2016我国军民两用技术与产品发展特点回顾

中国航天系统科学与工程研究院 张楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟长

2016我国军民两用技术与产品发展特点回顾

中国航天系统科学与工程研究院 张楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟长

2016年，我国军民两用技术与产品发展取得了显著进步，航天强国、海洋强国等强国工程不断向前推进，空间站建设、新型运载火箭研发、先进科学卫星发射、大型飞机及支线飞机研发与运行、深海科考、超级计算研发、高性能碳纤维国产化、石墨烯产业化及应用、3D打印研究与应用、锂离子电池研发等诸多领域取得了多项突破性成果，创新驱动发展战略持续深入推进，军民深度融合发展迈上了新高度，进一步提高了我国的科技创新能力，强化了国防科技工业基础，提高了我国在世界科技和经济领域的地位。

1 空间实验室飞行任务取得重大成果，为空间站建设运营和航天员长期驻留奠定了坚实的基础

2016年9月15日22时4分，我国天宫二号空间实验室发射升空。10月17日7时30分，神舟十一号飞船承载着航天员景海鹏和陈冬成功从酒泉卫星发射中心发射，随后准确进入轨道。神舟十一号飞船入轨后，经地面远距离导引和自主控制飞行，于10月19日3 时31分与天宫二号实现了自动交会对接，形成组合体；6时32分，2名航天员顺利进驻天宫二号。飞行任务期间，2名航天员共开展了40余项空间科学与应用、航天医学、在轨维修技术等方面的实（试）验项目，以及科普实验和展示活动，成功释放伴随卫星并对组合体进行了伴飞拍摄和近距离飞越观测。11 月18日14时3分，神舟十一号飞船返回舱顺利降落在内蒙古中部主着陆场预定区域。至此，天宫二号与神舟十一号载人飞行任务圆满完成，实现了稳定运行、健康驻留、安全返回、成果丰硕的任务目标。

具体来讲，此次任务面向空间站建造运营任务，验证了航天员中期驻留的生命保障技术、人机协同在轨维修技术，考核了空间站运行轨道的交会对接、组合体运行、载人飞船返回等相关关键技术，以及地面长时间任务支持等技术，积累了长期飞行任务管理，以及组织实施较大规模空间应用试验的相关经验。此次任务的圆满成功，标志着我国空间实验室飞行任务取得了具有决定性意义的重要成果，为我国空间站建设、运营和航天员长期驻留奠定了坚实的基础。

▲ 神舟十一号飞船与天宫二号成功对接

2 新一代运载火箭长征五号、长征七号首飞成功，空间进入能力大幅提升

2016年6月25日，由中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院抓总研制的新一代中型运载火箭——长征七号在海南文昌发射场点火升空，标志着我国新一代运载火箭研制取得重大突破，将大幅提升我国进入空间的能力。长征七号火箭是我国首型“数字化火箭”；采用液氧煤油推进剂，无毒、无污染，清洁环保；其运载能力实现了新跨越，使我国中型运载火箭近地轨道运载能力由8.6t提高至13.5t；其按照载人火箭的标准设计，可靠性指标达0.98，达到国际先进水平。长征七号火箭是我国新一代中型运载火箭的基本型，通过改型或与上面级组合，可覆盖大多数主流卫星所需的运载能力，适应面更宽，是我国未来航天发射任务的“主力”火箭。未来，长征七号火箭还将承担我国航天多种类型的发射任务。

11月3日，我国自主研制的新一代大型运载火箭——长征五号从海南文昌发射场成功发射，首飞取得圆满成功！长征五号火箭首飞成功，大幅提升了我国自主进入空间的能力，是我国由航天大国迈向航天强国的重要支撑和显著标志之一。长征五号火箭直径5m，全箭长约57m，起飞重量约870t，是目前长征系列火箭中最大的火箭，整体技术达到国际先进水平。其具备近地轨道25t级、地球同步转移轨道14t级的运载能力，比现役火箭的运载能力提升了2.5倍以上，使我国运载火箭规模实现了从中型到大型的跨越，运载能力达到或超过国外主流大型运载火箭。长征五号火箭是一枚全新的数字化火箭，新技术比例几乎达100%，是我国迄今为止难度最大、规模最大、系统构成最复杂的火箭，具备高可靠、低成本、无毒无污染、适应性强、安全性好等性能特点；后续，长征五号火箭将服务于我国探月三期、载人空间站和火星探测等国家重大科技工程，也可用于不同地球轨道大型载荷及其它深空探测任务载荷的发射。更重要的是，长征五号火箭的研制成功还为我国未来载人登月用重型火箭的研制奠定了基础。

