領(lǐng)域國際先進(jìn)水 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測： 不管是傳統(tǒng)的腹腔、心血管、椎板外科手術(shù)，還是新興的微創(chuàng)手術(shù)，均會存在不同程度的粘連現(xiàn)象。現(xiàn)階段歐美已經(jīng)形成了一個(gè)龐大的防粘連材料市場，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國每年用于治療腹腔、盆腔粘連的費(fèi)用高達(dá)約 12 億美元。美國在 2000 年有 750 萬例出現(xiàn)術(shù)后粘連，預(yù)計(jì)到 2006 年將增加到 2000 萬。雖然美國 FDA 已批準(zhǔn)了 3 個(gè)防粘連材料，但均有缺陷。中國人口眾多，醫(yī)療水平不及美國，如以 1500 萬人保守?cái)?shù)字計(jì)，每人需要防粘連材料一份（至少），每份約 200 元，市場容量將是 30 億，利稅近 10 億，是國家鼓勵優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。 應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)療器械、生物材料制品、組織工程制品 技術(shù)轉(zhuǎn)化條件（包括：原料、設(shè)備、廠房面積的要求及投資規(guī)模）：原材料均為國產(chǎn)，價(jià)格低廉。所需設(shè)備為常用設(shè)備，投資不大。常規(guī)醫(yī)藥行業(yè)的廠房基本上能滿足要求，主要生產(chǎn)車間 150 平方米。投資規(guī)模依生產(chǎn)規(guī)模而定。 合作方式及條件：面談平, 目前已申報(bào)國家發(fā)明專利 2 項(xiàng)。 

該項(xiàng)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(zhì)量組成：催化劑為 5-30％，碳材料為 40-80％，粘結(jié)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(fù)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(dǎo)炭黑、碳纖維、石墨烯、超導(dǎo)炭黑、科琴黑、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩一種或兩種。粘結(jié)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(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：該催化劑可促進(jìn)氧的還原，降低充電過電位，在鋰空氣電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能；而且該催化劑工藝簡單，采用環(huán)保無毒的試劑，在鋰空氣電池領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。專利號：201310524508.7 

汽車車身復(fù)合材料主要以經(jīng)編結(jié)構(gòu)復(fù)合材料為主，將剛性紗線成圈技術(shù)、針織結(jié)構(gòu)增強(qiáng)設(shè)計(jì)和異型結(jié)構(gòu)織造技術(shù)三者相結(jié)合，生產(chǎn)質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的相關(guān)產(chǎn)品，滿足汽車車身材料的使用要求。汽車車身的材料主要是多軸向經(jīng)編復(fù)合材料和異型結(jié)構(gòu)經(jīng)編復(fù)合材料。 關(guān)鍵技術(shù) ① 多軸向經(jīng)編復(fù)合材料的定義 軸向織物是由帶有緯紗襯入系統(tǒng)的織機(jī)生產(chǎn)的一類獨(dú)特的織物。在織物的縱向和橫向以及斜向都可以襯入紗線，并且這些紗線能夠按照要求平行伸直地襯在需要的方向上。因此這類織物亦稱為取向結(jié)構(gòu)。多軸向經(jīng)編復(fù)合材料指在經(jīng)編結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的軸向織物。 ② 多軸向經(jīng)編織物特點(diǎn) 需求量大、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低（卡爾邁耶的 Malimo Multiaxial 型多軸向經(jīng)編機(jī)最高機(jī)速可達(dá) 1400r/min，相應(yīng)產(chǎn)量可達(dá) 240m/h）原料適應(yīng)性好，力學(xué)性能優(yōu)異 ③ 多軸向經(jīng)編復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 較好力學(xué)性能：由于經(jīng)編多軸向織物纖維平行且伸直排列，所以纖維強(qiáng)度與剛度在復(fù)合材料中可以充分發(fā)揮。機(jī)織物的經(jīng)緯紗線呈波浪形，其力學(xué)性能貢獻(xiàn)只有 50%左右。如在平紋布中碳纖維拉伸強(qiáng)度僅為 1100N/mm2，而同樣材料在雙軸向經(jīng)編織物中拉伸強(qiáng)度為 2200N/mm2。 降低應(yīng)力集中，提高材料性能：在普通機(jī)織復(fù)合材料中，當(dāng)材料受拉伸載荷時(shí)，其應(yīng)力轉(zhuǎn)移有一個(gè)過程，由于樹脂模量低，纖維處于不斷伸長過程中，應(yīng)力載荷也逐步加到纖維上，纖維在伸長過程中破壞，樹脂與紗線受到剪切應(yīng)力，在纖維還未斷裂時(shí)，反復(fù)的剪應(yīng)力作用也使復(fù)合材料界面被破壞，導(dǎo)致復(fù)合材料強(qiáng)度損失。 知識產(chǎn)權(quán)及項(xiàng)目獲獎情況 論文 5 篇，專利 1 篇，SCI6 篇 項(xiàng)目成熟度 小批量生產(chǎn)階段 投資期望及應(yīng)用情況 多軸向經(jīng)編復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域應(yīng)用，經(jīng)編復(fù)合材料可用于制造車輛殼體、發(fā)動機(jī)引擎蓋、保險(xiǎn)杠等