新材料与新工艺

新材料与新工艺

航天热防护材料为飞机“黑匣子”穿上“防护服”

中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院航天材料及工艺研究所研制的热防护材料成功应用于某型飞机的“黑匣子”，并已实现批量生产，完成了首批400件产品的交付，为该型飞机维修和飞行试验数据记录保存提供了保障。

“黑匣子”即飞行参数记录仪，是航空器事故调查的重要依据。为了提高安全系数，“黑匣子”通常安装在飞机尾部最安全的部位。但在飞机发生事故时，“黑匣子”需在1100℃的火焰中经受30min的烧蚀，才能保证飞行数据的安全。因而，必须对“黑匣子”进行热防护处理。

航天材料及工艺研究所通过绝热方案设计和仿真分析，进行了涂层材料、纳米超级隔热材料、相变材料类型的选择和厚度优化，使经过该热防护材料处理的“黑匣子”在经历60min 1100℃的高温烧蚀后，其内嵌式芯片温度仍低于260℃，性能指标超过用户要求，达到国际先进水平。此外，该热防护材料还具有轻质、高效等优点，无需像传统“黑匣子”那样通过增加金属壳体厚度来满足性能指标要求，使金属壳体厚度由原来的12mm减薄至8mm，从而实现了“黑匣子”结构减重40%以上。

目前，航天材料及工艺研究所通过工艺优化，大幅缩短了相关产品的研制周期，具备了月产300件产品的批量生产能力。预计未来2年内，该研究所将完成2000件产品的交付工作。 (HT.1124)

可高度导电和储能的粘土材料研制成功

美国德雷塞尔大学的研究人员开发出一种高度导电且能够模压成各种形状和尺寸的粘土材料，未来或将在储能电池和超级电容器等领域发挥重要的作用。

据介绍，该新型粘土材料基于一类名为MXene的材料制备而成。MXene是一类与石墨烯类似的二维材料，具有亲水性、可塑性，以及比容量高（达900F/cm3）等特点。德雷赛尔大学的研究人员通过插层方法，在MXene的各个层之间插入了多种液态化学物质（如聚乙烯醇、聚二烯丙基二甲基氯化铵等），使其表面布满了各种官能团，进而改变了其化学及物理性质。在表面羟基的作用下，MXene可与聚合物分子形成紧密耦合，可使其具有与金属相当的导电率。

该新型粘土材料制备速度较快，较安全，具有广阔的应用前景。此外，由于其具有亲水性，除应用于锂离子电池和超级电容器外，还可用于水处理系统，如水净化或脱盐膜等。当其卷成管状时，力学性能也可进一步增强，亦可用于制造盔甲、航空部件等。 (科 技)

我国首台航天3D打印机研制成功

中国航天科技集团公司上海航天技术研究院成功研制出我国首台航天多激光金属3D打印机。

这台3D打印机形如一个银灰色柜子，柜子左上侧设置了一个小小的玻璃窗，右上侧设置了电脑及键盘，制作人员在电脑上输入需要打印的模型，放入粉末状的打印材料，按下打印键，就可以从玻璃窗里看到，打印材料被一层层地送入打印区域，从底部向上打印，机器不断循环“送粉—铺粉—激光熔化”过程，粉末每铺一层，激光束便会选择熔化相应的零件截面图形，然后以每层0.02mm的厚度逐层添加粉末，最终完成金属激光熔化的生产过程。

据介绍，该3D打印机采用双激光器，即长波的光纤激光器和短波的二氧化碳激光器，可打印长、宽、高不超过250mm的物品，每小时可打印8cm3，打印材料为不锈钢、钛合金、镍基高温合金等。这种双激光金属选区熔化3D打印机相关技术现已申请多项国家专利。

根据应用需求，该3D打印机已成功低成本地打印出了卫星星载设备的光学镜片支架、核电检测设备的精密复杂零件、飞机研制过程中用到的叶轮、汽车发动机中的异形齿轮等零件。

经过测试，这些3D打印的零件性能能够满足工程化应用要求。 (新 华)