新一代运载火箭首飞成功，大幅提高了我国进入空间的能力，将进一步加快我国从航天大国迈向航天强国的步伐。

3 我国发射多颗先进科学卫星，空间研究及观测能力持续提升

继2015年成功发射暗物质探测卫星“悟空”后，我国2016年又发射了一系列先进的科学卫星，大幅提升了我国开展空间研究、空间观测等工作的能力。

2016年4月6日发射并于4 月18日成功返回的实践十号卫星是我国首颗专用的微重力实验卫星。该卫星项目包含19项科学实验，涉及微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学、空间辐射效应、重力生物效应、空间生物技术等6个领域。该卫星是中国空间科学先导专项首批科学实验卫星中唯一的返回式卫星，也是单次开展科学实验项目最多的卫星。其科学目标是研究、揭示微重力条件和空间辐射条件下物质运动及生命活动的规律，并取得创新科技成果。实践十号卫星的成功返回，带来了来自太空的生命繁衍迹象。在实践十号卫星回收舱中，有着6000余枚小鼠胚胎，其中，专门用于发育实验的有几百枚胚胎。进一步的观察显示，这些从太空中返回的小鼠胚胎在太空中完成了从二细胞到囊胚的发育，我国在世界上首次成功在太空实现了哺乳动物胚胎的发育，预示着包括人类在内的哺乳动物的生命有望在太空中得以延续。

▲ 整装待发的“长征五号”运载火箭

8月，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射。该卫星是中国科学院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一，其主要科学目标为：一是借助卫星平台，进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上开展广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破；二是在空间尺度上进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。“墨子号”的成功发射，使我国在世界上首次实现了卫星和地面之间的量子通信，构建起了天地一体化的量子保密通信与科学实验体系，有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，有望推动我国研究人员在量子科学前沿领域取得重大突破，对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展意义重大。

12月，我国首颗碳卫星发射成功，使我国二氧化碳监测水平跻身世界前列。这颗卫星在轨稳定运行后，将逐步形成针对全球、中国及其它重点地区的大气二氧化碳浓度的监测能力，精度达到1ppm～4ppm，对于充分了解全球碳循环过程及其对全球气候变化的影响具有重要意义，填补了我国在温室气体检测方面的技术空白。此外，该卫星还将为雾霾的研究提供重要的数据支撑。

12月28日，我国首颗0.5m级高分辨率商业遥感卫星高景一号在太原卫星发射中心发射升空。该卫星是中国航天科技集团公司商业遥感卫星系统“16+4+4+X”的首发星，具有高分辨率、高图像质量、高敏捷机动能力、多模式成像、长寿命等特点，在轨应用后将打破我国0.5m级商业遥感数据被国外垄断的现状，也标志着国产商业遥感数据水平正式迈入国际一流行列。截至2017年1月10日，该卫星已完成姿态轨道调整，地面系统已成功接收处理了全球范围内的15轨1241景影像，标志着我国首个完全自主研制的0.5m高分辨率商业遥感卫星星座正式具备运营能力。此外，商业遥感卫星系统的建立将实现我国国产遥感卫星运营模式商业化的突破，形成全球首个高空间光谱分辨率卫星遥感综合服务系统。

4 民用飞机发展稳步推进，多型民用飞机研制获重要进展

2016年，我国C919大型客机研制项目进展顺利，为2017年实现首飞奠定了基础。4月11日，C919大型客机全机静力试验在中国飞机强度研究所上海分部正式启动。11月8日，C919完成了首飞前两项重要的试验，全机2.5g限制载荷静力试验圆满成功、左右发动机均一次点火成功。12月21日，C919大型客机所采用的LEAP-1C集成推进系统同时被欧洲航空安全局（EASA）和美国联邦航空局（FAA）授予了型号合格证，为C919大型客机投入商业运营铺平了道路。12月25日，中国商用飞机有限责任公司C919飞机首架机交付试飞中心。目前，C919大型客机已基本完成机载系统安装和主要的静力、系统集成试验，进入首飞准备阶段，预计将在2017年上半年实现飞上蓝天的梦想。

在支线客机方面，6月28日，成都航空公司航班号为EU6679的ARJ21-700飞机于上午9时25分搭载70名乘客从成都双流机场起飞，11时37分到达上海虹桥机场。自此，我国自主研制的首架喷气式支线客机ARJ21正式以成都为基地进入航线运营，这是我国民用飞机发展的重要里程碑。9月29日，中国商用飞机有限责任公司在上海向成都航空公司交付第二架ARJ21支线喷气客机。截至11月底，ARJ21飞机运营总航班数达到92个，累计载客5082人次，平均上座率95.11%，销售及收益水平良好。

2月，由中国航空工业集团公司自主研制的新一代先进涡桨通用支线飞机运12F获得了美国联邦航空管理局（FAA）颁发的型号合格证，其是继运12Ⅳ和运12E型飞机取得FAA型号合格证后，运12系列中第三个获得FAA型号合格证的机型，也是目前世界范围内8t级23部通勤类飞机中唯一取得FAA型号合格证并投入市场运营的机型。运12F获得FAA型号合格证，标志着该型飞机获得了进入美国民用市场的准入证，对国产民用飞机参与国际市场竞争、提升国际影响力具有重大意义。

