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上海科技大學物質科學與技術學院教授于奕課題組與美國普渡大學研究團隊合作，在新型半導體異質結研究中取得重要進展，首次成功制備并表征了二維鹵化物鈣鈦礦橫向外延異質結。相關研究成果日前在線發表于《自然》。半導體異質結精準制備是半導體器件的起點，是現代電子學和光電子學的重要基石。鹵化物鈣鈦礦材料作為一類近年來引起廣泛關注的新興半導體，在太陽能電池、發光二極管、激光等領域展示出巨大的應用前景。在構建鹵化物鈣鈦礦半導體異質結的道路上，有兩個科學難題一直未得到解決。一方面，該材料易發生離子擴散，難以獲得高質量的原子級平整的異質界面；另一方面，鹵化物鈣鈦礦對空氣、水分、電子束輻照等因素十分敏感，其微觀結構解析特別是原子結構成像困難重重。缺乏原子結構信息的指導，材料的精準構筑與性能設計難以開展。于奕課題組與合作團隊在這兩個前沿難題的解決上取得了突破。研究人員在材料制備過程中引入剛性有機配體來抑制離子擴散，成功制備了二維有機—無機雜化鹵化物鈣鈦礦橫向異質結；發展了低劑量像差校正電子顯微技術，首次揭示了二維橫向異質結的界面原子結構，直接證實獲得了原子級平整界面。同時，于奕團隊找到了一種優化的低劑量成像方法，首次實現了輻照敏感的二維橫向異質結原子結構解析。這一突破提供了界面原子結構、缺陷構型以及晶格應變等準確信息，為這類新型半導體異質結的微觀結構設計提供了直觀的指導。在這些研究發現的基礎上，研究團隊進一步合作，展示了新型異質結原型器件中的整流效應，驗證了這類新型半導體走向應用的前景。相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2219-7

聚合物復合PTC材料是近年來在國際上發展很快的高科技產品，該種材料其電阻隨溫度作非線性變化，具有正溫度系數（即所謂PTC特性），當溫度上升到某一值時，電阻急劇增加。利用這一特性做出的自控溫加熱材料，能根據環境溫度自動調節輸出功率，具有保溫和控溫的功能。美國將此項技術列為不轉讓類技術。 與陶瓷PTC材料相比，聚物合復合PTC材料具有成本低，易于加工

提出引入活性客體來調控金屬有機框架（MOF）體系自旋轉換性能的策略，并成功地通過特定活性客體的可逆化學變化得到驗證；通過引入雙吡啶三氮唑陰離子配體設計組裝出自旋轉換溫度創紀錄的自旋交叉材料?該研究團隊最近通過精心設計，將氨基官能團引入到霍夫曼型MOF材料中，合成了首例具有HS0.0LS1.0?HS0.25LS0.75?HS0.5LS0.5?HS0.75LS0.25?HS1.0LS0.0五種自旋狀態的四步自旋轉變MOF材料，并通過磁性、差示掃描量熱法和單晶衍射法進行了表征確認。對于HS0.25LS0.75自旋態，我們從結構上捕捉到首例具有LS-LS-LS-HS三維有序交替排列特征的磁結構。更加令人驚奇的是，通過對主客體間超分子作用的調控可以實現四步、兩步和一步自旋交叉性質之間的可逆轉變，為設計具有多步自旋轉變的多穩態磁性材料提供了新的思路。

新材料研發

價格低廉、無毒、環境友好的金屬錫（Sn）與鉍（Bi）在能源轉化和存儲等領域有著廣泛應用。然而，由于Sn與Bi的晶格失配大(>22%)、易相分離和氧化、以及二者之間相容性低于2 at%，使得純相Sn1-xBix合金材料的制備及其物化性質的研究成果較少被報道。

隨著工業生產的加快以及人類生活品質的提高，對多相分離中的分離效率和膜材料的使用壽命都有了更高的要求。本項目旨在研究制備仿生液體復合膜材料。通過仿生多孔膜材料與功能液體的協同物理化學設計，制備的仿生液體復合膜材料突破傳統固/液界面設計的限制，應用全新的動態固/液/液界面設計制備液體復合膜材料，可用于污水處理和工業生產中的油/氣/水分離，較傳統商業膜在抗污節能，力學性能，耐用性和使用壽命等方面有顯著提高。

納微結構賦予材料新的功能和功效。利用CO2 輔助霧化制備和組裝納微顆粒結構材料，通過二相或多相流的噴頭結構元件膨脹和霧化，根據混合和相分離的變化，組裝納微顆粒結構和形態。根據液滴在射飛過程中由于環境的變化而潰散、霧化、溶劑蒸發射飛過程中環境以及混合方式的調節，可形成各種納微尺度和不同結構組裝的顆粒材料。例如，根據多相流結構元件可快速形成高過飽和度快速成析和射流分散這樣的特點，可設計給藥系統，形成芯囊型或相互包嵌的超微細給藥系統。又如用本方法制備的含能材料納微顆粒，具有獨到之處。

