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網(wǎng)狀結構鈦基復合材料密度(4.5 g/cm3)與傳統(tǒng)鈦合金相當，是在高溫鈦合金的基礎上，通過粉末冶金與增強相分布調(diào)控技術，在鈦合金晶粒周圍定向引入增強相，有效抑制晶界高溫弱化效果、并進一步提高了室溫強化效果、均勻等軸的網(wǎng)狀組織以及大尺寸基體區(qū)的存在有效提高了塑韌性，體現(xiàn)出超耐高溫與高強韌一體化的特性。 一、項目分類 顯著效益成果轉化 二、成果簡介 網(wǎng)狀結構鈦基復合材料密度(4.5 g/cm3)與傳統(tǒng)鈦合金相當，是在高溫鈦合金的基礎上，通過粉末冶金與增強相分布調(diào)控技術，在鈦合金晶粒周圍定向引入增強相，有效抑制晶界高溫弱化效果、并進一步提高了室溫強化效果、均勻等軸的網(wǎng)狀組織以及大尺寸基體區(qū)的存在有效提高了塑韌性，體現(xiàn)出超耐高溫與高強韌一體化的特性。使用溫度較基體鈦合金提高200 ℃，達到600-800 ℃。某高溫條件下，較基體鈦合金穩(wěn)態(tài)蠕變速率降低2-3個數(shù)量級、相同持久時間下，持久應力提高3倍多、相同應力下，持久時間提高57倍，顯示非常優(yōu)異的高溫性能。且具有優(yōu)異的焊接性能、塑性與成形性能，成為高速飛行器耐熱部件的理想結構材料，替代高溫合金可減重45%左右，如設計的鈦基復合材料氣動格柵單件可實現(xiàn)減重5800 g，具有重要經(jīng)濟與社會價值。可徹底解決高速飛行器輕質(zhì)耐熱結構件無合適材料可選的瓶頸問題，填補了其它領域無可用的輕質(zhì)、耐熱、高強韌、可加工、可焊接材料空白，處于世界領先水平。

針對車載氫能源的難題，開展納米結構鎂基合金復合材料儲氫研究，特別開展了 Mg 納米線的儲氫性能研究。 MgH2（7.6wt% H2）是理想的輕質(zhì)儲氫材料之一，但其緩慢的吸放氫動力學和相對高的操作溫度，限制了它的發(fā)展。為了改善鎂基材料的儲氫性能，通過氣相傳輸?shù)姆椒ㄖ苽淞瞬煌蚊驳?Mg 納米線。 結果表明，改變載氣流速、傳輸溫度和沉積基底，可以控制 Mg 納米線的長度和直徑。測試結果顯示，Mg 納米線降低了脫附能壘，改善了熱力學和動力學性能。實驗結果顯示，直徑為 30-50nm 的 Mg 納米線具有良好的可逆儲放氫性能。研究成果發(fā)表在 J. Am. Chem. Soc.，J. Phys. Chem. C，J. AlloysCompds 等期刊上，授權發(fā)明專利 2 項。 

以高性能纖維（玻纖、碳纖、芳綸等）為增強體，通過自有獨特專利技術制備三維正交、角聯(lián)鎖、間隔型機織物以及三維多向編織物，并通過樹脂改性、復合成型等技術集成制備成系列三維機織、三維編織復合材料。系列結構材料具有質(zhì)輕、高強、高模、耐沖擊等性能、阻燃、隔音、隔熱等特性，可廣泛用于交通工具、體育用品、軍事、安全防護等領域。 關鍵技術 ① 重構出“纖維-預制件-復合材料”在空間位置的真實圖像，再現(xiàn)復合材料內(nèi)部纖維束空間路徑、偏轉和纖維束間的接觸狀態(tài)，定量揭示工藝織造參數(shù)之間的關聯(lián)關系；基于連續(xù)介質(zhì)假設和有限變形理論，建立三維機織多尺度結構設計方法。 ②以界面相的微觀結構為切入點，從設計合理的碳纖維-環(huán)氧樹脂界面微結構入手，將碳納米材料作為納米改性劑引入碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料界面中，揭示其界面增強增韌機理，最終確立界面、結構與性能的關聯(lián)機制。 知識產(chǎn)權及項目獲獎情況 （1）一種用于寬幅扁平碳纖維絲束的連續(xù)定型工藝ZL201010519415.1 （2）一種適用于無彎曲織物織造的夾頭 ZL201310303000.4 （3）一種適用于無彎曲織物織造的送經(jīng)裝置 ZL201310302349.6 （4）一種無彎曲織物織造的緯紗遞進裝置 ZL201310302920.4 （5）一種體密度梯度變化的碳纖維針刺預制體 ZL201410159117.4 （6）一種深交聯(lián)結構碳纖維增強酚醛樹脂基摩擦材料及其制備方法ZL201501531119.6 項目成熟度：成熟度 5 級 投資期望及應用情況 ：可廣泛用于交通工具、體育用品、軍事、安全防護等領域。 

