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成果與項(xiàng)目的背景及主要用途： 流場(chǎng)板（雙極板）是質(zhì)子交換膜燃料電池中的重要部件。目前，質(zhì)子交換膜 燃料電池廣泛采用的流場(chǎng)板（雙極板）主要有機(jī)加工硬質(zhì)石墨板、機(jī)加工金屬板 和注塑碳-塑復(fù)合材料雙極板三種類型。這三類流場(chǎng)板各有顯著的優(yōu)點(diǎn)，但是各 自的缺點(diǎn)也較突出。 為實(shí)現(xiàn)燃料電池商品化，需要更低成本和更適應(yīng)批量化生產(chǎn)的流場(chǎng)板。為此， 我們開(kāi)發(fā)了基于天然鱗片石墨材料和模壓成型工藝的復(fù)合石墨流場(chǎng)板技術(shù)。經(jīng)過(guò) 努力研究，現(xiàn)在形成的技術(shù)可以大幅度降低流場(chǎng)板的材料成本和加工成本，實(shí)現(xiàn) 高生產(chǎn)率，同時(shí)使導(dǎo)電率（>10S/cm）、氫氣透過(guò)系數(shù)（<1×10-4 cm3 /s.cm2）、 熱傳導(dǎo)系數(shù)（>20W/m.K）以及抗壓強(qiáng)度（>10MPa）等指標(biāo)均滿足雙極板材料性 能的要求。 復(fù)合石墨流場(chǎng)板的主要用途是作為質(zhì)子交換膜燃料電池的雙極板。 技術(shù)原理與工藝流程簡(jiǎn)介： 92天津大學(xué)科技成果選編 技術(shù)原理： 復(fù)合石墨流場(chǎng)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(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，且化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕，從而保證復(fù)合流場(chǎng)板具有良好的 導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能。聚合物的添加可以提高復(fù)合流場(chǎng)板的強(qiáng)度，并且使復(fù)合板阻氣 性能得到改善，以實(shí)現(xiàn)雙極板分隔氧化劑和還原劑的功能和滿足燃料電池堆對(duì)雙 極板機(jī)械性能的要求。 工藝流程：配料→裝料→升溫→模壓→降溫→脫?！善?技術(shù)水平及專利與獲獎(jiǎng)情況： 目前已開(kāi)發(fā)和制備出工作面積為 100mm×100mm 的流場(chǎng)板。并可根據(jù)需要 加工具有不同尺寸和流場(chǎng)形式的流場(chǎng)板。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè)： 隨著能源的消耗持續(xù)增長(zhǎng)，能源短缺問(wèn)題日益凸現(xiàn)。燃料電池的發(fā)展必然受 到越來(lái)越廣泛的重視。質(zhì)子交換膜燃料電池是目前應(yīng)用前景最廣且發(fā)展最快的一 類燃料電池。隨著質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展和普遍應(yīng)用，復(fù)合石墨流場(chǎng)板因價(jià) 格低和適應(yīng)批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)顯示出巨大的市場(chǎng)潛力和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。 應(yīng)用領(lǐng)域：質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池及其它電化學(xué)反應(yīng)器。 合作方式及條件：面議

項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和機(jī)械性能，在鋰電、超級(jí)電容器等方面有廣闊的應(yīng)用前景，但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)化的石墨烯以多層為主，性能優(yōu)異的單層石墨烯價(jià)格昂貴。本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了一種綠色、低成本、可大規(guī)模制備的高性能單層石墨烯技術(shù)，工業(yè)前景廣闊。社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益：低成本、高性能、無(wú)污染、應(yīng)用廣、可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。創(chuàng)新點(diǎn)：綠色環(huán)保、成本低、性能優(yōu)異、適宜規(guī)模化生產(chǎn)。

天然微晶石墨在電磁屏蔽和吸波、燃料電池、電子、潤(rùn)滑劑、自動(dòng)化、熱輻射防護(hù)、原子核反應(yīng)堆、石墨炸彈、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，可提升天然微晶石墨的深加工技術(shù)水平和附加值，解決目前天然微晶石墨行業(yè)由于無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)而造成的低價(jià)傾售和資源大量浪費(fèi)的嚴(yán)重問(wèn)題，同時(shí)也為我國(guó)盤活該類礦種，增加有效儲(chǔ)量提供技術(shù)支撐。本項(xiàng)目已在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)、湖南省科技廳和湖南省國(guó)土資源廳等項(xiàng)目的支持下，取得了以下成果：確立了制備高純超細(xì)天然微晶石墨的工藝條件和技術(shù)參

