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傳統鈦合金鑄造用陶瓷型芯材料如Al2O3、SiO2等材料存在易反應、難脫芯,而高化學穩定性的Y2O3、ZrO2等材料卻價格昂貴且難以脫芯。實驗室經過多年的研究和實踐，開發了穩定性較高、價格低和易水解的 CaO材料為主的鈦合金精密鑄造陶瓷型芯材料，先后開展了對CaO型芯的成分、結構和生產工藝優化等工作。為了解決CaO陶瓷型芯材料在生產放置中的潮解并進一步改善其與鈦合金熔體的界面穩定性，實驗室正在開發利用溶膠-凝膠方法制備ZrO2/Y2O3包覆CaO陶瓷型芯材料的新技術，使陶瓷型芯具有殼-核結構，有效降低了CaO型芯在放置期間的吸潮速率，同時也提高了陶瓷型芯材料與鈦合金熔體作用的化學界面穩定性。目前，CaO型芯已在復雜鈦合金航空鑄件得到了試應用，正致力于具有復雜內腔的鈦合金精密鑄件的成型。該技術獲國家發明專利1項。

1.壓電陶瓷高居里溫度材料的研發；2.壓電陶瓷低溫燒結；

工程陶瓷材料如 Al2O3、 ZrO2 、 SiC 等除具有高強度、高硬度、耐磨、耐高溫、抗氧化、抗腐蝕、低密度等性能優點，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電性，單晶 SiC 為第三代半導體，而金屬材料（如純金屬、鋼鐵材料、高溫合金等）等具有優良的塑性和韌性，將兩種材料連接形成復合部件，能夠充分發揮該兩種材料的各自優勢，廣泛應用于航空航天、能源化工、冶金機械、兵工等國防或民用領域。然而，由于該兩類材料的化學鍵組成的不同（陶瓷主要由離子鍵和

從底層材料設計出發制備性能優異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質量立體光固化打印系統，優化脫脂燒結工藝流程，實現機械性能優異、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、項目分類 顯著效益成果轉化 二、成果簡介 制備較低粘度、高固含量的氧化鋯漿料和優化的脫脂、燒結過程成為光固化成型技術的關鍵步驟。為解決以上問題，推動增材制造氧化鋯在口腔臨床中的應用，申報人團隊從底層材料設計出發制備性能優異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質量立體光固化打印系統，優化脫脂燒結工藝流程，實現機械性能優異、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化效率的最重要的指標是其品質因子ZT(=S2σT/κ)， 而降低材料的熱導率κ是一種確實有效的提高功率因子的手段。雖然材料所經歷的退火過程可以通過影響材料的微觀結構從而決定材料的熱導率，但是這些唯象的分析并未得到熱動力學的理論支撐因而僅僅浮于表象。         在這篇論文中，作者首先觀測到一個非常有意思的現象：隨著PbTe中CdTe成分的增加，其晶格熱導率在快冷和慢冷的退火條件下表現出截然相反的趨勢。為此，經過細致的透射電鏡觀測發現，在不同的退火條件下，其CdTe相析出物隨著CdTe成分的增加呈現出迥異的微觀形貌。為探究其原理，作者先是利用熱動力學理論計算模擬析出相的成核和生長過程，得出CdTe作為第二相從母體PbTe中析出的分布函數，然后考察析出相的尺寸和數密度對聲子散射的不同作用，最終結合Callaway模型做出了和實驗數值符合非常好的模擬結果，從而為實驗觀測的晶格熱導率提供了熱動力學依據。該研究對熱電材料中利用優化退火條件實現晶格熱導率的調控提供了很好的理論指導和啟發。

電子封裝用鋁基復合材料主要包括SiCp/Al、AlNp/Al和Sip/Al等復合材料。它們采用專利擠壓鑄造方法制備，該工藝生產成本低、設備投資少、制成的材料致密度高，且對增強體和基體合金幾乎沒有選擇，便于進行材料設計。“金屬基復合材料工程技術研究所”在這一工藝上擁有多項發明專利，技術成熟，并具有獨立開發新型材料的能力。 本電子封裝材料具有低膨脹、高導熱、機械強度高等優點，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復合材料相比，導熱性、熱膨脹性能相

近年來，聲學超材料技術發展迅速，聲學超材料是指具有負等效質量密度或負等效模量的人工亞波長結構，由于其具有良好的低頻彈性波帶隙及導波特性，在低頻減振降噪方面具有廣泛的應用前景。目前車用聲學超材料產品尚未在市場上出現，但本團隊已掌握其理論設計方法及應用技術，已申報相關工程應用專利4項，另有6項相正在申報中。車用聲學超材料產品可實現汽車低頻振動及噪聲的有效控制，為解決困擾工程界已久的低頻問題提供新的途徑。