劉奇航及其合作者以最近由中科院物理所領銜的研究團隊發(fā)現(xiàn)的ZnCu3(OH)6BrF為例，采用修正后的單體平均場密度泛函理論方法，對這一體系的本征和摻雜行為進行了詳盡的模擬。研究發(fā)現(xiàn)，ZnCu3(OH)6BrF摻雜后，摻入的電子并沒有成為期待的“自由載流子”，而是局域在一個銅原子周圍，引起了局域形變。這種電子與束縛它的晶格畸變的復合體稱為極化子（如圖一所示）。本征材料的帶隙中形成新的電子態(tài)。因此，電子摻雜后，ZnCu3(OH)6BrF并沒有實現(xiàn)半導體到導體的轉變。相比之下，具有類似CuO4局部環(huán)境的銅氧化物高溫超導體的母體材料Nd2CuO4顯現(xiàn)除了不同的隨摻雜濃度變化的導電性。研究發(fā)現(xiàn)，低摻雜濃度時，銅原子附近形成較為擴展的極化子，因此在高摻雜濃度時，這些極化子之間的躍遷可以使系統(tǒng)導電性大大增加，實現(xiàn)半導體到導體的轉變，與實驗觀測很好地吻合。? 該研究圓滿地解釋了最近實驗上觀測到的Kagome晶格的鋅銅羥基鹵化物在摻雜后并不導電的現(xiàn)象，指出要在量子自旋液體實現(xiàn)超導，僅僅找到量子自旋液體體系是遠遠不夠的，還必須實現(xiàn)有效摻雜，注入一定濃度的“自由載流子”，為耕耘在該領域的實驗工作者提出了新的挑戰(zhàn)和實驗方向。

該成果通過分子設計構建了一系列芳腈基聚合物，發(fā)明了熒光性、磁性、導電/介電性的芳腈基聚合物與先進功能材料，獲得了中國發(fā)明專利25項。突破了合成控制、產(chǎn)品純化、環(huán)保處理與規(guī)模裝備等關鍵技術，形成了1000噸級聚芳醚腈產(chǎn)業(yè)化合成成果及其系列先進復合材料、薄膜、纖維應用技術；獲得了500噸級的鄰苯二甲腈樹脂合成裝備及耐高溫先進復合材料應用技術。取得的大部分發(fā)明成果近三年共產(chǎn)生經(jīng)濟效益超過10億元，取代了部分相關產(chǎn)品的進口。 左圖：芳腈基聚合物，復合材料及加工型材的實物照片 右圖：芳腈基聚合物材料的工業(yè)化生產(chǎn)裝置圖