5 深海技术发展水平进一步提高，深潜科考进入万米时代

▲ “海斗”号无人潜水器深入万米深渊开展科学考察

2016年8月12日，我国4500m载人潜水器及万米深潜作业工作母船——“探索一号”科考船结束TS01-01航次，首航凯旋。在6月22日至8月12日期间，“探索一号”科考船在马里亚纳海沟挑战者深渊开展了我国首次综合性万米深渊科考活动，航次历时52天，其中作业37天，共执行作业任务84项。在此期间，我国自主研制的“海斗”号无人潜水器成功进行了1次8000m级、2次9000m级和2次万米级下潜应用，最大潜深达10767m，创造了我国无人潜水器的最大下潜及作业深度纪录，使我国成为继日本、美国之后第三个拥有研制万米级无人潜水器能力的国家，是继蛟龙号7000m海试成功后我国在海洋科技领域取得的又一个里程碑式突破。该航次是我国在万米深海进行的首次深潜科考尝试，是为实现国家“十三五”重点研发计划部署的万米载人/无人深潜科技目标所做的先期努力，为最终全面实现万米深潜迈出了具有重要意义的一步，成功缩短了我国与美、日、英等国家在万米科考能力上的差距，标志着我国深潜科考开始进入万米时代。该航次所获得的深度序列完整的原位探测数据及水体、沉积物和大型生物样本，填补了我国长期以来无法获得超大深度特别是万米海底数据和样品的空白，将大大促进我国深海深渊科学研究的发展，并有效推动我国海斗深渊科学研究体系的建立。

深海探测对于海洋资源勘探开发、海洋科学研究，以及海洋权益保护具有重要意义，代表着当前国际深海工程技术的顶级水平，是我国建设“海洋强国”的重要内容之一。目前，为贯彻落实“海洋强国”战略，我国已经部署了“深海关键技术与装备”重点研发计划，将针对我国在探索深海、开发利用深海资源，以及保障国家深海安全等方面的重大需求，围绕“进入深海—认知深海—探查资源—保障安全”这一主线，重点突破制约我国在深海领域发展能力的深海运载、探测、战略资源开发等核心共性关键技术，特别是突破万米有人/无人潜水器的研制技术，形成1000m～7000m水深潜水器作业应用能力。该计划的实施，将进一步提升我国深海技术的基础研究水平和原始创新能力，使我国深渊科技达到国际一流水平。

6 量子科学及通信研究突破连连，进入世界领先行列

量子计算是一种依照量子力学理论进行的新型计算，其速度可达目前计算速度的万倍、亿倍，但需要利用大量互相纠缠的量子才能够实现。量子通信是指基于量子力学的基本原理，利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通讯方式，主要涉及量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，具有高效率和绝对安全等特点。近年来，量子计算和量子通信已成为国际研究的热点。我国虽然在量子物理研究方面起步较晚，但是，随着我国科技水平的不断提高，我国在量子科学研究，特别是量子通信领域取得了多项突破，已在世界量子科学研究领域占据了一席之地。

2016年，我国量子科学技术的研究成就主要是在中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室取得的。在量子力学基本问题研究方面，研究人员首次通过实验检验了无相容性漏洞的Kochen-Specker（KS）量子互文性，在无漏洞量子互文性的实验检验方面迈出了重要一步，将对量子物理基本问题、量子态制备、量子态扫描和量子计算等研究产生重要的影响。研究人员创造性地开发出了超晶格系统，以及分辨率仅为1μm的超冷原子显微镜，并通过它们在世界上首次制备并测控了约600对呈现纠缠状态的超冷原子比特，为产生更大的多粒子纠缠态并进行基于测量的量子计算铺平了道路，迈出了量子计算技术的重要一步。研究人员在国际上首次实现了基于半导体量子点的高效率和高全同性的单光子源，综合性能达到国际最优，为实现基于固态体系的大规模光子纠缠和量子信息技术奠定了科学基础。此外，研究人员在新型量子比特编码方面取得了新进展，首次在砷化镓半导体量子芯片中成功实现了量子相干特性好、操控速度快、可控性强的电控新型编码量子比特，为探索半导体中极性声子和压电效应对量子相干特性的影响提供了新的思路。该实验室还与德国海德堡大学的研究人员合作，在国际上首次实现了对光晶格中超冷原子自旋比特纠缠态的制造、操控和探测，向基于超冷原子的可扩展量子计算和量子模拟迈出了重要一步。研究人员还研制出了非局域量子模拟器并验证了宇称-时间（Parity-Time，PT）世界中的超光速现象，首次揭示了非局域性在量子模拟中的重要作用，为量子模拟器的发展开辟了新的研究方向。

