《上海硅酸盐所“天宫二号综合材料实验装置”获首届“上海职工优秀创新成果奖”特等奖》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2019-05-13
  • 5月7日上午,首届“上海职工优秀创新成果奖”总结表彰大会在中国科学院上海高等研究院举行,上海市副市长吴清、上海市人民政府副秘书长陈鸣波等领导出席大会,上海市人大常委会副主任、上海市总工会主席莫负春讲话,上海市总工会党组成员、副主席周奇主持大会,上海市总工会党组副书记、副主席姜海涛宣读了《关于表彰2019年“上海职工优秀创新成果奖”的决定》,中国科学院上海硅酸盐研究所“天宫二号综合材料实验装置”获唯一一个特等奖,团队主要完成人艾飞正高级工程师、潘秀红副研究员、温海琴高级工程师代表项目团队领奖,并接受现场采访。  太空微重力条件是探索材料合成的本征规律、制备高性能材料或开发新材料的理想环境,近年来空间材料科学成为各航天大国抢占的技术高地之一,我国的航天计划高度重视材料研究,多次开展空间材料实验。20多年来,项目团队一直致力于空间材料科学实验装置的设计和研制工作,开发了返回式卫星空间高温晶体实验装置、神舟飞船多工位空间晶体生长炉、实践十号多功能材料合成炉等系列装备,成功开展了多批次太空实验,随着学科的发展,对实验装置提出了参数精确调控和人机操作交互等新需求。  项目团队在有限的空间资源约束中下发扬“能吃苦、能战斗、能攻关、能奉献”的航天精神,突破了苛刻资源条件下的高效加热等关键技术,综合能力达到国际先进水平。开发出国际上同类装置中首台可同时在大气和真空下可靠工作的发热结构,达到最高加热能效比,首次实现我国航天员在太空参与空间高温科学实验,通过系统测量研究揭示了空间高温实际温场效应。在天宫二号上,该装置圆满完成了18种材料样品的高温实验,这是我国单次空间飞行任务中材料数量和种类最多、实验时间最长的一次,实现了我国空间材料科学实验技术的跨越发展,提高了国际影响力,社会效益显著。该实验装置的机、电、热接口通用性强,相关技术在飞行器和地面的定向凝固装置中得到推广,并已应用于我国载人空间站高温材料科学实验系统的研制中。该项目获中国专利授权7项,颁布国家标准1项,报批国家标准2项,获得上海市标准化优秀技术成果二等奖。   据悉,“天宫二号综合材料实验装置”项目申报首届“上海职工优秀创新成果奖”,历经资格审查、初审、复评、终审答辩、委员会等级评定,从全市674项创新成果中脱颖而出,获最高荣誉“特等奖”。   目前,我国载人空间站建设在即,为此,项目团队正在全力设计和研制最新一代科学装备——高温材料科学实验柜。该实验系统聚焦于材料前沿科学问题和先进制备技术,拟在我国载人空间站上开展大规模、系列化的材料科学研究,有望在材料物理和化学基础理论探索、重要应用背景材料合成、新材料开发等领域取得新突破。

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  • 《上海硅酸盐所在碳纳米管/Cu2Se杂化热电材料研究中取得重要创新性进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:姜山
    • 发布时间:2017-09-22
    • 热电转换技术利用半导体材料的塞贝克( Seebeck)效应和帕尔贴( Peltier)效应实现热能与电能直接相互转化,具有系统体积小、可靠性高、不排放污染物质、有效利用低密度热量等特点,在很多领域具有广泛的应用。近年来,以 skutterudite, half-Heusler,类液态材料等为代表的单相热电材料的研究均取得了很大进展。但是,受制于自身的晶体结构和电子能带结构,单相热电材料的性能几乎均已接近甚至达到其理论极大值。 杂化材料( Hybrid material)是由二种不同物相在分子或纳米尺度均匀混合所构成的复合材料。一般来讲,杂化材料的一种物相为无机材料,另一种物相为有机材料。传统复合材料两相的尺寸在微米至毫米甚至更大尺度之间,因而物理性能往往显示简单的两相“复合法则”。由于杂化材料的两种物相在分子或纳米尺度之间均匀混合,因而显示出一些不同于两相基体的新物理特性。目前,杂化材料在涂层、生物医学、建筑、能源等领域都具有极其广泛的研究,在热电材料研究领域也有所尝试。然而,如何实现第二相的均匀分散,获得分子 /纳米尺度的两相界面以及其带来的新效应成为杂化热电材料研究的难点和重点。 最近,中国科学院上海硅酸盐研究所史迅研究员和陈立东研究员与南方科技大学何佳清教授、中国台湾中央研究院 Mei-Yin Chou教授,美国西北大学 Jeff Snyder教授等合作,利用金属 Cu原子与多壁碳纳米管之间的化学作用和高能球磨技术,成功制备了碳纳米管沿硒化亚铜 (Cu2Se)化合物晶界单根均匀分散的杂化热电材料,将热电优值大幅度提高至 2.4。