石墨是一種良好的固體潤(rùn)滑劑，但是，它低的強(qiáng)度及與金屬截然不同的物理化學(xué)性質(zhì)，使得其與金屬成為復(fù)合材料時(shí)，在金屬中的加入量很低，而且隨著加入量的增加，嚴(yán)重?fù)p壞復(fù)合材料的綜合機(jī)械性能，因此，目前石墨作為固體潤(rùn)滑劑時(shí)，為了保持復(fù)合材料的機(jī)械性能，加入量大都很低。本技術(shù)獨(dú)特之處在于，首先在石墨顆粒表面包覆一層銅膜，使其整體表現(xiàn)為銅的性能，當(dāng)它與銅形成復(fù)合材料時(shí)，銅基體形成一個(gè)三維連續(xù)骨架，石墨處于其中。這一方法使得自潤(rùn)滑復(fù)合材料中石墨的含量可已大為增加，同時(shí)使復(fù)合材料整體表現(xiàn)為金屬性能，具有良好的自潤(rùn)滑性能力、耐高溫性及導(dǎo)電性，較好的綜合機(jī)械性能。 應(yīng)用前景： 銅石墨復(fù)合材料優(yōu)良的自潤(rùn)滑能力及良好的導(dǎo)電性能，被認(rèn)為是制造高性能電刷、高速列車受電弓滑板、小型精密自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承其它滑動(dòng)電接觸部件的首選材料。 受電弓滑板是電力機(jī)車上與供電導(dǎo)線接觸的部件，列車運(yùn)行時(shí)，滑板與供電導(dǎo)線處于高速相對(duì)滑動(dòng)之中，電力機(jī)車通過(guò)受電弓滑板從供電道線上得到所需的電力。受電弓與供電導(dǎo)線之間的滑動(dòng)摩擦速度等于電力機(jī)車的運(yùn)行速度。隨著機(jī)車運(yùn)行速度的提高，對(duì)滑板的摩擦及自潤(rùn)滑性能的要求也越來(lái)越高。電刷是電機(jī)中的易損部件，隨著電機(jī)向大型化、微型化、高轉(zhuǎn)速、高效率發(fā)展。要求電刷具有大的集電能力及優(yōu)良的自潤(rùn)滑能力，以減小電機(jī)的尺寸，提高電機(jī)效率，使焦耳熱引起的升溫保持在低水平。機(jī)械制造技術(shù)向高精度、小型化方向發(fā)展，油潤(rùn)滑變得很困難，從而為小型自潤(rùn)滑精密滑動(dòng)軸承提供了很好的應(yīng)用市場(chǎng)。機(jī)車及汽車也對(duì)意外情況下缺少潤(rùn)滑油時(shí)部件的自潤(rùn)滑能力提出了要求。可見(jiàn)自潤(rùn)滑材料具有廣闊的市場(chǎng)。

本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨烯復(fù)合膜片上電感，屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中，位于襯底上方的 片上電感采用石墨烯復(fù)合膜作為電感線圈材料，石墨烯復(fù)合膜由石墨烯層、絕緣介質(zhì)層、金屬導(dǎo)電層依 次疊加組成。其中，石墨烯層和金屬導(dǎo)電層共同組成片上電感的導(dǎo)電通道，有利于降低電感電阻值，提 高電感品質(zhì)因數(shù)；絕緣介質(zhì)層位于石墨烯層與金屬導(dǎo)電層之間，對(duì)石墨烯層和金屬導(dǎo)電層主體進(jìn)行隔離 以降低金屬導(dǎo)電層對(duì)石墨烯中電子輸運(yùn)的干擾，使石墨烯提供大動(dòng)態(tài)電感，大幅增加片上電感電