半導體納米線是一種獨特的準一維納米材料。它不僅是電荷的最小載體，也是構建新的復雜體系和新概念納米器件的基元。在該領域中，新現象和新概念層出不窮，推動著材料、物理、化學等交叉學科的發展，并將對未來電子、光電子、通訊等產業產生重大影響。在這一當今最前沿的研究領域中，國際上尤其是發達國家集中了最精銳的研發力量，以期望在納米器件的實用化方面有所突破，在未來高科技爭奪戰中，保持領先并居于主導地位。在納米研究領域，美國政府僅在2005年就投入10億美元，而日本在同一年的投入約12億美元。 我國的《國家中長期科技發展規劃綱要》中也已經把納米科技作為基礎研究重大研究計劃，列入重點支持范圍。其中一維功能納米材料的控制合成、性能調控及應用研究是目前納米材料研究的世界熱點。 張躍教授承擔了973、863、重大國際合作、自然科學基金杰出青年基金和面上項目等各類納米研究方向的課題，通過創新合成方法、優化合成工藝，實現了多種形貌的一維功能納米材料的可控制備，利用等多種手段對納米材料的形貌、結構進行了表征，并對其生長機理、力學性能以及光致發光、場發射、導電性等物理性能進行了系統和深入的研究，特別是在碳納米管及ZnO納米陣列的實際應用領域取得了重要突破，其代表性成果包括： 1.改進了ZnO和摻雜ZnO一維納米材料的制備方法。采用化學氣相沉積法，在較低溫條件下，通過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、納米盤等多種形貌結構的納米材料，實現了一維ZnO納米材料較低溫度條件下形態和尺度控制生長，產物品質純凈、產率高、質量好，易于工業化生產。制備方法受到國際同行的高度評價，認為是半導體制造領域中氧化物納米結構集成方法的重大進步，不僅對從事納米材料研究的科學家，而且對半導體產業意義重大。有關雙晶ZnO納米帶的論文發表在國際知名期刊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。 2.提出了一維氧化鋅納米材料新的生長機理。首次合成四針狀納米氧化鋅材料并揭示了該結構的八面體孿晶核生長的理論模型，該研究結果的論文發表在Chemical Physics Letters (2002,358:83-86)上，被他引更是達到了130 余次。首次發現和論證了一維氧化鋅納米結構中的螺旋位錯誘導晶體生長機理，觀察到了一維氧化鋅納米材料存在的大量螺旋位錯、周期性的位錯及生長臺階，發現生長是沿著位錯進行，且與其伯格斯矢量的方向一致。 3.原位研究單根ZnO和In-ZnO納米線的力學行為。利用TEM對單根納米線加載交變電壓使其發生共振，原位測量其本征共振頻率，通過計算得出氧化鋅納米線的彎曲模量。氧化鋅納米線可以構建納米懸臂梁和納米諧振器，通過氧化鋅納米線構建的納米秤，測量了黏附在納米線自由端的納米顆粒質量。該研究論文發表在英國物理協會的期刊J. Phys.: Condens. Matter( 2006, 18 (15), L179-L184)上，被評為該期刊2006年度的頂級論文(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研究人員完成的成果。 4.合成了多種ZnS準一維納米材料，并提出了四針狀ZnS納米結構的生長機理，指出其生長過程由立方相形核和六方相孿晶生長機制共同控制。同時率先報道了ZnS四針狀納米材料的光致發光性能，發光波長相對其它ZnS 納米材料發生藍移4.8~32.8nm。該研究論文發表在國際著名期刊Nanotechnology (18 (2007) 475603)上，在發表后的第一個季度內，下載量就超過250次，成為該期刊排名前10％的熱點文章。 5.碳納米管及ZnO納米陣列的實際應用取得了重要突破。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流脈沖發射性能，其中碳納米管陰極的發射電流密度高達344 A/cm2，ZnO陰極的發射電流密度達到123A/cm2。系列研究成果發表在Carbon、Appl. Phys. Lett.等國際著名期刊上。研制的多種納米陰極在線性感應加速器上已經得到成功應用，陰極的發射電流強度及發射電子的均勻性遠遠高于現有的陰極性能指標。 張躍教授有關納米材料的研究成果獲教育部高等學校科學技術獎（自然科學獎）二等獎1項（2006-052），完成專著1部，另合作出版專著1部，發表論文80 余篇（其中SCI 40余篇、EI 近20 篇），重要成果發表在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.等國際知名期刊上，申報12項發明專利（已授權5項）。發表研究論文中的4 篇代表性論文，已被引用300余次，單篇他引超過130次。

成果介紹以國家需求為導向，通過醫工結合，系統研究了多種重要納米材料的毒理學效應與機制、構建了納米生物安全性評價與研究的新方法。技術創新點及參數1、傳統毒理學評價程序基本適用于對納米材料的毒理學評價，但必須在材料制備、分散、表征、尺寸、結構、修飾、暴露方式等方面予以約定；2、率先構建了基于秀麗線蟲、用于納米材料急性、慢性、神經、生殖毒性等毒理學評價與研究替代模型；3、基于納米材料的修飾改性及與生物界面相互作用原理，原創性設計了基于氮摻雜碳納米管、過氧化物酶及其底物識別的高靈敏度納米生物傳感器。市場前景建立納米生物安全性評價體系實施條件1、酶、熒光小分子和量子點標記的新型納米生物探針；2、了環境污染健康效應生物標志檢測信號放大新原理新方法；3、基于石墨烯的多種蛋白質和DNA損傷檢測傳感器，并用于環境污染致DNA損傷的快速檢測。

本項目以天然氣轉化和二氧化碳資源化利用為背景，從應用過程對膜材料及膜的要求出發，運用材料化學工程的基礎理論，開展膜材料的設計、膜材料及膜的制備、膜反應過程的設計及機理研究以及氧分離器的設計四個方面的研究工作。基于膜反應過程，通過研究氧傳輸機理和膜反應機理、膜材料及膜微結構成形機理和控制方法、反應過程與膜分離過程的匹配理論以及膜微結構在反應條件下的演變規律，建立面向反應過程的膜材料設計與制備的理論基礎；提出天然氣轉化、二氧化碳利用的創新流程，為膜反應過程的工程應用奠定基礎。