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本研究以多元低維碳材料為發熱主體，構建由不同形態的碳材料之間協同作用，搭建三維立體載流子傳輸通道的水性電熱油墨體系。通過理論分析與實驗數據相結合的方式，揭示導電填料的微觀形貌、粒徑、導電性以及流變性與油墨電熱性能的關聯關系。 一、項目分類 顯著效益成果轉化 二、成果簡介 創新性： 本研究以多元低維碳材料為發熱主體，構建由不同形態的碳材料之間協同作用，搭建三維立體載流子傳輸通道的水性電熱油墨體系。通過理論分析與實驗數據相結合的方式，揭示導電填料的微觀形貌、粒徑、導電性以及流變性與油墨電熱性能的關聯關系。根據發熱器件的實際使用需求，指導油墨配方的調整，明確提高電熱轉化效率的關鍵因素，并以此為指導得到高電熱轉化效率、低成本、低功耗、可大規模生產制備的碳系水性電熱油墨。 先進性： 進入二十一世紀以來，國內外許多公司和科研機構都致力于研發低成本高電熱效率的電熱膜，快速的加熱性能和低驅動電壓是其核心目標；大規模低成本的制備工藝、均勻的加熱分布、電熱膜的耐用性及其規?；a仍然是一個挑戰；良好的柔韌性以及動態穩定性是實現其大范圍應用的關鍵；環保無毒害是未來發展的必然趨勢。針對上述問題，本項目構建了一種多元碳體系水性電熱油墨。該油墨以水為溶劑，炭黑、納米級石墨片、少層石墨烯和碳納米管等碳系材料作為導電發熱填料，水性樹脂作為連接料，利用不同形態碳材料之間的橋接效應和協同作用，降低電熱油墨的滲流閾值并提升電加熱性能。該電熱油墨具備低功耗、低成本、低單位面積使用量的特性。研究了碳材料本身的結構和性能、不同配合體系油墨的導電、導熱機理，優化制備方法，形成高電熱轉化效率、適用于各種復雜場景使用的多元碳體系電熱油墨，具有較高理論和實踐意義。 獨占性 針對目前市場上的碳體系電熱油墨工作電壓高（220 V）、實際電熱轉化率低、功耗大、發熱性能難以滿足復雜多變的應用場景、難以規模化生產等問題。本項目擬以低成本、大規模制備、高電熱轉化效率、綠色環保為目標，構建多元碳體系電熱油墨。利用機器學習方法揭示額定條件下油墨的電熱轉化效率與體系中碳材料的形貌結構、碳材料與連接劑和分散劑等的配比以及制備工藝之間的關聯性；探討界面處發生的各種熱力學和動力學問題；研究多元碳材料之間的協同作用。構建了在24 V~220 V條件下均可使用且能量內耗低、電熱轉化效率大于90 %、油墨用量少的環保性碳系水性電熱油墨。并實現絲網、凹版一次印刷即可滿足24 V工作電壓的使用需求，提高了生產效率，拓寬了應用范圍和領域。

產品詳細介紹 全不銹鋼真空碳管爐  產品編號：898435416  ◎產品說明  設備特點：  本電爐為周期作業式，廣泛用于功能陶瓷、光學材料、碳復合材料、硬質合金、粉末治金等高溫下進行上海燒結處理，也可在充氣保護下成型燒結。  技術參數：  1、型號：ZT-20-22   2、 額定功率：20KW   3、 額定溫度：2200℃  4、儀表控溫精度：正負1℃   5、控溫方式：鎢錸熱電偶+紅外衣  6、工作區尺寸：直徑80x100mm   7、冷態極限真空度：5x10-3 Pa   8、壓升率：2Pa/h   9、電源電壓：380V 50Hz 單相  10、充氣壓力：<0.03Mpa（可充氮氣、氬氣）   11、發熱元件：石墨管（高純石墨）  結構組成與說明  1、爐體：采用雙層水夾層結構，"內層為不銹鋼（1Gr18N9Ti）拋光。上、下法蘭組焊筒形結構，法蘭平面開設封閉槽。采用“0”圈真空密封，并設有水冷裝置（防止因溫度過高“0”圈老化）。開設有抽氣、熱電偶、紅外儀等。  2、爐蓋：采用雙層水夾層封頭結構，設有觀察窗，屏蔽鎖緊、開啟裝置，并通水冷。  3、爐底：采用雙層水夾層封頭結構，設有電極引出裝置，支撐平臺等，并設有水冷裝置。  4、爐架：山型鋼及鋼板組焊成箱式結構，爐體安裝放在箱體內，美觀大方。  5、真空系統：又一臺K-100擴散泵配冷阱，一臺2XZ-8D直聯泵、手動高真空蝶閥、真空壓力表（Pa）、充氣閥、放氣閥和真空管路等組成，擴散泵采用金屬波紋軟管快速接頭聯接（減緩震動），真空度的測量采用數顯復合真空計。  6、控制系統PLC控制：控制系統是由我公司自行開發人機對話操軟件，畫面顯示友好，操作簡單，要以爐內工況進行實時監測，軟件彩色模擬屏顯示，加熱升溫顯示及真空閥門的控制都集成到電腦上操作，現場也可以手動操作，需要電腦操作時，直聯由232接口連接到筆記本電腦上啟動軟件，可檢測到各種狀態，也可通過485通訊連接到辦公室操作，本設備可采納溫度、真空度曲線和燒結時間，方便用戶根據歷史曲線分析燒結工藝。控溫方式為1300℃以下熱電偶升溫。1000℃-2200℃紅外儀表自動控制。壓力控制可采用手動及自動方式?？刂葡到y上設有過流、超溫及斷水等分類報警功能。  7、氣路系統：整個系統中設有1個j進氣口、1個放氣口、可沖氣氛。  8、電氣控制：采用各種管道閥等相關裝置組成，具有斷水聲光報警自動切斷電源能。 

