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分米量級尺寸的六方氮化硼二維單晶的制備
團隊與合作者首次報道了米級單晶Cu(111)襯底的制備方法，并在此基礎上實現了米級單晶石墨烯的外延生長（Science. Bulletin 2017, 62, 1074）。與石墨烯不同，六方氮化硼等其它絕大多數二維材料不具有中心反演對稱性，其外延生長普遍存在孿晶晶界問題：旋轉180°時晶格方向發生改變，外延生長時不可避免地出現反向晶疇，而在拼接時形成缺陷晶界。 開發合適對稱性的外延單晶襯底是解決這一科學難題的關鍵。研究團隊探索出利用對稱性破缺的襯底外延非中心反演對稱二維單晶薄膜的新方
南方科技大學
2021-04-14
膜吸收去除二氧化碳技術
目前國內發電廠主要是燃煤發電，煤炭的燃燒使發電廠廢氣中含有大量的二氧化碳（CO2），占工業CO2 總排放量的30%左右，造成了嚴重的大氣污染和溫室效應。燃煤電廠中二氧化碳的處理已成為目前急需解決的問題，因此燃煤電廠廢氣中二氧化碳的捕集成為目前的研究熱點之一。燃煤電廠尾氣脫CO2 理論上有吸收分離法、吸附法、膜分離法、膜基吸收法和低溫蒸餾法等。國際能源署在上世紀90 年代對上述幾種脫CO2 法的調查研究表明,對煙道氣脫CO2 較有前途的是“膜基氣體吸收法”。膜吸收技術是膜技術與氣體吸收技術相結合的膜過程,通常使用疏水微孔中空纖維膜將氣體與吸收液隔開。用于分隔氣液兩相的疏水微孔膜的可用材料廣泛，可以為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯等。利用膜吸收技術捕集CO2 與傳統的吸收塔相比，膜吸收可以對氣、液兩相流速寬范圍獨立控制，而且氣液接觸面大，能耗低，避免了液泛、霧沫夾帶、溝流、鼓泡等現象發生。另外，膜吸收技術更有利于燃煤電廠尾氣中CO2 的回收后再次利用，利用膜吸收技術回收的CO2 純度高，可達到95%以上，可應用于食品、醫藥等行業，為社會創造了更多的經濟價值和社會效益。 本技術以疏水中空纖維膜為氣液兩相間分隔界面，其較強的疏水性能可以防止液相的泄漏，另外所用膜材料能耐受強酸強堿的長期腐蝕，給膜吸收設備提供了更長的使用壽命。而所采用的中空纖維膜組件還具有氣液接觸面積大、設備體積小等優點。以MEA、MDEA 等醇胺溶液為吸收劑，膜解吸過程相對簡單,與傳統的方法相比具有設備投資低、分離效率高、使用周期長等優點，是具有廣大前景并值得推廣的技術。 技術指標：所用吸收劑：MEA、DEA 等醇胺類吸收劑；處理前CO2 含量≤10%；處理后CO2 含量≤0.3%；去除能力：99%；吸收劑回用方式：加熱解吸循環；吸收劑熱解吸溫度：60～80℃；裝置使用壽命1～2 年。應用范圍：可廣泛應用于燃煤發電廠尾氣中CO2 的回收處理、煙道氣處理及相關領域。市場分析膜吸收法捕集CO2 技術能耗低，占地面積小，在操作上存在很大的優勢；另外，吸收CO2的吸收劑可經過加熱等方法進行循環利用，捕集的CO2 濃度較高，市場前景相當廣闊。效益分析：本技術設備簡單、投資少、操作成本低，與傳統技術相比能耗大大降低，而且回收的CO2純度較高，經過凈化之后可再次應用于醫藥、食品、化工等行業，具有顯著的經濟效益。
北京化工大學
2021-02-01
二氧化碳在煉鋼流程的應用