室温下陶瓷超导体首次研制成功

借助短波红外激光脉冲照射钇钡铜氧化物（YBCO），德国马克斯普朗克物质结构与动力学研究所参与的一个国际研究小组首次成功制成了室温下的陶瓷超导体，尽管其维持时间仅数百万分之几微秒。

据介绍，YBCO晶体由双层氧化铜分子层与1层稍厚的钡、铜、氧原子中间层交互叠加构成。在临界温度下，电子可以在双层氧化铜分子层结合形成“库珀对”，在不同的层之间穿越，显示出超导性。2013年，研究小组发现，当使用红外激光脉冲照射YBCO材料时，其会在室温下短暂地显示出超导性。而借助于美国斯坦福大学的直线加速器相干光源，研究人员研究并揭示了该现象的原理：激光脉冲会导致晶体晶格中的单个原子发生短暂变动，从而导致超导性的产生。

该项成果将有望帮助现有低温超导材料实现在温度高很多的条件下表现出超导性，因此具有广阔的应用前景。 (W.XL)

我国科学家发现40K高温超导材料

中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室的科学家在世界上首次利用水热反应方法，发现了一种新的铁基超导材料——锂铁氢氧铁硒化合物（（Li0.8Fe0.2）OHFeSe），并与美国国家标准技术研究所等机构合作，结合X射线衍射、中子散射和核磁共振等3种技术手段，精确地确定了其结构。

测量表明，该化合物的超导转变温度高达40K以上，由铁硒层和锂铁氢氧层交替堆垛而成，铁硒层和锂铁氢氧层之间由极其微弱的氢键相连。研究人员还发现，其在低温约8.5K时存在反铁磁序，并与超导电性共存。

该化合物具有超导转变温度高、空气中稳定等优点，为相关体系新超导体的研究提供了思路，也为探索铁基高温超导的内在物理机制提供了新的材料体系。(KX.1222)

石墨烯或可用于制作防弹材料

石墨烯作为一种具有巨大应用潜力的新兴材料，现已成为世界科研领域的研究热点之一。近期，美国马萨诸塞大学的研究人员发现，石墨烯具有良好的抗冲击性能，或可用于制作防弹材料。

马萨诸塞大学的研究人员首次采用一种微小的二氧化硅球体来射击单层石墨烯，利用电子显微镜拍摄二氧化硅球体撞击石墨烯的瞬间，以检验其承受冲击的能力。测试结果表明，石墨烯吸收撞击能量的能力高于钢材。当二氧化硅球体撞击厚度为10～100层的石墨烯时，石墨烯层能在破碎前迅速分散冲击力，中断通过材料的外展波，其承受子弹冲击的性能可达凯芙拉纤维的2倍，钢材的8～10倍。

未来，以石墨烯层为基础的复合材料及其它轻质高强材料有望替代钢铁或芳纶纤维，成为一种“很有前景的盔甲系统”。 (KJ.1214)

在特殊光照下能降解成分子并可再生产的塑料问世

美国北达科他州立大学的研究人员开发出一种新型塑料。在特殊光照下，其能降解还原成分子，而这些分子还可用于再次生产新塑料。

研究人员首先采用水果中的果糖制作了一种分子溶液，然后将其聚合为塑料。把该塑料曝露在350nm的紫外线下3h，就能完全分解为最初的可溶性分子。研究人员还采用农作物中的油料种子、纤维素、木质素和蔗糖生产新型塑料的基本分子，再将基本分子合成高聚物分子，最终形成塑料。该新型塑料及其生产方式可减少产品生产对化石燃料的依赖，减少原材料消耗，减轻环境中有害化学物质的总量。

研究人员指出，在把该新型塑料制作成产品，推向商业化之前，还需进一步研究并评估其耐用性和强度。未来，研究人员计划将该新型塑料用于汽车、电子器材等其它设备上，以检验其应用性能。 (KJ.1201)

