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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(shù)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(fù) 合成型等技術(shù)集成制備成系列三維機織、三維編織復(fù)合材料。系列結(jié)構(gòu)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(lǐng)域。321 2 關(guān)鍵技術(shù) ① 重構(gòu)出“纖維-預(yù)制件-復(fù)合材料”在空間位置的真實圖像，再現(xiàn)復(fù)合材 料內(nèi)部纖維束空間路徑、偏轉(zhuǎn)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(guān)聯(lián)關(guān)系；基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)和有限變形理論，建立三維機織多尺度結(jié)構(gòu)設(shè) 計方法。 ②以界面相的微觀結(jié)構(gòu)為切入點，從設(shè)計合理的碳纖維-環(huán)氧樹脂界面微結(jié) 構(gòu)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(fù)合材料界面中， 揭示其界面增強增韌機理，最終確立界面、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)機制。 3 知識產(chǎn)權(quán)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 ZL 201010519415.1 （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(yù)制體 ZL201410159117.4 （6）一種深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維增強酚醛樹脂基摩擦材料及其制備方法 ZL201501531119.6 4 項目成熟度 成熟度 5 級 5 投資期望及應(yīng)用情況 可廣泛用于交通工具、體育用品、軍事、安全防護等領(lǐng)域。 

鈦及鈦合金具有密度小、強度高、耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、非磁性、線膨脹系數(shù)小等多種優(yōu)點，特別是其比強度，在已有的材料中幾乎是最高的，因此，鈦主要應(yīng)用在航空領(lǐng)域中以降低飛行器重量。隨著科技的發(fā)展，原來的鈦合金在某些方面已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代航空、航天的需求。鈦基復(fù)合材料既保持了鈦的優(yōu)良性質(zhì)又具有比鈦更高的比強度和比模量，可望成為航空航天與其它高技術(shù)領(lǐng)域中重要的結(jié)構(gòu)材料。其中，原位自生復(fù)合材料，增強相是通過外加的化學元素之間發(fā)生化學反應(yīng)而生成的。與傳統(tǒng)的外加法制得的復(fù)合材料相比，原位自生鈦基復(fù)合材料表現(xiàn)出以下優(yōu)點：制備工藝簡單，可以用鈦合金傳統(tǒng)的冶煉和加工的設(shè)備制備大尺寸的鈦基復(fù)合材料，因此易于工業(yè)化生產(chǎn)；增強體和基體在熱力學上穩(wěn)定，因此在高溫工作時，性能不易退化；避免了外加法帶來的界面污染等問題；原位生成的增強相在基體中分布均勻，表現(xiàn)出優(yōu)良的機械性能。而TiC和TiB共同的特點是：熔點高，比強度、比剛度高和化學穩(wěn)定性好；物理和機械性能優(yōu)良；與鈦基體之間的熱膨脹系數(shù)差別小。因此TiC和TiB是鈦合金中較為理想的增強體，通過本研究開發(fā)的原位自生的TiC或(TiC+TiB)增強鈦基復(fù)合材料，具有優(yōu)良的機械性能。

內(nèi)容介紹： 針對金屬基復(fù)合材料制備成本高、工藝過程復(fù)雜的難題，集真空壓 力浸滲、擠壓鑄造及液固擠壓三種工藝優(yōu)點于一體，開發(fā)出的真空吸滲 一液固擠壓一體化成形復(fù)合材料構(gòu)件的新技術(shù)，可一次成形出合金及其 復(fù)合材料管、棒材等高性能制件，解決了增強纖維與基體金屬潤濕性差 的問題，同時克服了傳統(tǒng)復(fù)合材料管、棒材成形方法均需二次變形的弊 端，可用于鋁、鎂基復(fù)合材料的成形，極大地降低了鋁、鎂合金及其復(fù) 合材料的制備成

Ag 納米顆粒具有優(yōu)異的抗菌及殺菌性能，且具有廣譜性及無抗藥性。石墨烯是近年來最熱門的材料之一，可以作為載體制備納米復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用在光電，電池，生物，醫(yī)學等眾多領(lǐng)域。對比目前 Ag 抗菌材料的載體如沸石，二氧化硅等來說，石墨烯具有獨特的二維結(jié)構(gòu)，其高的比表面積，穩(wěn)定的物理及化學性質(zhì)，可以優(yōu)化 Ag 基納米顆粒的生長，控制其形貌尺寸，從而獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料。 其獨特的二維結(jié)構(gòu)以及界面性能使其可以組裝成不同應(yīng)用環(huán)境的器件，因此具有廣泛的適用范圍和廣闊的應(yīng)用前景。重要的是，石墨烯還具有良好的生物相