聚乳酸被全球公認為21世紀最有發(fā)展前景的生物質(zhì)塑料，它具有良好的生物降解性/相容性、力學性質(zhì)、熱塑性、成纖性、透明度高，適用于吹塑、擠出、注塑等多種加工方法，加工方便，部分性能優(yōu)于現(xiàn)有通用塑料；但其同時也存在著強度較低、脆性大、耐熱性差等不足，使得其應用僅局限于生產(chǎn)通用塑料、薄膜等領域，要想應用于條件較為苛刻的汽車、航空航天、建筑業(yè)等領域，必須對其進行改性以提高其耐熱性能和力學性能。本項目擬采用課題組多年來積累的研究成果，與相關企業(yè)展開合作，進行成果的轉化和產(chǎn)業(yè)化工作，最終形成具有市場潛力的系列化改性聚乳酸復合材料制備技術，例如天然纖維增強聚乳酸、高韌性聚乳酸、高填充級聚乳酸、阻燃級聚乳酸和纖維級聚乳酸等的制備技術，通過這些技術制備的改性聚乳酸樹脂將具有更加優(yōu)異和針對性的性能，主要用于生產(chǎn)聚乳酸纖維、薄膜、板材和容器等，可應用在生活快消品、農(nóng)用地膜、飛機/汽車內(nèi)飾用材料等領域。項目目標是通過深入研究，對部分尚不完善的技術環(huán)節(jié)進行最后的攻關，然后整合已有的技術與專利成果，并進一步放大實驗和標準化測試，形成一系列可直接產(chǎn)業(yè)化的系統(tǒng)化解決方案技術包，最終順利完成相關技術成果的產(chǎn)業(yè)化轉化工作。 本項目研究采用的原材料為可生物降解的聚乳酸，經(jīng)過本團隊十多年的研發(fā)，目前已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。本項目的主要工作是梳理課題組多年來對聚乳酸樹脂改性的相關技術，與授權專利等成果整合，進一步放大成系列化的產(chǎn)品技術，最終順利相關技術成果的產(chǎn)業(yè)化轉化工作。 項目中的大部分關鍵技術均已被攻克，目前需要做的是有目的的對所有技術進行梳理和整合，查漏補缺，對部分尚不完善的技術環(huán)節(jié)進行最后的攻關，從而形成完整的系統(tǒng)化的產(chǎn)品技術，并與相關授權專利進行整合，最后打包形成一系列可直接產(chǎn)業(yè)化的系統(tǒng)化解決方案技術包。目前70%的聚乳酸市場在對性能要求不太高的包裝行業(yè)中，隨著人們環(huán)保意識的增加，該市場容量會繼續(xù)增加，但由于聚乳酸整體市場的快速增長，包裝材料所占聚乳酸市場比例會逐漸縮小。在汽車、家電及電子產(chǎn)品行業(yè)中對更高性能聚乳酸改性材料的使用是個新趨勢，市場份額雖然不大，但會持續(xù)增長。目前聚乳酸在全球市場的總容量預計為100億元，且有很好的成長潛力。本項目技術面對的正是高性能、高附加值的潛在市場，其產(chǎn)業(yè)化預期會有良好的經(jīng)濟效益；項目產(chǎn)品在環(huán)境污染治理和防護方面的貢獻將會產(chǎn)生良好的社會效益。

項目以海上風機葉片和大飛機結構材料為研究目標，提出根據(jù)環(huán)氧樹脂和雙馬來酰 亞胺樹脂結構特點，設計并在碳納米管表面引入帶有特征官能團的結構，通過工藝調(diào)整 和儀器分析相結合控制特征官能團的數(shù)量，制備出質(zhì)量穩(wěn)定的多功能碳納米管改性劑。 然后在不改變碳纖維/環(huán)氧樹脂或 BMI 復合材料基本成型工藝的條件下，利用此多功能 碳納米管改性劑提高碳纖維/環(huán)氧樹脂或 BMI 復合材料的韌性、強度、模量、耐沖刷能 力、耐腐蝕和抗老化性能。 

北京大學工學院課題組在國內(nèi)較早開展富鋰錳基正極材料相關研究，在陰離子氧化還原過程的調(diào)制、陰離子電荷補償機理、陰離子氧化還原過程的激發(fā)及陰離子氧化還原富鋰錳基材料制備研究中取得了一系列重要進展。該研究構筑了一種O2型具有單層Li2MnO3超結構的富鋰材料,可以提供400mAhg可逆容量，能量密度高達1360wh/kg,是目前鋰離子電池錳基富鋰正極材料最高可逆容量。這種材料通過一個單層的Li2MnO3,激活穩(wěn)定的陰離子氧的氧化還原反應，形成一個高度可逆充放電循環(huán)。

一種含鐵富鋰錳基正極材料制備方法，屬于鋰離子二次電池正極材料領域。本發(fā)明采用“共沉淀-混料-煅燒”工藝制備含鐵富鋰錳基正極材料，制備方法如下：采用沉淀劑與可溶性鐵鹽和其它過渡金屬鹽的混合溶液進行共沉淀反應，生成前驅(qū)體；前驅(qū)體與鋰化合物混合后，直接煅燒，制備出含鐵富鋰錳基正極材料。該方法優(yōu)點在于簡化了目前含鐵富鋰錳基正極材料制備工藝“共沉淀-混料-水熱合成-煅燒”中的水熱工序，有利于降低含鐵富鋰錳基正極材料的制備成本。

該成果通過分子設計構建了一系列芳腈基聚合物，發(fā)明了熒光性、磁性、導電/介電性的芳腈基聚合物與先進功能材料