針對鋼鐵工業 CO 2 排放量大的問題以及少（無）煙塵、深度脫磷、脫氮、控氧的綠色潔凈煉鋼的發展方向，2004 年研發團隊提出將 CO 2 作為資源循環應用于煉鋼過程，同時利用 CO 2 的高溫特性解決現有冶金工藝存在的問題。經過根據十余年的研究發現，CO 2 是弱氧化性氣體，在煉鋼溫度下與碳、硅、錳等元素可發生氧化反應，并伴隨吸熱或微放熱效應，具有以下冶金功能：（1）利用 CO 2 參與煉鋼反應的吸熱效應，可將 2700-3000℃的頂吹氧氣射流高溫火點區降低至鐵的沸點（2750℃）以下，減少了鐵的蒸發量；（2）轉爐煉鋼前期硅、錳等元素的氧化使熔池迅速升溫，難以滿足低溫高效脫磷的熱力學條件，可通過噴吹 CO 2 控制熔池升溫速率，延長低溫脫磷時間，解決了長期困擾煉鋼的脫磷不穩定、深脫磷難等問題；（3）與純氧噴吹相比，CO 2 與鋼中各元素反應均生成 CO，能夠強化熔池攪拌，改善渣鋼反應動力學條件，減少終點鋼液過氧化，生產低氮/低磷/低氧鋼種；（4）利用煉鋼底吹 CO 2 的冷卻效應，發明了 CO 2 控制“蘑菇頭”生長與消除的動態平衡方法，可有效延長煉鋼底吹元件壽命。在充分掌握 CO 2 高溫弱氧化、強攪拌及冷卻效應等冶金反應特性的基礎上，研發團隊提出在煉鋼生產中采用 CO 2 代替部分頂吹 O 2 、底吹 CO 2 代替全部 N 2 /Ar進行 CO 2 -O 2 混合噴吹煉鋼的工藝流程（見附件 1 工藝路線圖），發明了具有自主知識產權的煉鋼噴吹 CO 2 降塵、高效脫磷、脫氮/控氧及長壽底吹等系列技術，并完成了工業示范應用。
北京科技大學
2021-04-13
超臨界二氧化碳發電系統技術
成果完成人瞄準1000MW超臨界二氧化碳燃煤（sCO2）發電系統，主持了國家重點研發計劃項目“超高參數高效二氧化碳燃煤發電基礎理論與關鍵技術研究”。
本成果從系統和部件兩個層面進行研究，被推薦為2020年度國家重點研發計劃重點科技成果，并在2021年1月27日科技日報上做了報導。具體成果如下：
1、sCO2鍋爐模塊化設計：sCO2循環流量是水蒸氣機組的6-8倍，導致S-CO2鍋爐嚴重堵塞，發現機組效率懲罰效應。首次提出1/8分流減阻原理，在保持吸熱量及循環流量不變條件下，將壓降降低為傳統設計的1/8，由此提出模塊化鍋爐設計，將鍋爐壓降減小到與水蒸氣鍋爐相當或更低水平，徹底解決大壓降難題。
2、煙氣熱量全溫區吸收：針對sCO2循環適合中高溫熱源，單個sCO2循環無法吸收煙氣全溫區熱量，提出頂低復合循環，實現熱量全溫區吸收。提出能量復疊利用原理及設備共享，完全消除頂底循環效率差并簡化系統。1000MWe級燃煤sCO2發電效率達到～50%，比水蒸氣機組高3-4個百分點。
3、鍋側和爐側綜合調溫方法：針對sCO2進入鍋爐溫度較高，抬高受熱面溫度，提出鍋側和爐側綜合調溫方法，發明“冷熱匹配、層級降溫”原理，提出“上大下小+雙爐膛+煙氣再循環”的創新型鍋爐設計。建成壓力達26MPa的超高參數sCO2傳熱系統，提出超臨界傳熱類沸騰理論，結合實驗數據，給出了鍋爐管發生傳熱惡化的臨界判據。誕生第一臺超臨界二氧化碳燃煤鍋爐原理樣機。
本成果闡明了能量復疊利用原理，是能量梯級利用的繼承和發展，消除了復合循環中頂循環和低循環的效率差，最大限度挖掘了sCO2燃煤發電系統的效率優勢。并首次闡明超臨界流體分子尺度下的非均勻物質結構，顛覆了人類對超臨界流體物質結構的認知，首次將亞臨界壓力下的多相流體理論體系引入到超臨界傳熱中，初步實現了亞臨界和超臨界壓力下能量傳遞與轉換理論的統一，達到國際領先水平。
華北電力大學
2022-07-06
二氧化碳晶體結構模型
寧波浪力儀器有限公司（余姚市朗海科教儀器廠）
2021-08-23
二氧化碳晶體結構模型
寧波華茂文教股份有限公司
2021-08-23