在量子纠缠制备研究方面，该实验室的研究人员成功制备出了世界上保真度最高（88.4%）的六光子纠缠态，并首次验证了六光子的量子非局域性，为多光子实验的保真度和亮度设立了新标准，将对量子通信网络、量子计算和量子物理基本问题的研究起到极大的促进作用。研究人员提出了一种新型的组合脉冲方法，通过精巧设计该组合脉冲的参数，不仅可利用动力学解耦技术抑制退相干效应，还能够大幅减弱操控场的噪声效应。此外，研究人员还进一步发展了量子最优控制方法，在固态自旋体系中实现了达到容错阈值的普适量子逻辑门，达到了目前固态自旋体系量子操控精度的世界最高水平。研究人员成功实现了两个存储单元之间的高维纠缠及多自由度的超纠缠。该项研究是我国在复杂量子纠缠态存储方面取得的重要突破，达到了国际领先水平。该实验室还在世界上首次成功实现了十光子纠缠，打破了之前由中国科学技术大学保持了多年的八光子纪录，再次刷新了多光子纠缠态制备的世界纪录。

在量子存储方面，该实验室在国际上首次成功实现了确定性单光子的多模式固态量子存储，并创造了100个时间模式的存储模式数世界纪录，为量子中继和全固态量子网络的实现奠定了坚实的基础。研究人员还采用冷原子系综在国际上首次成功研制出了百毫秒级高效量子存储器，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实的基础。

在量子器件开发方面，该实验室的研究人员首次以硅纳米光波导本征模式作为量子信息编码的新维度，研制出了硅基导膜量子集成光学芯片，实现了单光子态和量子纠缠态在偏振、路径、波导模式等不同自由度之间的相干转换，其干涉可见度均超过90%，为量子集成光学芯片上光子多个自由度的操纵和转换提供了重要的实验依据，为实现量子集成光学芯片中高维量子信息编码过程奠定了重要的基础。南京大学固体微结构物理国家重点实验室的研究人员研制出了迄今为止尺寸最小（14μm×14μm）的光量子控制—非门，向着实现光量子信息处理和量子计算芯片目标前进了一步。该量子逻辑门是世界上首个基于等离激元体系的具有光量子信息处理功能的量子器件，能够进行二比特量子操作，可作为光量子集成芯片上的基本运算单元。中国科学院西安光学精密机械研究所与加拿大魁北克国立科学研究所、香港城市大学、澳大利亚墨尔本皇家理工大学等单位合作，利用非线性微环谐振腔中横电波（TE）和横磁波（TM）模式间的自发四波混频效应，结合微环谐振腔的滤波选模作用，首次在集成光子芯片上产生了偏振纠缠光子对，为量子光通信和量子计算提供了新的思路和方法，将有效推动量子技术的发展。

在量子通信方面，中科院量子信息重点实验室的研究人员在实验上首次实现了零容量量子信道中量子信息的双向传输，并进一步验证了量子纠缠在这种装置下传输的可靠性，提供了一种在噪声信道中传输量子信息的有效方法，可用于不同量子系统的通讯和对接，为构建小型量子纠缠网络提供了新思路，也为丰富量子通讯理论框架提供了新的物理平台。中国科学技术大学与相关单位的研究人员合作，在20km光纤线路中实现了量子指纹识别，不仅在世界上首次突破了经典极限，也首次在实验中观测到了量子信道容量相比经典信道的优越性。中国科学技术大学与中科院上海微系统与信息技术研究所、清华大学、上海交通大学等研究机构合作，在合肥量子城域通信试验网上首次实现了预先纠缠分发的独立量子源之间的量子态隐形传输，为未来可扩展量子网络的构建奠定了坚实的基础。此外，由国家发展和改革委员会立项实施的大尺度光纤量子通信骨干网工程——量子保密通信“京沪干线”工程目前已开通。量子保密通信“京沪干线”从北京出发，经过济南、合肥，到达上海，全长2000余千米，利用这一高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，京沪两地的相关机构可以进行保密通信，包括电话、视频通话、电子邮件等，提高相关领域的通信安全性。

▲ “神威•太湖之光”超级计算机获得世界超算冠军

7 “神威•太湖之光”两度摘得世界超算冠军，超级计算研发及应用持续推进

在2016年11月14日公布的全球超级计算机500强（TOP500）榜单中，由中国国家并行计算机工程技术研究中心研制的“神威•太湖之光”超级计算机以较大的运算速度优势轻松蝉联冠军。在2016 年6月的排行榜上，“神威•太湖之光”横空出世，以每秒9.3亿亿次的浮点运算速度夺冠。该速度是原冠军我国“天河二号”的近3倍，更重要的是，“神威•太湖之光”采用国产核心处理器“申威26010”，实现了包括处理器在内的所有核心部件全部国产化，且“神威•太湖之光”的峰值计算速度和持续计算速度均位居世界第一位。此前，由国防科学技术大学研制的“天河二号”超级计算机已在TOP500榜单上连续六度称雄。

