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      教育部重點實驗室年度報告(2016年1月—— 2016年12月)2018年9月11日
      批準立項年份 2000 通過驗收年份 2001 教......

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      國際材料科學領域基礎研究的最新成果-其他特種功能材料

      發布時間:2012-06-07    瀏覽次數:13150

      介孔材料:高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室在介孔材料方面的研究取得突破。介孔材料研究是一項國家自然科學基金重點項目。在介孔主客體復合材料應用于生物醫藥領域,如藥物儲藏與控制釋放、藥物靶向傳輸載體材料等研究中,課題組已取得了一系列突破。該研究項目榮獲由500多名院士投票評選的2005年中國十大科技進展之一。最近課題組利用介孔空心球的空心核與介孔殼的貫穿孔道,以及聚電解質具有環境響應的特點,通過層層自組裝技術,使包裹在介孔空心球外層的聚電解質,對pH值或離子強度等條件產生結構性能的響應,實現對介孔孔道的封堵與開放,從而起到藥物控制釋放的“開關”作用,為該成果在藥物及其他控制釋放領域的實際應用做準備。
      介電材料:(1)閔乃本等完成的“介電體超晶材料的設計、制備、性能和應用”項目,將超晶格概念推廣到介電材料,研制成周期、準周期和二維調制結構介電體超晶格。他們深入研究了。與彈性波在介電體超晶格中的傳播、激發及其耦合效應,從新效應、新機制的理論預言到材料制備、實驗驗證、原型器件研制進行了系統性的原創工作。該成果榮獲2006年度國家自然科學獎一等獎。(2)鈮酸鹽微波介電陶瓷及其制備方法。發明了一類用于微波元器件及陶瓷電容器或溫度補償電容器的高介電常數陶瓷,該陶瓷以(Ba1-ySry)3-x(LasNdtBiu)1+xTixNb3-xO12為主相,其中0.00≤x≤2,0.00≤y≤1,s+t+u=1,采用相應的方法制備,本陶瓷燒結良好,高頻介電常數達到30~90,損耗低,諧振頻率溫度系數小,在工業上有著極大的應用價值。專利申請號為200510018196.8
      壓電材料:(1)以(001)取向的片狀SrBi4Ti4O15為模板材料制備織構化壓電陶瓷。武漢理工大學發明了一種織構化壓電陶瓷及制備方法。該陶瓷主要化學組成是Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3,其中x=0.429~0.538,含有3~.20wt%的(001)取向的片狀SrBi4Ti4O15模板材料,具有(001)取向的片狀SrBi4Ti4O15的形貌。制法是:先將Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3粉體加入無水乙醇和丁酮的混合溶劑中,同時加入分散劑,混合球磨,然后加入SrBi4Ti4O15模板材料,同時加入粘結劑和塑性劑,再混合球磨,將所得漿料除泡后流延成型,干燥后疊層壓制成型。樣品經過冷等靜壓后升溫排塑,在聚乙烯醇水溶液中浸泡后二次加壓,氬氣氣氛下熱壓燒結后,再于空氣氣氛下燒結,制得織構化壓電陶瓷。本法制備的織構化壓電陶瓷,且具有更高的壓電常數。專利申請號為200510018295.6。(2)一種織構鈮酸鹽無鉛壓電材料及其制備方法。一種織構型鈮酸鹽無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法。該陶瓷的主要化學組成是 (K0.44Na0.52Li0.04)(Nb0.84Ta0.10Sb0.06)O3,其中摻入1~30vol%的(001)晶面取向片狀SrTiO3模板材料。制法為:先將KHCO3,NaHCO3,Li2CO3,Nb2O5,Ta2O5以及Sb2O5粉料按化學計量比配料,加入乙醇球磨,然后烘干;烘干后的物料加入黏結劑壓成塊狀預燒;預燒后粉碎研磨后,加入溶劑、分散劑和塑性劑,球磨后加入粘結劑再球磨,加入SrTiO3模板材料后攪拌得漿料,除泡后流延成型,干燥后疊層壓制成型;樣品經過冷等靜壓后升溫排塑,然后在氬氣氣氛下熱壓處理,再于空氣氣氛下燒結,即制得織構化鈮酸鹽無鉛壓電陶瓷。該陶瓷的壓電性能得到較大幅度的提高。專利申請號為200510018834.6。