石墨烯體系單原子缺陷研究進展發表
石墨烯中電子除了自旋這個內秉自由度，還有子格贗自旋和谷贗自旋自由度。石墨烯中電子的多自由度給石墨烯帶來了很多新奇的物理性質。單原子缺陷是材料體系中最簡單的缺陷形式，可以作為一種模型體系來幫助了解缺陷對材料性質的影響和調控。物理學系何林教授課題組長期致力于研究石墨烯中的單原子缺陷，發現缺陷可對石墨烯中自旋、子格贗自旋和谷贗自旋相關的電學性質產生深刻影響。例如，他們利用掃描隧道顯微鏡（STM）首次證實石墨烯中單原子空位缺陷存在局域自旋磁矩，并在原子尺度上實現了對其自旋磁矩調控，實現了三種自旋量子態；觀測到石墨烯中單原子缺陷引入的對稱性破缺態，并系統地測量了缺陷附近谷極化和谷依賴的自旋極化在實空間的分布情況。 石墨烯中電子的子格贗自旋來自于其六角晶格結構，有A和B兩套子格，因此波函數數學形式上類似于自旋。對于電子自旋有很多有意思的可觀測物理現象，那么對應石墨烯中的子格贗自旋是否有可觀測的物理現象呢？帶著這一問題，何林教授課題組開展了深入研究。他們發現石墨烯中的單原子缺陷可以使準粒子在石墨烯手性不同的兩個谷之間發生彈性散射，并伴隨著子格贗自旋的旋轉，在缺陷附近產生一個原子尺度的子格贗自旋渦旋，而贗自旋在渦旋（單原子缺陷）的繞數直接反映了體系的Berry相位（圖1）。通常來說，貝利相位的測量需要借助于外加磁場，因為磁場可以驅動準粒子沿閉合的軌跡絕熱運動，所以這一的結果提供了一個簡單的方法測量不同層石墨烯Berry相位的方法。何林教授課題組利用STM測量單原子缺陷引起的谷間散射形成的電荷密度波振蕩，證明電荷密度波振蕩在實空間中增加的額外波前條紋數直接反映了子格贗自旋在渦旋的繞數，從而可直接測量不同層石墨烯的Berry相位。最近的工作中，他們對雙層石墨烯進行了詳細的研究，并將相關結果推廣到多層石墨烯體系。進一步他們還研究了相同和相反繞數的子格贗自旋渦旋的量子干涉。上述結果直接證明了子格贗自旋有很多豐富有趣的物理現象亟待深入研究，也為子格贗自旋物理提供了全新的研究思路。
北京師范大學
2021-02-01
環氧樹脂/石墨烯功能納米復合材料制備
石墨烯具有優異的機械,導電以及導熱性能,在納米科學和材科領域具有極大的應用價值,尤其是在電容器,傳感器,柔性薄膜電路以及復合材料等方面已經吸引全球科學界和工業界廣泛的關注。本技術以氧化石墨烯(GO)為前驅體,同步還原與修飾GO,制備了多種環氧/石墨烯功能納米復合材料該石墨烯氣凝膠具有低密度,開孔結構,高導電性以及良好的機械性能與成型性等優點。通過真空輔助浸漬成型法,制備了高導電的環氧／三維石墨烯納米復合材料,當石墨烯含量為體積分數適當時,復合材料的電導率達到4×10-2S/m,比純環氧基體提高了13個數量級。良好導電性能的原因是石墨烯氣凝膠在制備復合材料過程中保持了導電網絡結構完整性,而且與聚合物基體浸潤性良好。
北京化工大學
2021-02-01
石墨烯體系單原子缺陷研究進展發表
石墨烯中電子除了自旋這個內秉自由度，還有子格贗自旋和谷贗自旋自由度。石墨烯中電子的多自由度給石墨烯帶來了很多新奇的物理性質。單原子缺陷是材料體系中最簡單的缺陷形式，可以作為一種模型體系來幫助了解缺陷對材料性質的影響和調控。物理學系何林教授課題組長期致力于研究石墨烯中的單原子缺陷，發現缺陷可對石墨烯中自旋、子格贗自旋和谷贗自旋相關的電學性質產生深刻影響。例如，他們利用掃描隧道顯微鏡（STM）首次證實石墨烯中單原子空位缺陷存在局域自旋磁矩，并在原子尺度上實現了對其自旋磁矩調控，實現了三種自旋量子態；觀測到石墨烯中單原子缺陷引入的對稱性破缺態，并系統地測量了缺陷附近谷極化和谷依賴的自旋極化在實空間的分布情況。 