此外，在超级计算应用方面，由中国科学院软件研究所与清华大学、北京师范大学等单位合作完成的“千万核可扩展全球大气动力学全隐式模拟”项目获得了国际高性能计算应用领域最高奖——“戈登贝尔奖”。该项目提出了一套适应于异构众核环境的全隐式求解器算法，一方面可带来长时间数值模拟效率的提升，另一方面也可充分发掘“神威•太湖之光”的强大计算能力。“神威•太湖之光”自6月20日发布以来，国内外多个应用项目通过使用该超级计算机获得突破，已取得100多项应用成果，涉及气候气象、海洋、航空航天、生物、材料、高能物理、药物、生命科学等19个应用领域。首次获得超算应用最高奖，标志着我国研究人员正在将超级计算的速度优势转化为应用优势，表明我国超算取得速度优势的同时，在应用领域也正在不断缩小与世界先进水平的差距。

面向未来，2016年，天津超算中心联手国防科技大学启动了新一代百亿亿次超级计算机样机系统研制工作，目前已经取得了阶段性成果，预计2017年底研制成功。百亿亿次超级计算机也称“E级超算”，其将在解决人类共同面临的能源危机、环境污染和气候变化等重大问题上发挥巨大作用。另外，曙光信息产业股份有限公司、江南计算技术研究所也同时获批进行百亿亿次超算的原型系统研制项目，三头并进。我国预计在2020年建成并投用百亿亿次超级计算机。

8 高性能碳纤维国产化制备进程加快，多项技术获突破

高性能碳纤维材料在航空、航天等工业领域具有重要的战略意义。长期以来，我国高性能碳纤维都依赖进口，我国一直高度重视高性能碳纤维的国产化。2016年，我国建立了“碳纤维制备技术国家工程实验室”，持续推进碳纤维的工程化、产业化发展。此外，中国科学院宁波材料技术与工程研究所、哈尔滨天顺化工科技开发有限公司、江苏恒神股份有限公司等单位的高性能碳纤维国产化技术实现了突破，使我国打破了国外垄断，减轻了对国外高性能碳纤维产品的依赖，对于实现高性能碳纤维材料及产品的自主化生产具有重要意义。

2016年1月，由中科院山西煤炭化学研究所承担、中科院宁波材料技术与工程研究所、中科院化学研究所、中科院上海有机化学研究所等单位共同建设的“碳纤维制备技术国家工程实验室”完成验收。该实验室将使中科院多家研究所与企业和用户组织协同化，将碳纤维和配套材料等不同方向的试验平台、工程化生产线连为一体，促使碳纤维制备技术在用户需求的牵引下更快发展，加快碳纤维研发管理的工程化和社会化进程。

在高性能碳纤维制备技术方面，中科院宁波材料所在高强高模碳纤维国产化制备技术领域取得重大突破，制备的高性能碳纤维拉伸强度为4.86GPa，拉伸模量为541GPa，模量达到国外同类产品M55J（540GPa）的同时，其拉伸强度远优于M55J产品（4.02GPa），打破了国外在该领域的技术垄断并填补了国内技术空白。哈尔滨天顺化工科技开发有限公司在黑龙江省科技攻关重大项目“T700级碳纤维碳化中试生产线及工艺研究”的支持下自主设计和建设的5t/年碳纤维碳化中试生产线生产的TS700碳纤维抗拉强度和线密度不匀率均达到国际先进水平，打破了国内碳纤维市场长期依赖进口的局面。江苏恒神股份有限公司碳化生产线生产的T800S干喷湿纺碳纤维实现稳产量产，已具备年产1230t原丝和600t T800S碳纤维的生产能力。北京梦狐宇通竹纤维研究开发中心在航空级高性能碳纤维关键技术方面实现重大突破，所研发产品的性能超过美国M60产品现有技术指标，经国家重点实验室检测，拉伸强度高达3900MPa，拉伸模量达到900GPa，性能超过美国和日本同级别产品的技术指标，大幅降低了航空级碳纤维的生产成本，量产后可满足航天、汽车、风电等军用和民用领域的需求。北京特米纳特科技发展有限公司突破了航空级碳纤维新技术，可达到国际先进水平，开发的中间相沥青碳纤维具有超高模量、几乎零膨胀、高导热、生产稳定性好、可纺性好，以及灰分几乎为零等优点，可应用于航空、航天等领域。中复神鹰碳纤维有限公司千吨T800级原丝线正式投产，在国内率先实现了T800级碳纤维产业化。精业新兴材料有限公司千吨级高性能碳纤维生产线试生产成功。该生产线为全自动化生产，所产碳纤维产品达到了国际T700级碳纤维产品的性能指标，适用于航空、航天等领域的高性能碳纤维复合材料制备。此外，在特种碳纤维制备技术方面，江苏中天科技股份有限公司与中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研发出了大丝束镀镍碳纤维产品。该产品是以碳纤维为基底金属化后的产物，具有轻质、柔软、导电性好等特点。