“石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控及其應(yīng)用”首次實(shí)現(xiàn)石墨烯單晶量子點(diǎn)和單層石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)控制。 一、項(xiàng)目分類 重大科學(xué)前沿創(chuàng)新 二、成果簡(jiǎn)介 近年來(lái)，石墨烯領(lǐng)域未獲得突破性應(yīng)用成果，也未找到“殺手锏”應(yīng)用領(lǐng)域，關(guān)鍵是石墨烯結(jié)構(gòu)調(diào)控不到位。一個(gè)基本的共識(shí)是，對(duì)石墨烯材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)控，有助于在光電器件、能源轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)、重大疾病診療、污染物治理等領(lǐng)域取得重大突破。上海大學(xué)吳明紅院士領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)聚焦“石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控及其應(yīng)用”取得了開(kāi)創(chuàng)性的研究成果，首次實(shí)現(xiàn)石墨烯單晶量子點(diǎn)和單層石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)控制，在Nature及其子刊上發(fā)表十余篇系列論文，獲得國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。負(fù)責(zé)人吳明紅是中國(guó)工程院院士、俄羅斯工程院和俄羅斯科學(xué)院外籍院士，獲國(guó)家杰出青年基金、教育部長(zhǎng)江學(xué)者及創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃等支持。團(tuán)隊(duì)依托有機(jī)復(fù)合污染控制工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，推動(dòng)基礎(chǔ)科研成果向應(yīng)用轉(zhuǎn)化，在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境治理等領(lǐng)域取得了相關(guān)應(yīng)用突破。 一、主要理論突破 聚焦于研究主題，團(tuán)隊(duì)在以下三個(gè)方面取得重要突破： 1）為解決傳統(tǒng)方法制備的石墨烯缺陷多，無(wú)法量產(chǎn)的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)在分子水平上首次使用分子融合法實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)單晶石墨烯量子點(diǎn)的可控制備。通過(guò)對(duì)單晶石墨烯量子點(diǎn)精準(zhǔn)的物理化學(xué)性質(zhì)調(diào)控實(shí)現(xiàn)了不同亞細(xì)胞器的定位，有力推動(dòng)了石墨烯量子點(diǎn)在生物成像、重大疾病診療中的應(yīng)用。 2）為解決單層石墨烯容易聚集的難題，團(tuán)隊(duì)通過(guò)“原位復(fù)合與還原”一步法調(diào)控策略，獲得單層石墨烯復(fù)合催化材料。團(tuán)隊(duì)首次在該材料上觀測(cè)到光生電子空穴對(duì)分離的皮秒級(jí)超快過(guò)程，發(fā)現(xiàn)并揭示了單層石墨烯高效抽取和快速傳輸光電子這一重要規(guī)律，為高質(zhì)量單層石墨烯復(fù)合材料在催化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 3）精確調(diào)節(jié)石墨烯層間距，可以將石墨烯有針對(duì)性地應(yīng)用于離子篩分、污染物選擇性吸附等廣泛領(lǐng)域。團(tuán)隊(duì)通過(guò)金屬水合離子的層間插入控制氧化石墨烯層間距，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了層間距在超小尺度上（1 Å）的精確控制。 二、在黑臭水體治理、地表水水質(zhì)提升上的應(yīng)用 地表水內(nèi)源污染治理的關(guān)鍵是削減河道污染負(fù)荷，重建水生生態(tài)。團(tuán)隊(duì)以層間距可控石墨烯為基質(zhì)，發(fā)展了水環(huán)境污染生態(tài)修復(fù)的疊層材料。以石墨烯為基體的復(fù)合微生物在其表面生長(zhǎng)并形成生物膜，通過(guò)石墨烯和生物膜的協(xié)同作用，對(duì)水體污染物進(jìn)行高效截留、吸附并降解。該復(fù)合技術(shù)運(yùn)行成本低，治理周期短，工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需底泥疏浚即可將地表水提升至IV類水以上水質(zhì)指標(biāo)，對(duì)河水的COD、氨氮和總磷，去除率達(dá)到80%以上。目前，團(tuán)隊(duì)已與上海寶山區(qū)政府建立多個(gè)石墨烯治理黑臭水體示范基地，顯著提升當(dāng)?shù)厮|(zhì)環(huán)境水平。 三、石墨烯負(fù)極材料的鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用 鋰資源的匱乏，不足以支撐鋰離子電池在儲(chǔ)能市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用，其成本較高的弊端也逐漸顯露。同時(shí)國(guó)內(nèi)外化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)需求越來(lái)越大，促使研究者們利用資源豐富的鈉元素組裝得到鈉離子電池。 經(jīng)過(guò)對(duì)鈉離子電池材料體系篩選和研究，本團(tuán)隊(duì)核心材料選用普魯士藍(lán)及其類似物作為鈉離子電池正極，碳基材料作為鈉離子電池負(fù)極。其中普魯士藍(lán)制備主要采用沉淀法及水熱法，能耗更低。此外，普魯士藍(lán)能夠作為一種染料進(jìn)行使用，其安全性非常高。經(jīng)過(guò)一系列放大，正極普魯士藍(lán)材料的充放電比容量達(dá)到160 mAh/g，碳負(fù)極材料的充放電比容量達(dá)到300 mAh/g。經(jīng)過(guò)中試線生產(chǎn)預(yù)制，單體電池工作電壓在3.2 V左右，能量密度在100 Wh/kg以上。單體電池在穿刺、擠壓、外部短路、及破壞后浸水測(cè)試的情況下，均沒(méi)有發(fā)生自燃和爆炸等情況，安全性高。 目前，擬搭建5條鈉離子電池儲(chǔ)能全自動(dòng)生產(chǎn)線及相關(guān)配套設(shè)施，研發(fā)生產(chǎn)低成本、高安全、長(zhǎng)壽命鈉離子電池關(guān)鍵材料，實(shí)現(xiàn)高性能鈉離子電池產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化，預(yù)計(jì)至2026年項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，年產(chǎn)值達(dá)約22.5億元；年畝均產(chǎn)值1666萬(wàn)元。 四、石墨烯傳感材料在呼吸式血糖儀中的應(yīng)用 我國(guó)糖尿病人數(shù)眾多，并逐年上升。血糖檢測(cè)儀與檢測(cè)試紙市場(chǎng)規(guī)模約為460億元，然而國(guó)外品牌卻占市場(chǎng)份額大半?，F(xiàn)有血糖儀采取長(zhǎng)期有創(chuàng)刺血檢測(cè)，存在很大感染風(fēng)險(xiǎn)，給病友帶來(lái)巨大的生理和心理上的痛苦。呼吸式血糖檢測(cè)無(wú)創(chuàng)，吹氣即可檢測(cè)，完美解決市場(chǎng)痛點(diǎn)。 糖尿病患者呼吸的氣體中，可檢測(cè)的VOCs較異常，需要高靈敏度的氣體傳感器進(jìn)行識(shí)別。但是，常規(guī)氣敏傳感材料檢測(cè)限與響應(yīng)恢復(fù)能力不足，且難以在復(fù)雜氣體氛圍中實(shí)現(xiàn)特異性檢測(cè)。團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)石墨烯帶隙和表界面特性的精確調(diào)控，實(shí)現(xiàn)皮秒級(jí)載流子空穴的形成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體分子的快速響應(yīng)，解決氣體傳感器靈敏度、選擇性和響應(yīng)恢復(fù)迅速的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。研發(fā)的呼吸式血糖儀可滿足確診病友的日常檢查、實(shí)現(xiàn)醫(yī)院、公共場(chǎng)所快速篩查、手機(jī)APP記錄管理以及網(wǎng)上專家互動(dòng)診斷等功能，具有無(wú)創(chuàng)傷、無(wú)痛苦、便捷即時(shí)（15s）等特點(diǎn)，是首款呼吸式血糖檢測(cè)產(chǎn)品。目前已二類醫(yī)療器械證書，即將已進(jìn)入臨床階段。

