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中科院新材料成果推荐20200724

果1.纳米加工平台:6寸微纳加工研发平台、8寸微纳系统工程中心

中科院苏州纳米所纳米加工平台是集微米、纳米加工和检测手段于一体,具有先进的、有特色的加工装备的公共服务平台。该平台具有开发微纳电子器件、微纳光电子器件、微纳光机电系统、生物传感器及生物芯片等多功能的技术支撑体系;具有孵化器功能,为企业提供全方位开放的服务体系。纳米加工平台主要是由“关键共性技术”、“公共技术支撑平台”以及“产业化支撑体系”三个部分组成,“关键共性技术”是对制约我国高水平器件研制的高可靠性,稳定性等关键问题展开研究,提升我国纳米器件的原始创新水平和极限能力;“公共技术支撑平台”包括化合物半导体外延片制备、器件设计、工艺加工、测试、器件封装和设备研发于一体的公共服务平台。“产业化支撑体系”包括知识产权运营、孵化器和加速器建设、人才培训、产业基金运营等内容。

自2009年1月开放至今,纳米加工平台不断创新和提升,形成一套科学的公共平台管理体系,已成为全国开放程度最高的研发服务平台,年平均服务相关领域用户500多家,其中不仅包括纳米所和中科院内的课题组,还包括来自于全国各地高校的课题组和大量的企业客户,覆盖了微电子、通信、传感器、光电子、芯片、半导体装备和材料等高科技行业,在我国微纳米加工领域实现了巨大的辐射效应。

8寸工程中心于2018年5月正式投入运行,将推动我国核心器件的产业化和人工智能等创新应用的快速发展;8寸工程中心是纳米加工平台在“十三五”期间建设的重点项目,主要瞄准高端智能传感器等新型半导体器件,面向国内科研院所和企业开展工程化加工服务;8寸工程中心基于中科院纳米加工平台在微纳加工领域多年的技术积累,采用标准工艺和质量控制体系进行运营,实现产品的工程化管控。


果2.三元正极材料高安全改性项目

磷酸锰铁锂材料相比传统的磷酸铁锂材料,在具有同样的高安全性与长循环寿命的同时,还具有更高的工作电压,同等条件下其电池的能量密度相比磷酸铁锂电池高约20%,可以取代磷酸铁锂材料应用于电动大巴与储能电池;另一方面,将磷酸锰铁锂材料与三元材料复合使用能够在不影响压实与能量密度的前提下,大幅提高其安全性能并降低成本,具有重大的市场应用价值。

    经过近2年的中试研发,本项目成功实现了小粒径磷酸锰铁锂材料的量产,并发展了对三元材料表面改性的量产方案。本项目生产的磷酸锰铁锂材料一次颗粒粒径60-80纳米,0.2C比容量>150mAh/g,1C比容量>140mAh/g,循环寿命优于1000次。基于该材料,通过表面包覆改性和浆料改性两种方案,对三元材料进行表面改性,在不影响极片压实密度、电池能量密度、循环寿命与倍率特性的前提下,大幅提高三元材料的安全性,均已通过针刺、过充等验证。同时,该方案能够显著降低三元材料价格,有助于动力电池价格的降低,推动动力电池的应用。目前正在准备二期扩产事宜,拟建成年产1000吨产线。



果3.仿生合成骨修复用纳米复合材料

中科院苏州纳米所该项目产业化团队基于目前国内外金属材料在骨科医疗器械中遇到的瓶颈和严重的医疗事故等问题,设计、研发、生产新一代非金属骨科专利生物材料。新材料的基本特点是:(a)具有与自然骨质匹配的力学性能;(b)有与自然骨质匹配的生物相容性;(c)具有与自然骨质匹配的生物活性。除了具有以上作为生物材料的优秀品质之外, 新的专利材料的所有物理力学性能都已经超越的目前所有高性能工程高分子材料:高杨氏模量、硬度、耐高温、耐酸耐碱、高耐磨性能。此外新材料具有优异的可加工性能:可以像金属一样加工,可以像陶瓷一样精细研磨。因此,新的专利材料除了医学领域的应用之外,将作为具有优越机械和力学性能的新一代工程材料为许多行业所用。



果4.植物提取蛋白用于皮肤创伤修复

中科院苏州纳米所该项目产业化团队目前有两个专利国际专利和数项国家发明专利, 即以大豆提取物为创伤修复材料,生产活性创伤修复产品。专利产品利用了天然植物的成分:a)大豆中有伤口愈合关键成分:Isoflavones和Phytoestrogens;b)大豆中有多种豆蛋白辅助并保护伤口愈合成分,促进自然再生。

这些活性成分可有效扩张血管,降低血压;对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌有显著的抑菌作用。具有抗氧化作用。可以抑制酪氨酸蛋白激酶的活性,抑制血小板凝聚,阻止平滑肌细胞增殖;可溶性蛋白是重要的渗透调节物质和营养物质;能提高细胞的保水能力,对细胞的生命物质及生物膜起到保护作用;可以增加细胞渗透浓度和功能蛋白的数量,有助于维持细胞正常代谢;沿着它的肽链骨架,含有很多极性基,所以具有吸水性、保水性和膨胀性。

    实验结果表明,该植物源生物材料有促进皮肤修复过程中毛囊的生成,对创面皮肤全功能的恢复有着显著的促进作用。


果5.高性能纳米涂层技术 

高性能纳米涂层技术通过创新的涂层设计思路和制备方法,把最新的纳米技术运用到传统的热喷涂技术中,创造性的开发出纳米涂层技术,这种新型的纳米涂层拥有常规涂层材料所不具备的优良性能。2011年,该技术通过中科院专家的鉴定,被认为具有“国际先进水平”。纳米涂层具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、结合强度高、韧性极高等特点。通过对零部件表面进行纳米涂层改性,可以显著提高产品质量与性能,极大延长使用寿命;可以对失效部件、损坏产品进行高质量的修复,达到整旧如新、整旧胜新的效果。基于此技术开发的多种产品已经用于机械、汽车零部件、模具再制造、钢铁冶金、石油化工、半导体等行业,其性能和效果得到市场的广泛认可。纳米涂层技术的成功开发解决了钢铁冶金、化工、矿山开采设备及船舶、泵阀制造等行业对在高温、强腐蚀、高耐磨条件下使用防护材料的难题,显示了巨大的市场前景。

技术应用范围:

1.开发新产品:

对零部件表面进行纳米涂层改性,可以使零部件延长使用寿命,提升产品的性能。对一些零部件采用低成本的基材,再进行表面纳米涂层,在保持产品性能的情况下,大幅度降低成本。目前我们已经开发的产品包括汽车零部件、高耐磨泵阀、高导热散热材料等高性能产品。

2.替代电镀:

电镀是污染很严重的工艺,纳米涂层技术在一些零部件生产上可替代目前的电镀技术,不仅从根本上消除电镀造成的环境污染,而且能提高产品性能,延长产品使用寿命3-4倍。另外,可彻底解决目前对大尺寸工件进行电镀的难题。

3.再制造:                             

再制造是对废旧零部件进行高质量修复,达到修旧利废、整旧如新、整旧胜新的目的。再制造工程高度契合国家构建循环经济、节能减排和可持续发展的战略需求。通过对零部件表面进行纳米涂层改性,可以对失效部件进行高质量的修复。与制造相同质量的新件相比,再制造技术能节约70%的原材料,节能60%,而成本只有原来的30%。纳米涂层技术在高附加值关键零部件的再制造方面具有广阔的应用前景。目前我们已开发了炉辊、LCD行业底极板、汽车凸轮轴、模具等再制造产品,经济效益明显。