在碳纤维应用方面，中国石化上海石油化工股份有限公司碳纤维齿轮工业化试用获成功。此次试用的碳纤维齿轮共有5组10个，由上海石化自产碳纤维经注塑、模压成型后制备而成，在其腈纶南装置完成了为期一年的工业化应用试用。试用结果表明，该齿轮性能优异，在绿色环保、节能减排、循环使用等方面表现优异。康得复合材料有限责任公司与康得新复合材料集团股份有限公司正在布局新能源汽车碳纤维零部件产业生态链，将为全球整车企业提供从设计、研发、样件试制、检测、小批量生产到大规模供货的全方位服务，打造全球唯一、规模最大、技术最先进的工业4.0版新能源汽车碳纤维部件产业生态链，引领我国碳纤维应用4.0时代的大潮。

9 3D打印技术和设备新成果涌现，3D打印应用硕果累累

在3D打印技术方面，中科院福建物质结构研究所牵头承担的福建省科技重大专项专题“3D打印关键技术及示范应用研发”项目通过验收。该项目突破了纳米复合增强、等离子球化纯化制粉、高功率光纤激光器、高精度大尺寸光固化3D打印设备系统集成、三维流道镶块3D制造技术等关键技术，在3D打印材料、激光3D打印设备、三维流道模具镶块等方面形成了一批具有自主知识产权的技术成果，研制出的纳米光敏树脂拉伸强度达到71.4MPa、拉伸模量达到3704MPa，特种不锈钢球形粉末球化率达99%以上、粒度小于5μm；光固化3D打印设备成型尺寸达到520mm×520mm×500mm、打印精度达到纳米级，构筑了从3D打印材料、器件、系统集成、打印设备到应用的全流程技术链，并成功实现了技术转移转化应用。该项目的完成将有效地支撑3D打印技术的产业化和市场化进程，对于促进我国制造业创新能力提升，推动我国实现从制造大国向制造强国的战略转变具有重要的意义。华中科技大学数字装备与技术国家重点实验室采用自主研发的金属3D打印新技术“智能微铸锻”成功打印出了具有锻件性能的高端金属零件。该技术结合了3D打印技术和锻铸技术，能够生产结实、耐磨的金属产品，打破了3D打印行业存在的最大障碍，有望开启人类实验室制造大型机械的新篇章。浙江工业大学的研究人员将3D打印与超音速冷喷涂技术相融合，提出了超音速激光沉积技术，结合超音速激光沉积技术和激光熔覆技术的优势，具有沉积效率高、温度低、成本低、性能高等优点。

在3D打印设备方面，中科院福建物构所的研究人员在国内首次突破了可连续打印的三维物体快速成型关键技术，开发出了3D超快打印机，其打印速度达到了创纪录的600mm/h，可以在6min内，从树脂槽中“拉”出一个高度为60mm的三维物体，而同样物体采用传统的立体光固化成型工艺（SLA）来打印则需要约10h，速度提高了约100倍。华中科技大学武汉光电国家实验室的研究人员研发出了采用4台激光器的大型SLM（选择性激光熔覆）金属打印设备。该装备深度融合了信息技术和制造技术等相关技术，由4台500W光纤激光器、4台振镜分区同时扫描成形。

在3D打印应用方面，中科院理化技术研究所的研究人员开创性地利用纳米级3D打印技术——超衍射多光子直写加工技术制备了聚合物三维Luneburg透镜器件，其大小仅相当于人类头发直径的1/2，首次将三维Luneburg透镜的工作波段从微波段推广至光波段，开辟了纳米级3D打印技术在微纳米器件领域中的全新应用。广西玉柴机器集团有限公司在其铸造集成式复合气缸盖砂芯组制造中采用了3D打印技术，集成式复合气缸盖组合砂型的缸盖上水套砂型、缸盖下水套砂型、进气道砂型和排气道砂型均采用3D打印技术制造。中国核动力研究设计院与南方增材科技有限公司合作研制的3D打印反应堆压力容器试件通过了技术鉴定。南方增材科技有限公司拥有自主研发的大型电熔3D打印设备，能够打印直径5.6m、长度9m、重300t的厚壁重型金属构件。南京航空航天大学的研究人员基于SLM成形技术制备出一种铝基纳米复合材料，用于激光增材技术领域，可有效解决铝基纳米复合材料在激光增材过程中工艺性能与力学性能不匹配，增强颗粒分布不均匀，以及陶瓷相与基材相之间润湿性较差的问题，所获得的产品具备良好的界面结合性能及优异的力学性能。

