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本項(xiàng)目提出了在釓鎵石榴石（GGG）襯底上直接外延大口徑磁光BiLuIG單晶體的思路，解決我國(guó)無(wú)大晶格常數(shù)摻雜釓鎵石榴石（SGGG）晶圓片技術(shù)、無(wú)鉛液相外延大尺寸BiLuIG晶體圓片的不足，突破純GGG基片上外延超厚（1-20μm）磁光晶體這一難點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題。

本項(xiàng)目共包括8項(xiàng)授權(quán)專(zhuān)利，另有20余項(xiàng)專(zhuān)利正處于公開(kāi)階段。 項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為：（1）提出了一種Bi+Lu共摻雜新配方，實(shí)現(xiàn)了在傳統(tǒng)GGG襯底上外延出具有大法拉第效應(yīng)的BiLuIG石榴石單晶薄膜材料。 （2）提出了“緩沖法”技術(shù)，克服了無(wú)鉛液相外延工藝中熔體粘度偏高，薄膜均勻性差的難題，成功制備出3英寸的高質(zhì)量單晶BiLuIG薄膜材料，厚度可達(dá)20微米以上，其法拉第效應(yīng)是含鉛工藝制備材料的10倍。項(xiàng)目總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中在Bi+Lu共摻雜材料設(shè)計(jì)和無(wú)鉛液相

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨(dú)特本征性質(zhì)的石墨烯三維體相材料是材料學(xué)研究中兼具學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用意義的重大挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨(dú)立且懸空的二維石墨烯單元通過(guò)片層邊緣的化學(xué)鍵構(gòu)筑而成。該材料具有良好的機(jī)械性能，在常溫可見(jiàn)光下作用下具有電子發(fā)射能力，在瓦特功率級(jí)別的可見(jiàn)波段激光或聚焦的太陽(yáng)光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料樣品可以在真空條件下實(shí)現(xiàn)有效的直接光驅(qū)動(dòng)，此現(xiàn)象為國(guó)內(nèi)外所首次觀察及報(bào)道，為石墨烯帶來(lái)了一種激動(dòng)人心的潛在應(yīng)用價(jià)值。上述材料的制備及相關(guān)性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供材料支持與相關(guān)理論支撐。

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨(dú)特本征性質(zhì)的石墨 烯三維體相材料是材料學(xué)研究中兼具學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用意義的重大挑 戰(zhàn)。本項(xiàng)目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨(dú)立 且懸空的二維石墨烯單元通過(guò)片層邊緣的化學(xué)鍵構(gòu)筑而成。該材料具 有良好的機(jī)械性能，在常溫可見(jiàn)光下作用下具有電子發(fā)射能力，在瓦 特功率級(jí)別的可見(jiàn)波段激光或聚焦的太陽(yáng)光照射下，厘米尺寸的此石 墨烯材料樣品可以在真空條件下實(shí)現(xiàn)有效的直接光驅(qū)動(dòng)，此現(xiàn)象為國(guó) 內(nèi)外所首次觀察及報(bào)道，為石墨烯帶來(lái)了一種激動(dòng)人心的潛在應(yīng)用價(jià) 值。上述材料的制備及相關(guān)性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉(zhuǎn)換 與存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供材料支持與相關(guān)理論支撐。 項(xiàng)目特色： 1.制備了基于二維石墨烯單元通過(guò)片層邊緣的化學(xué)鍵構(gòu)筑而成 三維石墨烯體相材料，該材料不僅保留了二維石墨烯材料的本征性質(zhì)， 而且具備優(yōu)良的機(jī)械及光電性能。 2. 在國(guó)內(nèi)外首次觀察到厘米級(jí)尺寸的裸眼可見(jiàn)的宏觀石墨烯樣 品，只依靠瓦特級(jí)別的光作為單一驅(qū)動(dòng)源，即可實(shí)現(xiàn)較大距離(數(shù)十厘 米)的有效的運(yùn)動(dòng)，并提出了光致電子發(fā)射驅(qū)動(dòng)的機(jī)理解釋上述三維 石墨烯體相材料獨(dú)特的光驅(qū)動(dòng)， 3. 上述材料的制備與性能研究揭示通過(guò)有效合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑手 段，能夠得到以二維石墨烯作為構(gòu)成單元，并有效保留其獨(dú)特二維性 質(zhì)和兼具三維宏觀形態(tài)的石墨烯體相材料，此項(xiàng)研究為其它二維材料 的開(kāi)展類(lèi)似工作并拓展其應(yīng)用提供了范例和思路。已取得的成果： 項(xiàng)目的標(biāo)志性研究結(jié)果于 2015 年 6 月在線發(fā)表于 Nature Photonics，并于 2015 年 7 月正式發(fā)表（Nature Photonics, 2015, 9, 471- 476）。雜志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene” 發(fā)表了專(zhuān)題評(píng)論。英國(guó)著名科普雜志 New Scientist 以“Spacecraft built from graphene could run on nothing but sunlight”為題報(bào)道了此研究， 指出該成果“再為石墨烯這種優(yōu)良材料增添了一種驚人的性能”。國(guó) 內(nèi)主要媒體包括人民日?qǐng)?bào)、光明日?qǐng)?bào)、新華網(wǎng)以及多家門(mén)戶(hù)網(wǎng)站等均 對(duì)此研究進(jìn)行了報(bào)道，中央電視臺(tái)《新聞聯(lián)播》欄目于 2015 年 6 月 21 日也對(duì)此進(jìn)行了報(bào)道。 市場(chǎng)應(yīng)用前景： 空間飛行器是人類(lèi)探索宇宙的重要工具，而動(dòng)力源問(wèn)題一直羈絆 著人類(lèi)無(wú)法走得更遠(yuǎn)。目前幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學(xué)驅(qū) 動(dòng)，即通過(guò)噴射燃燒的化學(xué)物質(zhì)來(lái)獲得驅(qū)動(dòng)力，光直接驅(qū)動(dòng)飛行是科 學(xué)界和航空界多年的夢(mèng)想。