该无机 -有机杂化热电材料完全不同于在毫米至微米尺度混合的传统复合热电材料,展现出了一系列有别于 Cu2Se和碳纳米管的新的物理性质,丰富和拓宽了热电材料的设计理念。 碳纳米管表面由于自由 ? 电子的存在而具有很高的化学活性。第一性原理计算发现,当金属 Cu原子与碳纳米管表面接近时,会产生很强的化学作用。当 Cu原子距离碳纳米管表面六元环中心位置 1.83 埃时,所形成的化学键的键能为 0.24 eV。这使得在利用高能球磨技术将碳纳米管、单质 Cu粉和单质 Se粉混合时,一部分 Cu原子可以化学吸附于碳纳米管表面,进而与 Se原子反应,在碳纳米管表面原位生成 Cu2Se纳米晶,最终获得碳纳米管在 Cu2Se基体中单根均匀分散的 Cu2Se/碳纳米管无机 -有机杂化材料。 由碳纳米管和 Cu2Se两种物相所构成的新型杂化热电材料在很多物理性能上超越了传统复合材料中简单的两相“复合法则”。例如,虽然碳纳米管沿轴向的晶格热导率(约 2000 W/mK)比 Cu2Se高约 4个数量级,但是 Cu2Se/碳纳米管杂化材料的晶格热导率却远低于两相基体,仅为 0.2-0.4 W/mK。进一步研究发现,碳纳米管 /Cu2Se形成的分子 /纳米尺度上的两相界面对低频声子的散射以及碳纳米管对 Cu2Se晶格的“软化”是造成如此低晶格热导率的根本原因。另外,由于碳纳米管和 Cu2Se具有相近的功函数,使得两相界面处的电荷耗尽层宽度并不足以导致对载流子的额外散射,因此 Cu2Se/碳纳米管杂化材料的载流子迁移率并没有像传统复合材料一样出现明显降低。综合这些反常的电 -热输运性质, Cu2Se/碳纳米管杂化热电材料表现优异的热电性能。在 1000 K时,其最高热电优值 zT为 2.4,较 Cu2Se基体提高了约 30%。 除 Cu原子之外,计算表明其它多种金属原子(如 Ag, Ti, Ni, Pd, Pt等 )也与碳纳米管、石墨烯等碳基材料存在类似的化学作用。因此,该研究可以拓展至其它包含上述金属元素的热电材料体系以开发新型的高性能无机 -有机杂化热电材料。 相关研究成果发表于 Energy & Environmental Science杂志 (DOI: 10.1039/C7EE01737E),并申请了中国发明专利。 该研究工作得到了国家 973计划,国家自然科学基金,中国科学院重点研究项目,上海优秀学科带头人、中国科学院青年创新促进会等的资助和支持。 链接: http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ee/c7ee01737e#!divAbstract
  • 《上海硅酸盐所召开“关键电子材料与器件协同创新中心”启动会》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-04-29
    • 3 月 31 日,中国科学院上海硅酸盐研究所召开“关键电子材料与器件协同创新中心”启动会。上海硅酸盐所所长宋力昕,所长助理、科技发展部部长闫继娜,科技综合处副处长刘军、高技术处副处长周林、科技产业处处长韩金铎、质量处处长夏天然,信息功能材料与器件研究中心副主任王根水、刘志甫、林慧兴,结构陶瓷与复合材料工程研究中心副主任曾宇平,相关课题组负责人等出席会议,会议由闫继娜主持。 电子材料与器件是现代电子与微电子技术的基础,是信息产业发展的关键,已被列入国家中长期科技发展规划。“关键电子材料与器件协同创新中心”集聚信息功能材料与器件研究中心、结构陶瓷与复合材料工程研究中心、特种无机涂层中心和人工晶体研究中心的 10 个课题组的相关科研力量,将充分发挥上海硅酸盐所长期从事电子材料与器件研究开发而形成的深厚学术积累、技术沉淀和人才资源,联合优势力量瞄准我国关键电子材料与器件领域的核心科学与技术问题开展联合攻关,以提高关键电子材料与器件质量和可靠性,抢占关键电子元器件与材料领域的科技制高点。中心将重点推动高功率电子元器件及关键材料、大功率半导体用高导热陶瓷基板、大功率微波器件及关键材料、高频毫米波用基板及关键材料等的技术开发和应用。“关键电子材料与器件协同创新中心”主任由王根水研究员担任,副主任由曾宇平研究员、刘志甫研究员和刘学超研究员担任。 宋力昕宣布中心成立并介绍中心创建的宗旨理念。他谈到,中心的首要任务是梳理和凝练我国关键电子元器件核心材料的重要科学技术问题,以应用需求为牵引,在探索材料新结构在关键电子元器件领域创新应用的同时,提出并解决前沿基础科学问题。同时,他希望青年科研骨干依托协同创新中心搭建的发展平台,继承和发扬求实敬业、攻坚克难的老一辈科学家精神,优势互补、协同合作,争取研发出更多具有国际影响力的关键电子元器件核心材料。 王根水研究员介绍了中心成立的背景、发展目标及愿景。中心成员进一步就中心未来发展的宗旨、方向、机遇、现有的问题及重大项目策划、定期交流机制等方面展开热烈讨论。