▲ 飞秒激光直写制备的微尺度光波段Luneburg透镜及其聚焦光场的表征分析结果

10 石墨烯制备技术继续发展，石墨烯应用领域不断拓展

我国长期重视石墨烯产业化及应用技术发展工作。中共中央、国务院印发的《国家创新驱动发展战略纲要》提出，发展引领产业变革的颠覆性技术，不断催生新产业、创造新就业；发挥纳米、石墨烯等技术对新材料产业发展的引领作用。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出，大力发展石墨烯、超材料等纳米功能材料。工信部网站公布的《建材工业鼓励推广应用的技术和产品目录（2016～2017年本）》涉及石墨烯粉体、石墨烯重防腐涂料等两项石墨烯技术和产品。此外，由四川聚能仁和新材料有限公司牵头，中国工程物理研究院成都科学技术发展中心等17家单位产学研联合组建的国家石墨烯材料产业技术创新战略联盟在成都天府新区成立，标志着石墨烯材料产业化及应用技术的研发已从各自独立研发向着集团式整体合作研发方式转型。

在石墨烯产业化技术方面，宁波墨西科技有限公司“年产500t石墨烯生产线技术改造及扩建工程项目”通过专家组验收，这标志着宁波墨西科技年产500t石墨烯生产线正式建成投产。随着这条生产线的启动，石墨烯的价格将大幅度下降。

在石墨烯应用方面，2016年，石墨烯锂离子电池的发展尤其引人瞩目。7月，东旭光电科技股份有限公司推出了世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”。据称，该产品采用石墨烯对磷酸铁锂正极进行了掺杂改性，提高了材料的导电性，可在15min内充满4800mAh容量的电池，且具有良好的高低温性能（工作温度范围-30℃～80℃），循环寿命可达3500次左右，其发布开启了石墨烯在能源领域的应用时代。12月，华为中央研究院瓦特实验室推出了业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池，在锂离子电池领域实现了重大研究突破。该石墨烯基高温锂离子电池利用石墨烯的导热性强化了电池的散热性能，可实现锂离子电池与环境间的高效散热。高温环境下的充放电测试结果表明，在同等工作参数下，该电池的温升比普通锂离子电池降低5℃；60℃高温循环2000次，容量保持率仍超过70%；60℃高温存储200天，容量损失小于13%，可以将锂离子电池上限使用温度提高10℃，使用寿命是普通锂离子电池的2倍。中国航发北京航空材料研究院石墨烯储能材料研发团队成功研制出了具有快速充电、长寿命、低发热等特性的新型石墨烯锂离子电池，并已实现了批量制备，即将走向市场应用。检测结果显示，在同等条件下，该新型石墨烯锂离子电池的充电时间仅为普通锂离子电池的1/10，但使用寿命可达普通锂离子电池的5倍，并且有效抑制了发热问题。此外，西北大学完成了批产量500kg的石墨烯改性石墨锂电负极材料工业化放大试验，产品性能达到了高性能石墨负极材料国家标准指标。同时，西北大学还制备出了多种超过1000mAh/g的石墨烯锂电池负极材料，达到了国际先进研究水平。在其它能源存储领域，中科院大连化学物理研究所的研究人员在柔性化、微型化石墨烯基超级电容器的研究中取得新进展，成功获得了二维噻吩纳米片与石墨烯叠层结构复合薄膜，并应用于高性能、柔性化、微型化超级电容器，开发出了具有高储能密度、柔性化、功能集成化的微型储能器件。