產品詳細介紹  紅外碳硫分析儀 1HW型 紅外碳硫分析儀 是冶金與機械行業重要的分析儀器之一，可對鋼、鐵、合金、碳化合物、礦石、水泥、陶瓷、玻璃等固體材料中的碳和硫進行分析。我公司生產的1HW型紅外碳硫分析儀是集光、機、電、計算機、分析技術等于一體的高新技術產品，具有測量范圍寬、分析結果準確可靠等特點，屏幕顯示的圖、文及數據的采集、處理等都達到了目前國內先進水平，是諸多行業測定碳、硫兩元素理想的分析設備。 紅外碳硫分析儀  主要技術參數: 1、 測量范圍：   碳：0.0001%-6.0000%(可擴至99.999%) 硫：0.0001%-0.3500%(可擴至99.999%) 2、 準確度及精密度： 準確度：  碳符合ISO9556-94標準 硫符合ISO4935-94標準 精密度：  符合國家計量檢定規程JJG395-97標準 3、 分析時間：25-60秒可調，一般在35秒左右 4、 最小讀數：0.00001% 5、 電子天平：稱量范圍：210g 讀數精度：0.001g（可選配精度為0.0001g的電子天平） 紅外碳硫分析儀  的結構： 本儀器共分五個部分：紅外檢測部分、高頻感應加熱部分、電腦、打印機、電子天平等，紅外檢測裝置中有模塊電源、電源插座、保險絲和主機板。另有雙層屏蔽氣體分析室，室內有碳測試室和硫測試室。 紅外碳硫分析儀 紅外檢測原理 CO2、SO2等氣體分子在紅外光波段，具有選擇性吸收譜圖，當此特定波長的紅外光通過CO2或SO2氣體后，能產生強烈的光吸收，由于探測器是將光信號轉換為電信號，當探測器工作在線性區域內，  當選定某一特定波長并且確定了分析池（吸收池）長度時，由測量光強能換算出混合氣體中被測氣體的濃度，這就是紅外吸收法能定量測量氣體濃度的基本原理。本儀器選定的測量波長：CO2為4.26um，SO2為7.4um。 更多有關紅外碳硫儀資料信息可參考這個網站：http://www.nsfcn.com

產品詳細介紹  紅外碳硫儀主要特點： 1.      品牌電腦，進口品牌電子天平等均保證了操作的穩定性和數據的可靠性。 2.      不需動力氣體，化學試劑，只需使用氧氣。 3.      全中文菜單操作，測試軟件功能齊全，對任何操作人員均不存在障礙。 4.      擁有自我診斷和保護功能，出現錯誤自動報警，并可進行遠程診斷。 5.      大功率高頻電路設計，采用高頻功率管，減輕高頻燃燒系統的負載，提高使用壽命；可根據客戶需求，任意設置碳吸收池、硫池吸收數量，保證了高碳、低碳、高硫、低硫測定的精密度和準確度。 紅外碳硫儀主要技術參數： 1.      測量范圍: 碳：0.00001%～99.9999% 硫：0.00001%～99.9999% 2.      測量時間：25～60秒可調 （一般在35秒） 3.      測量精度：符合國家計量檢定規程JJG395-97標準 4.      測量準確度：碳：符合ISO9556～94標準 硫：符合ISO4935～94