石墨烯中電子的子格贗自旋來自于其六角晶格結構，有A和B兩套子格，因此波函數數學形式上類似于自旋。對于電子自旋有很多有意思的可觀測物理現象，那么對應石墨烯中的子格贗自旋是否有可觀測的物理現象呢？帶著這一問題，何林教授課題組開展了深入研究。他們發現石墨烯中的單原子缺陷可以使準粒子在石墨烯手性不同的兩個谷之間發生彈性散射，并伴隨著子格贗自旋的旋轉，在缺陷附近產生一個原子尺度的子格贗自旋渦旋，而贗自旋在渦旋（單原子缺陷）的繞數直接反映了體系的Berry相位（圖1）。通常來說，貝利相位的測量需要借助于外加磁場，因為磁場可以驅動準粒子沿閉合的軌跡絕熱運動，所以這一的結果提供了一個簡單的方法測量不同層石墨烯Berry相位的方法。何林教授課題組利用STM測量單原子缺陷引起的谷間散射形成的電荷密度波振蕩，證明電荷密度波振蕩在實空間中增加的額外波前條紋數直接反映了子格贗自旋在渦旋的繞數，從而可直接測量不同層石墨烯的Berry相位。最近的工作中，他們對雙層石墨烯進行了詳細的研究，并將相關結果推廣到多層石墨烯體系。進一步他們還研究了相同和相反繞數的子格贗自旋渦旋的量子干涉。上述結果直接證明了子格贗自旋有很多豐富有趣的物理現象亟待深入研究，也為子格贗自旋物理提供了全新的研究思路。
北京師范大學
2021-04-10
用于燃料電池的復合石墨流場板
成果與項目的背景及主要用途： 流場板（雙極板）是質子交換膜燃料電池中的重要部件。目前，質子交換膜 燃料電池廣泛采用的流場板（雙極板）主要有機加工硬質石墨板、機加工金屬板 和注塑碳-塑復合材料雙極板三種類型。這三類流場板各有顯著的優點，但是各 自的缺點也較突出。 為實現燃料電池商品化，需要更低成本和更適應批量化生產的流場板。為此， 我們開發了基于天然鱗片石墨材料和模壓成型工藝的復合石墨流場板技術。經過 努力研究，現在形成的技術可以大幅度降低流場板的材料成本和加工成本，實現 高生產率，同時使導電率（>10S/cm）、氫氣透過系數（<1×10-4 cm3 /s.cm2）、 熱傳導系數（>20W/m.K）以及抗壓強度（>10MPa）等指標均滿足雙極板材料性 能的要求。 復合石墨流場板的主要用途是作為質子交換膜燃料電池的雙極板。 技術原理與工藝流程簡介： 92天津大學科技成果選編 技術原理： 復合石墨流場板主要由天然鱗片石墨和聚合物組成。天然鱗片石墨具有良好 的導電和導熱性能，且化學穩定性好，耐腐蝕，從而保證復合流場板具有良好的 導電及導熱性能。聚合物的添加可以提高復合流場板的強度，并且使復合板阻氣 性能得到改善，以實現雙極板分隔氧化劑和還原劑的功能和滿足燃料電池堆對雙 極板機械性能的要求。 工藝流程：配料→裝料→升溫→模壓→降溫→脫模→成品 技術水平及專利與獲獎情況： 目前已開發和制備出工作面積為 100mm×100mm 的流場板。并可根據需要 加工具有不同尺寸和流場形式的流場板。 應用前景分析及效益預測： 隨著能源的消耗持續增長，能源短缺問題日益凸現。燃料電池的發展必然受 到越來越廣泛的重視。質子交換膜燃料電池是目前應用前景最廣且發展最快的一 類燃料電池。隨著質子交換膜燃料電池的發展和普遍應用，復合石墨流場板因價 格低和適應批量生產的優勢顯示出巨大的市場潛力和經濟競爭力。 應用領域：質子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池及其它電化學反應器。 合作方式及條件：面議
天津大學
2021-04-11