▲ “烯王”移动电源

11 动力电池材料及技术频现突破，为动力技术发展开辟了新的途径

2016年，我国在先进动力电池研发领域取得了多项新进展，特别是在锂离子电池电极材料和锂硫电池研发方面取得了多项突破性研究成果，促进了我国动力电池技术的发展。

在电池电极材料方面，北京大学深圳研究生院的研究人员在磷酸铁锂（LiFePO4）电极结构方面进行了研究，提出了软性碳导电剂（SCC）的概念。相比于硬碳导电剂，SCC能够与活性物质颗粒之间产生更大的接触面积，从而使电流分布和锂离子分布更加均匀，减少在充放电过程中正极材料的极化，显著提升材料的容量和倍率性能。此外，该院的研究人员还对锂电池三元层状NMC材料开展了系统研究，对锂的扩散机理及高低温性能进行了深入研究，发现NMC622具有最好的高低温性能，将为今后三元层状材料锂离子电池稳定性的优化提供重要的指导。四川大学的研究人员通过前向法合成了石墨烯包覆磷酸铁锰锂（LiMn0.5Fe0.5PO4）材料。该材料继承了前驱体Li3PO3的形貌，颗粒直径仅约为20nm，大幅缩短了锂离子的扩散距离，而石墨烯网络结构赋予了该材料良好的导电性能，因此，改善了材料的倍率性能，提高了材料的能量密度。北京理工大学的研究人员基于介孔碳技术开发了一种微孔-介孔中空碳微球高性能锂离子电池负极材料，其比表面积高达396m2/g，不仅具有高容量特性，还具有良好的循环性能和倍率性能。但目前该材料的制备成本过高，振实密度偏低，难以商业化应用，还需要进一步研究，降低成本，提高材料的性能。合肥工业大学的研究人员在具有微纳等级结构的宏观组装体材料结构设计及高性能锂离子电池负极材料的制备方面取得了新进展，实现了一种自支撑型二硫化钼-石墨烯复合薄膜的自组装设计和放大制备。该薄膜用于锂离子电池负极材料时，既可保证复合材料具有较高的压实密度，又可保证锂离子和电子在材料内部的快速输运，同时还能容纳硫化物材料在嵌脱锂过程中的体积变化。该复合负极材料将在以下一代锂离子电池为代表的储能系统中展现出良好的应用前景，并有助于发展面向未来的可持续能源技术。南京大学的研究人员设计了一种改进的聚二甲基硅氧烷（PDMS）纳米孔薄膜，有效提高了电池的库伦效率，在长期循环后其库伦效率仍能保持在95%以上，对于当前锂电池循环寿命的提高具有重要意义。

在锂硫电池研发方面，中国科学技术大学的研究人员利用微米级长度的碳纳米管研制了一种超厚三维石墨泡沫集流体结构（CNTUGF），无需使用粘结剂和导电剂，可将硫的含量提高至43%（2.4mg/ cm2的涂布密度）。同时，该电极结构能够有效抑制电极的衰降，在0.5C的倍率下，循环400次后，容量衰降率仅为0.063%/次。中科院理化技术研究所功能高分子材料研究中心的研究人员发展了一种在三维多孔碳（3DPGC）结构中原位制备并负载硫的新方法，使得硫在保持纳米分散的前提下，负载量达到了90%，创造了硫的最高负载量纪录，电极初始比容量高达1382mAhg-1；硫的原位负载还可形成碳硫键，经过1000次循环后，平均每次循环的容量衰减仅为0.039%，达到了当前的最高循环稳定性。此外，该材料在提高硫的负载及利用效率的同时，还提高了电极材料的充放电循环稳定性，为新一代锂离子电池电极材料的设计开拓了思路。中科院化学研究所的研究人员开发出一种独特的石墨化碳纳米笼结构的sp2型碳材料，并将其作为硫载体应用在高倍率长寿命锂硫电池中。该材料作为活性硫的

微型电化学反应器具有较大的孔体积，在高硫负载量（77wt%）情况下，不仅可以实现纳米硫的高效分散、充分发挥其电化学活性，还可以有效抑制多硫化锂的溶解穿梭，改善锂硫电池的循环性能。此外，该材料具有优异的高倍率性能。该材料结构的提出，为新型硫碳复合电极材料的合理设计拓展了思路，为开发高循环性能、高倍率性能锂硫电池，以及其它高效储能器件开辟了新的途径。

▲ 平台型机床i5M8

12 依托互联网技术构建智能制造系统平台逐渐成为数控机床行业新的发展方向

2016年，我国智能制造技术创新应用加快向系统集成应用迈进，以物联网为代表的“互联网+”与机床制造业的深度融合加快催生了多个智能制造系统平台。4月11日，沈阳机床集团股份有限公司推出了拥有完全自主知识产权、世界首创的平台型机床i5M8，展示了一个“中国制造”升级新范本。i5M8机床的控制系统使用沈阳机床集团股份有限公司自主开发的i5智能系统，依托互联网实现智能校正、智能诊断、智能控制、智能管理，实现了工业化、信息化、网络化、智能化、集成化的有效集成，使工业机床“能说话、能思考”，满足了用户的个性化需求，工业效率提升了20%，实现了“指尖上的工厂”，也是中国人首次用自己的智慧定义机床产品。

12月，秦川机床集团汉江数控机床远程诊断服务正式投入运行，技术人员仅需通过电脑键盘就能够对用户的机床进行故障诊断、设备维护调试，以及软件升级优化等，其效果如同车间现场用电脑调试机床一样，在有效降低产品售后服务成本的同时，也大幅提升了售后服务响应速度。

在“互联网＋”趋势下，在传统产品设计、销售渠道、服务方式和品牌概念等方面，将互联网因素植入传统制造业，实现互联网与制造业的融合，提高自动化、智能化水平将成为数控机床等高端制造装备发展的新方向。