成果與項目的背景及主要用途： 術后粘連是有手術史以來國內外亟待解決的重要醫學難題之一。在外科領域開展的手術中，絕大多數都涉及到防止組織之間粘連的問題。術后粘連可以引起嚴重的并發癥，如腹部、盆腔等均可引起粘連性腸梗阻，甲狀腺手術后引起喉返神經損傷以及因盆腔組織粘連而導致的女性不育癥。90%的患者在術后均有不同程度的粘連產生，60%的患者需要采取一定的防粘連措施。 目前防止術后粘連國際上采用較多的是“短期屏障"法，即術后在容易發生粘連的部位植入隔離材料。隨著 70 年代后美國醫用材料方面的突破，可生物降解吸收材料已得到醫療市場的認可。現有的美國 FDA 批準的術后防粘連產品有三種。本課題組設計和研制了一種結構獨特的可拋型防粘連膜材料 AntiTriplex。它是一種生物相容性良好、安全、無毒、無刺激、可降解吸收的薄膜材料，其獨特的表面結構特性可以將手術創面和周圍組織有效隔離開，有效地保護好手術創面。 技術原理與工藝流程簡介： 該術后防粘連膜由多糖分子、多肽大分子和合成大分子組裝而成的三元膜。該三元膜綜合了三種材料的優點，使膜材料的力學性能、水穩定性、降解速率、臨床可操作性、防粘連效果等得到全面提升。主要工 藝流程如下： 多肽大分子 ↓ 合成大分子 → 反應器 --→成膜 → 后處理 → 干燥 → 成品膜 → 包裝 → 滅菌 ↑ 改性多糖大分子 技術水平及專利與獲獎情況： 該新型術后防粘連膜獨特的結構設計代表了當今該領域國際先進水 應用前景分析及效益預測： 不管是傳統的腹腔、心血管、椎板外科手術，還是新興的微創手術，均會存在不同程度的粘連現象。現階段歐美已經形成了一個龐大的防粘連材料市場，據統計，在美國每年用于治療腹腔、盆腔粘連的費用高達約 12 億美元。美國在 2000 年有 750 萬例出現術后粘連，預計到 2006 年將增加到 2000 萬。雖然美國 FDA 已批準了 3 個防粘連材料，但均有缺陷。中國人口眾多，醫療水平不及美國，如以 1500 萬人保守數字計，每人需要防粘連材料一份（至少），每份約 200 元，市場容量將是 30 億，利稅近 10 億，是國家鼓勵優先發展的高技術產業。 應用領域：醫療器械、生物材料制品、組織工程制品 技術轉化條件（包括：原料、設備、廠房面積的要求及投資規模）：原材料均為國產，價格低廉。所需設備為常用設備，投資不大。常規醫藥行業的廠房基本上能滿足要求，主要生產車間 150 平方米。投資規模依生產規模而定。 合作方式及條件：面談平, 目前已申報國家發明專利 2 項。 

該項目涉及一種含新型催化劑的鋰空氣電池正極及其制備方法。鋰空氣電池正極材料的質量組成：催化劑為 5-30％，碳材料為 40-80％，粘結劑為 5-30％。催化劑為金屬納米顆粒(20-60nm)高分散在微米級的碳片上的復合材料；所述金屬納米顆粒為鈷、鎳、銅、鋅、錳、鉻、鉬、釩或釔。碳材料包括乙炔黑、超導炭黑、碳纖維、石墨烯、超導炭黑、科琴黑、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩一種或兩種。粘結劑為聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚乙二醇和丁苯樹脂一種或兩種以上。本發明的優點是：該催化劑可促進氧的還原，降低充電過電位，在鋰空氣電池中表現出優異的電催化性能；而且該催化劑工藝簡單，采用環保無毒的試劑，在鋰空氣電池領域有廣泛的應用前景。專利號：201310524508.7 

汽車車身復合材料主要以經編結構復合材料為主，將剛性紗線成圈技術、針織結構增強設計和異型結構織造技術三者相結合，生產質量輕、強度高的相關產品，滿足汽車車身材料的使用要求。汽車車身的材料主要是多軸向經編復合材料和異型結構經編復合材料。 關鍵技術 ① 多軸向經編復合材料的定義 軸向織物是由帶有緯紗襯入系統的織機生產的一類獨特的織物。在織物的縱向和橫向以及斜向都可以襯入紗線，并且這些紗線能夠按照要求平行伸直地襯在需要的方向上。因此這類織物亦稱為取向結構。多軸向經編復合材料指在經編結構基礎上形成的軸向織物。 ② 多軸向經編織物特點 需求量大、生產效率高、生產成本低（卡爾邁耶的 Malimo Multiaxial 型多軸向經編機最高機速可達 1400r/min，相應產量可達 240m/h）原料適應性好，力學性能優異 ③ 多軸向經編復合材料結構特點 較好力學性能：由于經編多軸向織物纖維平行且伸直排列，所以纖維強度與剛度在復合材料中可以充分發揮。機織物的經緯紗線呈波浪形，其力學性能貢獻只有 50%左右。如在平紋布中碳纖維拉伸強度僅為 1100N/mm2，而同樣材料在雙軸向經編織物中拉伸強度為 2200N/mm2。 降低應力集中，提高材料性能：在普通機織復合材料中，當材料受拉伸載荷時，其應力轉移有一個過程，由于樹脂模量低，纖維處于不斷伸長過程中，應力載荷也逐步加到纖維上，纖維在伸長過程中破壞，樹脂與紗線受到剪切應力，在纖維還未斷裂時，反復的剪應力作用也使復合材料界面被破壞，導致復合材料強度損失。 知識產權及項目獲獎情況 論文 5 篇，專利 1 篇，SCI6 篇 項目成熟度 小批量生產階段 投資期望及應用情況 多軸向經編復合材料在汽車領域應用，經編復合材料可用于制造車輛殼體、發動機引擎蓋、保險杠等