      絕緣材料:金屬在高壓下轉變為寬帶隙絕緣體。吉林大學超硬材料國家重點實驗室馬琰銘教授與德國馬普所Eremets教授和瑞士蘇黎世高工Oganov教授等科學家合作,在高壓下堿金屬鈉的結構相變研究上取得突破性進展,發現金屬鈉在200萬大氣壓轉變為“透明”的寬帶隙絕緣體。這一成果發表在2010年3月12日最新一期的Nature雜志上(DOI: 10.1038/nature07786)。學術界一直認為:高壓可以有效縮短材料的原子間距,導致材料的價帶和導帶展寬,進而使絕緣體(或半導體)的價帶和導帶發生重疊,發生絕緣體--金屬相變,或使金屬的價帶和導帶重疊程度進一步增大。馬琰銘教授及其合作者發現,金屬鈉在高壓下竟然轉變為寬帶隙絕緣體,這一發現對經典高壓理論提出了挑戰,為高壓理論的進一步發展帶來了契機。馬琰銘教授首先從理論上預言:堿金屬鈉在超高壓下將轉變為寬帶隙的絕緣體,絕緣體鈉具有簡單而獨特的晶體結構—c軸高度壓縮的雙六角密堆結構。這是第一次在元素單質中發現這種結構。通常,堿金屬在高壓下會發生電荷轉移。鋰的s電子轉移到了p軌道, 鉀,銣和銫的s電子轉移到了d軌道,而鈉的電荷轉移非常特殊,其s電子卻轉移到了p和d軌道,p和d電子的雜化形成了鈉的雙六角密堆晶體結構。令人驚奇的是:絕緣體鈉的芯電子云之間發生了高度交疊,鈉原子的所有價電子受芯電子排斥而高度局域在晶格間隙之中,這些在間隙中“凍結”的價電子完全失去了自由電子的特性,使金屬鈉變成了絕緣體鈉。絕緣體鈉的電子特性與最近發現的新型電子化合物Electride非常相似,陽離子鈉處于晶格的格點上,晶格間隙中高度局域的價電子扮演著陰離子的角色。此時芯電子對原子間化學成鍵產生了重要影響,從而導致了反常的壓致金屬--絕緣體相變。合作者德國Eremets教授課題組利用高壓原位光學測量、高壓同步輻射X射線衍射和高壓拉曼實驗證實了馬琰銘教授理論預言的金屬—絕緣體相變。該工作由吉林大學、德國馬普所、瑞士蘇黎世高工、美國芝加哥大學等單位合作完成,吉林大學超硬材料國家重點實驗室是第一作者和通訊作者單位。該研究工作得到了科技部973計劃的資助。馬琰銘教授于2001年在吉林大學超硬材料國家重點實驗室獲得博士學位并留校工作,于2002年和2006年先后到加拿大和瑞士進行訪問研究。近年來馬琰銘教授課題組在高壓下凝聚態物質的電子和結構相變、以及高壓下的新現象、新效應等方面獲得了系列進展,以第一及通訊作者發表多篇高水平文章,其中Nature 1篇,Physical Review Letters 2篇,Physical Review B 16篇,Applied Physics letters 2篇,Journal of Chemical Physics 2篇。馬琰銘教授還同國內外課題組合作發表其它高壓研究領域文章Nature 1篇,Physical Review Letters 3篇,PNAS 1篇,Physical Review B 12篇。
      摩擦材料:摩擦材料研究取得新成果。2005年金屬材料強度國家重點實驗室柴東朗教授主持研制的新型鋁基摩擦材料最近通過國家汽車質量監督檢驗中心檢測。檢測結果表明:該新型摩擦材料的耐磨損性能是國標指標的5~10倍,其摩擦系數在20~350℃溫度范圍內穩定,不存在已往摩擦材料的摩擦系數隨溫度升高而減小的“熱衰退”現象,并且散熱性能良好。另外,該材料同時具有良好的自潤滑性能,對輪轂的磨損率低于國標指標的5倍左右。該材料制備工藝簡單,耗能少,其成本低于目前汽車上使用的半金屬摩擦材料。在軍、民用重、輕型汽車及其他運輸工具的制動系統上有廣闊的應用前景和市場。

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