欧盟纳米压印光刻技术实现感应薄膜低成本量产

欧盟第七研发框架计划提供490万欧元资助，总研发投入690万欧元，由芬兰、英国、德国、荷兰、奥地利和瑞士等6个国家的9家企业联合科技界组成的欧洲PHOTOSENS研发团队，利用最先进的纳米压印光刻技术，整合基底纳米功能冲压工艺和卷到卷生产制造工艺，实现了低成本、大批量制造大面积纳米结构传感器阵列（NSA）的工业流程设计和设备样机开发，奠定了NSA商业化推广应用的基础。

目前，该研发团队已成功开发出3种不同类型的全聚合物多参数感应装置生产制造工艺及设备样机，分别为：应用于环保行业检测空气质量的甲醛光子结晶感应装置、应用于制药和食品安全行业检测布洛芬化合物成分的感应装置，以及应用于多行业的灵活嵌入式一次性多参数芯片检测装置。

该研发团队目前正在围绕基于3D打印技术的单模波导感应检测装置的生产制造工艺开发，进行工艺流程验证和结构优化。 (科技部)

中科院在铝合金表面防护技术研究方面获进展

中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究人员将化学刻蚀和化学修饰有机结合起来，在铝合金表面成功制备出了具有优异防护性能的薄膜。

铝合金具有密度小、强度高、导电导热性能优良、塑性和成型性好等特点，但其硬度偏低，耐磨性和耐腐蚀性较差，限制了其应用。因此，需对铝合金表面进行处理，以提高其抗蚀耐磨性能。

测试表明，随着刻蚀时间的增加，具有防护膜的铝合金样品的表面粗糙度先增大后减小，刻蚀时间为2min时，其表面的微纳二元结构的比例达到最优。由于薄膜疏水，可有效阻隔水及其它腐蚀介质的渗

入，因此，经表面防护膜修饰的铝合金具有优异的耐蚀性能，具有很小的腐蚀电流密度和较高的腐蚀电位。此外，由于表面防护膜中的长链和非极性端甲基基团可有效分散摩擦过程中传导来的机械能，经过处理的铝合金样品具有较好的摩擦学性能，其摩擦系数很小，且当刻蚀时间为2min时，磨损率亦很小。

该薄膜充分利用了铝合金表面形貌设计与有机防护涂层构筑协同防腐耐磨的作用，具有更好的防腐耐磨效果；其稳定性高，且制备工艺简单、重复性好，原料易得，成本低廉，且对基底材料的形状无限制，适用于较大面积的铝合金的表面处理，应用前景广阔。 (佳 工)

首套1000吨/年尿素间接法生产碳酸二甲酯全流程中试成功

由中国科学院山西煤炭化学研究所与上海韦福化工技术发展有限公司联合开发的1000吨/年尿素间接法生产碳酸二甲酯（DMC）中试装置一次开车成功，生产出了纯度为99.8%的DMC产品。目前，围绕该项目已申请2项国家发明专利。

500h运行结果显示：在第一步尿素与1,2-丙二醇制备聚碳酸丙烯酯（PC）的反应中，尿素转化率达100%，PC收率稳定在95%以上；在第二步PC与甲醇酯交换制备DMC的反应中，PC转化率为100%，DMC选择性大于99%，反应塔塔顶DMC出口浓度稳定在30%以上。第二步酯交换产生的1,2-丙二醇再循环用作第一步反应的原料时，对第一步的反应无任何不利影响。与其它生产工艺相比，该工艺以产能过剩且价格低廉的尿素和甲醇为原料，具有反应条件温和、产品收率高、氨气易回收、后续分离简单、能耗低、成本低等优点。

据介绍，DMC可用作溶剂、锂离子电池电解液、汽柴油添加剂，可在诸多领域取代剧毒的光气、硫酸二甲酯及氯甲酸甲酯等生产一系列重要化学品，具有广阔的市场应用前景。 (煤化所)