1.亞毫米尺寸單層導(dǎo)電納米材料，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量產(chǎn)率原 子級(jí)薄樣品的宏量制備。 2. 成膜平整，粗糙度在 10 納米以?xún)?nèi)，平整度遠(yuǎn)好于 ITO 和銀納米線薄膜。 3. 膜具高透光率和柔性，其導(dǎo)電性?xún)?yōu)于 ITO 。

本項(xiàng)目以高性能纖維（碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維等）為增強(qiáng)材料，通 過(guò)多軸向經(jīng)編設(shè)備展纖、鋪緯、編織等工序織造而成經(jīng)編多層多軸向預(yù)制體，其 鋪緯角度在-20o～+20 o 范圍內(nèi)可調(diào)。通過(guò)樹(shù)脂基體改性和曲面成型等技術(shù)制備 成經(jīng)編多層多軸向平面/曲面復(fù)合材料。該材料預(yù)制體可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可通過(guò)鋪層 角度和鋪層層數(shù)的改變，制成超薄和超厚平面/曲面復(fù)合板材，具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、 高模、耐疲勞、耐沖擊等性能。同時(shí)，通過(guò)樹(shù)脂基體的改性加強(qiáng)材料的功能化， 使其除具有較強(qiáng)的力學(xué)性能外，還兼顧防護(hù)、隔音、隔熱等特性，綜合性能優(yōu)異。 既可滿(mǎn)足航空航天、軍事防護(hù)等等高性能軍品要求，又可廣泛用于陸路交通、建 筑和公共設(shè)施等耐用消費(fèi)品領(lǐng)域。 2 關(guān)鍵技術(shù) (1) 經(jīng)編多層多軸向平面/曲面復(fù)合材料預(yù)制體的設(shè)計(jì)與制備； (2) 高性能、功能化樹(shù)脂基體的改性技術(shù)； (3) 超薄和超厚經(jīng)編多層多軸向平面/曲面復(fù)合材料復(fù)合成型技術(shù) 3 知識(shí)產(chǎn)權(quán)及項(xiàng)目獲獎(jiǎng)情況 發(fā)表 SCI 論文 6 篇、EI 論文 7 篇、核心論文 15 篇； 授權(quán)專(zhuān)利 2 項(xiàng)。 4 項(xiàng)目成熟度； 批量生產(chǎn)階段 5 投資期望及應(yīng)用情況 采用經(jīng)編多層多軸向預(yù)制體、利用曲面復(fù)合成型技術(shù)設(shè)計(jì)制備完成汽車(chē)殼體 組件