量子隱形傳態是建立遠距離量子網絡的關鍵技術之一。相比二維系統，高維量子網絡具有更高的信道容量、更高的安全性等優點，受到人們的廣泛關注。如何實現高效的高維量子隱形傳態，從而實現高效的高維量子網絡是當前量子信息領域的研究熱點之一。 為了實現高維量子通信，李傳鋒、柳必恒等人從2016年開始采用光子的路徑自由度編碼，解決了路徑比特的相干性問題[PRL 117, 220402 (2016)]，制備出了高保真度的三維糾纏態[PRL 117, 170403(2016)]；解決路徑維度擴展問題，實現了32維量子糾纏態[PRL 125, 080503 (2020)]；解決路徑自由度的傳輸問題，實現了高維量子糾纏態在11公里光纖中的有效傳輸[Optica 7, 738 (2020)]等。研究組從2017年起開始了高維量子隱形傳態的實驗研究。然而理論研究表明，在線性光學體系中，必須采用輔助粒子才能實現高維量子隱形傳態。 為了實現高維量子隱形傳態，研究組首先巧妙的提出了糾纏輔助的方式，利用log2d-1個輔助糾纏光子對就可以高效的實現d維的量子隱形傳態，從而解決了資源消耗問題。然后實驗上利用主動反饋技術實現路徑間的相位鎖定，干涉可見度在45小時內保持在0.98的水平，從而利用六光子系統實現了三維的量子隱形傳態。研究組對三維量子隱形傳態過程做了過程層析，保真度達到0.596，以7個標準差超過了經典極限值1/3，證實了三維量子隱形傳態過程的量子特性。高效的高維量子隱形傳態的實現為構建高效的高維量子網絡打下堅實的基礎。

項目成果/簡介:量子隱形傳態是建立遠距離量子網絡的關鍵技術之一。相比二維系統，高維量子網絡具有更高的信道容量、更高的安全性等優點，受到人們的廣泛關注。如何實現高效的高維量子隱形傳態，從而實現高效的高維量子網絡是當前量子信息領域的研究熱點之一。 為了實現高維量子通信，李傳鋒、柳必恒等人從2016年開始采用光子的路徑自由度編碼，解決了路徑比特的相干性問題[PRL 117, 220402 (2016)]，制備出了高保真度的三維糾纏態[PRL 117, 170403(2016)]；解決路徑維度擴展問題，實現了32維量子糾纏態[PRL 125, 080503 (2020)]；解決路徑自由度的傳輸問題，實現了高維量子糾纏態在11公里光纖中的有效傳輸[Optica 7, 738 (2020)]等。研究組從2017年起開始了高維量子隱形傳態的實驗研究。然而理論研究表明，在線性光學體系中，必須采用輔助粒子才能實現高維量子隱形傳態。 為了實現高維量子隱形傳態，研究組首先巧妙的提出了糾纏輔助的方式，利用log2d-1個輔助糾纏光子對就可以高效的實現d維的量子隱形傳態，從而解決了資源消耗問題。然后實驗上利用主動反饋技術實現路徑間的相位鎖定，干涉可見度在45小時內保持在0.98的水平，從而利用六光子系統實現了三維的量子隱形傳態。研究組對三維量子隱形傳態過程做了過程層析，保真度達到0.596，以7個標準差超過了經典極限值1/3，證實了三維量子隱形傳態過程的量子特性。高效的高維量子隱形傳態的實現為構建高效的高維量子網絡打下堅實的基礎。

項目成果/簡介:福州大學至誠學院孫磊教授為第一作者、物信學院陳恩果副教授為通訊作者、郭太良研究員為第三作者，在材料工程領域國際權威期刊《陶瓷國際》（英文刊名：《Ceramics International》）上發表的題為“Al2O3過渡層優化對ZnO量子點與CuO納米線復合結構的場發射增強作用”（英文題為“Field emission enhancement of composite structure of ZnO quantum dots and CuO nanowires by Al2O3 transition layer optimization”）的論文。 本論文研究ZnO QDs 與傳統一維氧化物CuO納米線（CuO NWs）異質結構，以一維氧化物納米棒為基體為 ZnO QDs 提供良好的定向電荷傳輸，同時 ZnO QDs 的表面改性又能改善基體的場發射性能，提出了詳細的電勢疊加效應和形成機制。鑒于 ZnO QDs 在 CuO NWs 表面呈現孤島狀分布且生長密度低，通過表面改性工程利用原子層沉積(ALD)工藝先在 CuO NWs 基體上沉積 Al2O3 薄膜，均勻的 Al2O3 薄膜為 ZnO QDs 的生長提供了良好的成核表面，同時可以降低基體表面的電子勢壘高度。這種金屬氧化物異質結構在很多應用中都具有重要的意義，特別是由于表面積大大增加，異質結密度提高，具有固有光捕獲效應等優點。研究成果為改善單一納米材料器件的場發射性能提供了有效途徑，也為制備新型結構的場發射器件奠定理論基礎。