針對車載氫能源的難題，開展納米結(jié)構(gòu)鎂基合金復(fù)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蚊驳腗g納米線。結(jié)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(jié)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(jié)果顯示，直

Ag納米顆粒具有優(yōu)異的抗菌及殺菌性能，且具有廣譜性及無抗藥性。石墨烯是近年來最熱門的材料之一，可以作為載體制備納米復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用在光電，電池，生物，醫(yī)學等眾多領(lǐng)域。對比目前Ag抗菌材料的載體如沸石，二氧化硅等來說，石墨烯具有獨特的二維結(jié)構(gòu)，其高的比表面積，穩(wěn)定的物理及化學性質(zhì)，可以優(yōu)化Ag基納米顆粒的生長，控制其形貌尺寸，從而獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料。其獨特的二維結(jié)構(gòu)以及界面性能使其可以組裝成不同應(yīng)用環(huán)境的器件，因此具有廣泛的適用范圍和廣闊的應(yīng)用前景。重要的是，石墨烯還具有良好的生物相容性，是抗

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)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(chǔ)上，通過粉末冶金與增強相分布調(diào)控技術(shù)，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(zhuǎn)化 二、成果簡介 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)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(chǔ)上，通過粉末冶金與增強相分布調(diào)控技術(shù)，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(yīng)力提高3倍多、相同應(yīng)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(jié)構(gòu)材料，替代高溫合金可減重45%左右，如設(shè)計的鈦基復(fù)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(jié)構(gòu)件無合適材料可選的瓶頸問題，填補了其它領(lǐng)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(lǐng)先水平。

劉奇航及其合作者以最近由中科院物理所領(lǐng)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(fù)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(dǎo)體到導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變。相比之下，具有類似CuO4局部環(huán)境的銅氧化物高溫超導(dǎo)體的母體材料Nd2CuO4顯現(xiàn)除了不同的隨摻雜濃度變化的導(dǎo)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(dǎo)電性大大增加，實現(xiàn)半導(dǎo)體到導(dǎo)體的轉(zhuǎn)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(dǎo)電的現(xiàn)象，指出要在量子自旋液體實現(xiàn)超導(dǎo)，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(lǐng)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(shè)計構(gòu)建了一系列芳腈基聚合物，發(fā)明了熒光性、磁性、導(dǎo)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(guān)鍵技術(shù)，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(fù)合材料、薄膜、纖維應(yīng)用技術(shù)；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(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)。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(guān)產(chǎn)品的進口。 左圖：芳腈基聚合物，復(fù)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(yīng)用僅局限于生產(chǎn)通用塑料、薄膜等領(lǐng)域，要想應(yīng)用于條件較為苛刻的汽車、航空航天、建筑業(yè)等領(lǐng)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(guān)企業(yè)展開合作，進行成果的轉(zhuǎn)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(fù)合材料制備技術(shù)，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(shù)，通過這些技術(shù)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(yīng)用在生活快消品、農(nóng)用地膜、飛機/汽車內(nèi)飾用材料等領(lǐng)域。項目目標是通過深入研究，對部分尚不完善的技術(shù)環(huán)節(jié)進行最后的攻關(guān)，然后整合已有的技術(shù)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(shù)包，最終順利完成相關(guān)技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)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(guān)技術(shù)，與授權(quán)專利等成果整合，進一步放大成系列化的產(chǎn)品技術(shù)，最終順利相關(guān)技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化工作。 項目中的大部分關(guān)鍵技術(shù)均已被攻克，目前需要做的是有目的的對所有技術(shù)進行梳理和整合，查漏補缺，對部分尚不完善的技術(shù)環(huán)節(jié)進行最后的攻關(guān)，從而形成完整的系統(tǒng)化的產(chǎn)品技術(shù)，并與相關(guān)授權(quán)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(shù)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?cè)萘款A(yù)計為100億元，且有很好的成長潛力。本項目技術(shù)面對的正是高性能、高附加值的潛在市場，其產(chǎn)業(yè)化預(yù)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。