本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，并公開(kāi)了一種異質(zhì)多材料增材制造 系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)臂機(jī)器人、打印裝置、減材裝置和監(jiān)測(cè)反饋裝 置，通過(guò)采用旋轉(zhuǎn)式多噴頭切換打印裝置，以多個(gè)送絲打印機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn) 切換的方式進(jìn)行多材料多工藝實(shí)時(shí)切換打印，實(shí)現(xiàn)了多材料多工藝的 高效 3D 打印成形；雙目立體視覺(jué)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋裝置及時(shí)反饋加工 零部件的層層溫度信息及三維輪廓信息并與原始模型對(duì)比標(biāo)定，確定 減材加工時(shí)機(jī)及相應(yīng)減材加工參數(shù)。通過(guò)本發(fā)明，高精

納米粒子由于具有非常小的顆粒尺寸和大的比表面積，通常顯示出許多不同于常規(guī)塊體材料的電、磁、光和化學(xué)特性，在現(xiàn)代工業(yè)、國(guó)防和高技術(shù)發(fā)展中充當(dāng)著重要的角色。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)材料性能的要求也越來(lái)越高，因此尋找一種可替代液相法的真空氣相法來(lái)獲得表面清潔納米粒子的制備技術(shù)是開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異性能新型納米結(jié)構(gòu)材料的迫切要求。特別是納米粒子組裝復(fù)合薄膜材料由于具有傳統(tǒng)復(fù)合材料和現(xiàn)代納米材料兩者的優(yōu)越性，成為一個(gè)重要的前沿研究熱點(diǎn)，它有望將“傳統(tǒng)功能材料”通過(guò)“納米復(fù)合化”達(dá)到進(jìn)一步提高和拓展材料性能的目的。

傳統(tǒng)制備聚合物/層狀無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料的方法如插層復(fù)合法工藝復(fù)雜，需要加入增容劑或?qū)訝顭o(wú)機(jī)物進(jìn)行有機(jī)化處理，此外單體插層聚合涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，而熔體插層則要求聚合物的熔體粘度低。針對(duì)傳統(tǒng)插層復(fù)合法存在的問(wèn)題，本項(xiàng)目將固相力化學(xué)方法引入聚合物/層狀無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料領(lǐng)域，利用磨盤(pán)形力化學(xué)反應(yīng)器獨(dú)特的三維剪結(jié)構(gòu)所提供的強(qiáng)大擠壓剪切力場(chǎng)和粉碎、混合、分散及固相力化學(xué)反應(yīng)功能，在磨盤(pán)碾磨過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)層狀無(wú)機(jī)物的粉碎、片層滑移和剝離，聚合物的粉碎和嵌入，聚合物與無(wú)機(jī)填料的固相分散和混合，得到聚合物/層狀無(wú)機(jī)物復(fù)合粉體，再經(jīng)進(jìn)一步加工成型，可制備用途廣泛的聚合物/層狀無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料，如具有良好力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料和具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、電磁屏蔽、阻隔或隔音降噪的功能材料等。 主要技術(shù)指標(biāo)： 可制備具有良好力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料及具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、電磁屏蔽、阻隔或隔音降噪的功能材料等; 所制備的PP導(dǎo)電導(dǎo)熱納米復(fù)合材料的電導(dǎo)率可達(dá)5.2×10-4 S×cm-1，導(dǎo)熱率可達(dá)0.69 W×m-1×k-1; HDPE導(dǎo)電導(dǎo)熱納米復(fù)合材料的電導(dǎo)率可達(dá)10-3 S×cm-1, 導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)2.2 W×m-1×k-1 建設(shè)投產(chǎn)條件（投入資金情況、需要的廠房、使用配套設(shè)施狀況等）： 需要帶分級(jí)裝置的磨盤(pán)形力化學(xué)反應(yīng)器、雙螺桿擠出機(jī)及注射/熱壓成型機(jī)。