北京大學量子材料中心王健研究組在硅襯底上外延生長了高質量超薄晶態鉛膜，與北京大學謝心澄院士、林熙研究員和北京師范大學劉海文研究員合作在極低溫下觀測到反常量子格里菲斯奇異性，并給出理論解釋。這一發現揭示了超導漲落與自旋軌道耦合效應對于量子相變的重要影響，揭示出量子格里菲斯奇異性在二維超導金屬相變中的普適性。 超導-絕緣體與超導-金屬相變是量子相變的經典范例，已有三十余年的研究歷史。所謂量子相變，是指在絕對零度下系統處于量子基態時隨著參數變化而發生的相變。近年來，隨著薄膜和器件制備工藝的提高，二維晶態超導體系逐漸成為了研究量子相變的理想平臺，得到了國際學術界的廣泛關注。王健研究組與謝心澄院士、馬旭村研究員、林熙研究員、薛其坤院士等合作者在前期二維超導的相關研究中發現了超導-金屬相變中的量子格里菲斯奇異性 (Science 350, 542 (2015)), 并被同期perspective評論文章Science 350, 509 (2015)專題報道。隨后被液態柵極技術發明人東京大學Iwasa教授的綜述文章Nature Reviews Materials 2, 16094 (2016)譽為二維晶態超導中三個最重要的主題之一。量子格里菲斯奇異性的研究表明，無序可以定性地改變量子相變的臨界行為，其主要特征是趨于量子臨界點時，二維超導體系的動力學臨界指數發散。 最近，王健研究組通過超高真空分子束外延生長技術在硅襯底上制備出宏觀尺度高質量晶態薄膜，并實現了厚度為亞納米尺度的原子層級可控生長。在此基礎上，王健教授與謝心澄院士、林熙研究員、劉海文研究員等人合作，在4個原子層厚（約1納米）的晶態鉛膜中發現了一種具有反常相邊界的超導-金屬相變，并揭示了其中的反常量子格里菲斯奇異性。根據平均場理論，超導體的上臨界場會隨著溫度降低而逐漸增加。然而，系統的極低溫實驗表明，4個原子層厚的鉛膜的相邊界在低溫下具有非常新奇的反常特性：隨著溫度降低，鉛膜的上臨界場（onset Bc2）在低溫下也逐漸降低。沿著反常相邊界對鉛膜的磁阻曲線進行標度理論分析發現，在趨近于量子臨界點附近臨界指數隨著磁場減小而迅速增大直至發散，該現象與前期實驗中發現的臨界指數隨著磁場增大而發散的行為不同，故稱為反常量子格里菲斯奇異性?？紤]到這類二維超導體系具有很強的自旋軌道耦合，研究團隊基于超導漲落理論發展了一套新的唯象理論模型，定量地解釋了這一反常相邊界。在自旋軌道耦合與超導漲落效應的共同作用下，超導-金屬相邊界偏離平均場理論而向外突出，并在反常相邊界處呈現出量子格里菲斯奇異性。這一新奇量子相變的發現，證實了量子格里菲斯奇異性在不同相邊界的超導-金屬相變中具有普適性，并進一步揭示出自旋軌道耦合與超導漲落效應對于超導-金屬相變的影響，為深入理解二維晶態超導體中的量子相變現象提供了一個新的視角。圖1 四個原子層厚晶態鉛膜中的反常量子格里菲斯奇異性。(a) 鉛膜在零磁場下的超導轉變曲線。插圖是輸運測量結構示意圖。(b) 在0到5特斯拉不同外加磁場下鉛膜電阻隨溫度的變化曲線。 (c) 鉛膜在低溫下表現出反常相邊界，與超導漲落唯象理論模型一致。 (d) 臨界指數隨著磁場減小而迅速增大，直至發散，是反常量子格里菲斯奇異性的特征。圖2 反常量子格里菲斯奇異性相圖示意圖。在自旋軌道耦合和超導漲落的作用下，平均場理論的相邊界（藍色虛線）向外突出形成新的相邊界（紅色實線）。當溫度低于T^'時，紅色實線代表反常相邊界。沿著反常相邊界趨于無限隨機量子臨界點B_c^*可以觀測到反常量子格里菲斯奇異性。 該工作于2019年8月12日發表于著名學術期刊《自然?通訊》。(Nature Communications 10, 3633 (2019) DOI: 10.1038/s41467-019-11607-w): https://www.nature.com/articles/s41467-019-11607-w 北京大學王健研究組博雅博士后劉易和研究生王子喬為文章共同第一作者，北京大學王健教授和北京師范大學劉海文研究員是本文的共同通訊作者。其余作者包括謝心澄院士，林熙研究員，以及王健研究組本科生唐鉞、博士生劉超飛、陳澄、邢穎（已畢業）、博士后王慶艷（已出站），和林熙組博士生閃普甲。 該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、量子物質科學協同創新中心、中科院卓越創新中心、北京市自然科學基金、博士后科學基金、中央高校基本科研基金的支持。