設(shè)計(jì)了新的設(shè)備和探索了新的工藝條件，成功地完成了聚四氟乙烯浸漬石墨的工藝研究，填補(bǔ)了該行業(yè)的國(guó)內(nèi)空白。

對(duì)于HEMT功率器件來(lái)說(shuō)，p-GaN柵極HEMT器件結(jié)構(gòu)是目前被認(rèn)為最有希望作為商業(yè)化應(yīng)用的方案。不過(guò)，仍然有一些問(wèn)題亟待解決，如增加閾值電壓、降低柵極漏電流、提高柵極擊穿電壓等。于洪宇課題組2017級(jí)南科大-英屬哥倫比亞大學(xué)聯(lián)培博士生周廣楠介紹，閘極漏電與閘極工作電壓對(duì)應(yīng)用于電源開(kāi)關(guān)的氮化鎵HEMT器件尤為重要，能夠影響電源系統(tǒng)功率損耗與輸出功率。解決此項(xiàng)問(wèn)題對(duì)于p-GaN柵極HEMT器件的商業(yè)化應(yīng)用有重要的意義。

基于石墨烯的 MEMS 壓力傳感器，屬于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的壓力檢測(cè)器件，解決現(xiàn)有 MEMS 壓力傳感器尺寸較大，靈敏度有限的問(wèn)題。本實(shí)用新型包括基底、絕緣層，所述基底表面氧化形成絕緣層，絕緣層內(nèi)刻蝕出空腔，絕緣層上表面覆蓋石墨烯薄膜，將所述空腔封閉，石墨烯薄膜為 1~5 層；所述石墨烯薄膜邊緣沉積兩個(gè)金屬電極，兩個(gè)金屬電極上分別焊接有導(dǎo)線。本實(shí)用新型采用石墨烯薄膜構(gòu)成 MEMS 壓阻式壓力傳感器，制備方法簡(jiǎn)單，可靠性好，壓力傳感器體積更小，從微米尺度變?yōu)榧{米尺度，靈敏度更高，在 1~5 層內(nèi)增

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種石墨烯微型流量傳感器，屬于 MEMS 器件，用于氣流流量測(cè)量，解決現(xiàn)有流量傳感器功耗大、襯底存在熱傳導(dǎo)、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。本實(shí)用新型之石墨烯微型流量傳感器，襯底上具有凹槽，凹槽上架有隔熱層，隔熱層上濺射有加熱體，加熱體的兩端濺射有電極。本實(shí)用新型的另一種微型流量傳感器，襯底上具有凹槽，凹槽上架有隔熱層，隔熱層上覆蓋有絕緣層，絕緣層上濺射有加熱體，加熱體的兩端濺射有金屬電極。本實(shí)用新型體積小、重量輕而且性能穩(wěn)定，能有效降低襯底傳熱導(dǎo)致的測(cè)量誤差，通過(guò)測(cè)量通入氣體前后加熱體的電阻差值