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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)“黑磷復(fù)合材料的‘界面重構(gòu)’實(shí)現(xiàn)高倍率高容量鋰存儲(chǔ) ”

近日，由教育部科技委組織評(píng)選的2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”結(jié)果揭曉。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)主導(dǎo)完成的“黑磷復(fù)合材料的‘界面重構(gòu)’實(shí)現(xiàn)高倍率高容量鋰存儲(chǔ) ”入選2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”。多領(lǐng)域技術(shù)（如電動(dòng)汽車(chē)和5G通信）的進(jìn)步對(duì)具有快充能力的高能量密度電池需求日益迫切，然而高能量密度和快充能力難以兼得。能量通過(guò)鋰離子與電極材料的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)出電池，電極材料對(duì)鋰離子的傳導(dǎo)能力是決定充電速度的關(guān)鍵。

圖1：黑磷（紫色）、石墨（灰色）邊界鍵合結(jié)構(gòu)示意圖

黑磷是白磷的同素異形體，特殊的層狀結(jié)構(gòu)賦予它很強(qiáng)的離子傳導(dǎo)能力和高理論容量，是極具潛力的滿足快充要求的電極材料。然而黑磷容易從層狀結(jié)構(gòu)的邊緣開(kāi)始發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，實(shí)測(cè)性能遠(yuǎn)低于理論預(yù)期。我校季恒星教授與合作者提出了一種嶄新的“復(fù)合材料界面重構(gòu)”設(shè)計(jì)策略，用于提高鋰離子的擴(kuò)散速率。研究團(tuán)隊(duì)利用高能球磨的辦法將黑磷和石墨的層狀結(jié)構(gòu)撕裂，在層狀結(jié)構(gòu)的邊界暴露出的磷、碳原子相結(jié)合使黑磷和石墨納米片通過(guò)磷-碳共價(jià)鍵相連?；瘜W(xué)加，加您更精彩。這種結(jié)合誘導(dǎo)黑磷和石墨肩并肩平行排列，打開(kāi)離子進(jìn)入黑磷的通道。更進(jìn)一步通過(guò)聚合物包覆優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)界面膜，使鋰離子能夠快速進(jìn)入復(fù)合材料。材料在壓實(shí)密度1.49 g/cm3的條件下可在13 A/g的電流密度實(shí)現(xiàn)近500 mAh/g的儲(chǔ)鋰容量，穩(wěn)定循環(huán)2000次。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這款材料的大規(guī)模生產(chǎn)，找到匹配的正極材料及其他輔助材料，并針對(duì)電芯結(jié)構(gòu)、熱管理和析鋰防護(hù)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將有望獲得能量密度達(dá)350瓦時(shí)/千克并具備快充能力的鋰離子電池。在一技術(shù)的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)將在基礎(chǔ)研究層面和規(guī)模制備技術(shù)方面繼續(xù)探索。

研究成果于2020年10月9日發(fā)表在《Science》上，該工作被新華社、《中國(guó)科學(xué)報(bào)》、《中國(guó)青年報(bào)》、《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》、《解放日?qǐng)?bào)》、央廣網(wǎng)等國(guó)內(nèi)媒體，英國(guó)The Independent（《獨(dú)立報(bào)》）、C&EN、EurekAlert、ChemEurpe、Phys.Org等國(guó)際主流媒體報(bào)道。固體界面共價(jià)鍵合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略為基于已有電化學(xué)體系提高電極倍率性能，解決電池能量密度和功率密度相互掣肘的難題提供了全新的思路。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)“新一代飛船輕質(zhì)多尺度抗燒蝕防熱復(fù)合材料技術(shù)”

由教育部科技委組織評(píng)選的2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”近日揭曉，我校主導(dǎo)完成的“新一代飛船輕質(zhì)多尺度抗燒蝕防熱復(fù)合材料技術(shù)”入選2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”。

新一代飛船是面向未來(lái)載人登月及深空探測(cè)等需求而研發(fā)的新一代多功能天地往返運(yùn)輸飛行器。新一代飛船要求具備第二宇宙速度的返回能力，同時(shí)承載更大的有效載荷，對(duì)返回艙熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的輕量化、防隔熱、維形和長(zhǎng)時(shí)間服役能力等方面提出了更為苛刻的要求，是未來(lái)載人登月并返回所面臨的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)瓶頸之一。

航天學(xué)院復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所與北京衛(wèi)星制造廠有限公司研究團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十余年聯(lián)合創(chuàng)新攻關(guān)，提出了整體式連續(xù)纖維增強(qiáng)改性酚醛的多尺度有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合設(shè)計(jì)新方法，發(fā)明了近室溫前驅(qū)體陶瓷原位聚合和微納多孔結(jié)構(gòu)自生成工藝，解決了高熱流、高焓值和長(zhǎng)時(shí)間再入條件下輕質(zhì)防熱材料的多組元結(jié)構(gòu)協(xié)同抗氧化燒蝕技術(shù)難題，獲得了極端環(huán)境下防熱材料的寬溫域燒蝕邊界條件和使用極限，實(shí)現(xiàn)了直徑近5m的超大尺寸三維異形連續(xù)編織物整體成型防熱大底、側(cè)壁和頭罩的仿形制造，建立了新型輕質(zhì)多尺度抗燒蝕防熱復(fù)合材料的理論體系和生產(chǎn)工藝規(guī)范。

2020年5月8日，搭載“長(zhǎng)征五B”運(yùn)載火箭的新一代載人飛船試驗(yàn)船安全返航，試驗(yàn)取得圓滿成功，新型輕質(zhì)多尺度抗燒蝕防熱復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)異的氣動(dòng)外形穩(wěn)定性、抗氧化燒蝕和隔熱性能。與傳統(tǒng)防熱材料相比，熱防護(hù)系統(tǒng)整體減重30%以上，承受住了實(shí)際再入返回過(guò)程中近3000℃的高溫長(zhǎng)時(shí)間燒蝕。新一代飛船防熱材料為我國(guó)自主設(shè)計(jì)和研制的新型材料，總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，將為未來(lái)載人登月和深空探測(cè)等任務(wù)提供重要技術(shù)支撐。

上海交通大學(xué)“射頻集成電路EDA關(guān)鍵技術(shù)與工具”

2021年3月4日，2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”揭曉。上海交大毛軍發(fā)院士領(lǐng)導(dǎo)的“射頻集成電路EDA關(guān)鍵技術(shù)與工具”研究項(xiàng)目入選。

射頻集成電路指工作在射頻頻段的集成電路，是無(wú)線通信、雷達(dá)探測(cè)、智能傳感等重要領(lǐng)域的基礎(chǔ)。但在其電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)與工具方面的不足是制約我國(guó)射頻技術(shù)與產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展的一個(gè)痛點(diǎn)。

毛軍發(fā)院士領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)針對(duì)射頻集成電路EDA關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題和國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，突破電磁和耦合多物理場(chǎng)高效分析設(shè)計(jì)的理論方法，研發(fā)出我國(guó)首套系列化射頻集成電路EDA商用軟件工具，功能涵蓋射頻電路電磁和多物理特性建模仿真、自動(dòng)化綜合設(shè)計(jì)、多性能多功能協(xié)同設(shè)計(jì)等，主要性能指標(biāo)領(lǐng)先國(guó)際主流軟件，已應(yīng)用于華為、中芯國(guó)際、中電科集團(tuán)等近200家企業(yè)，為我國(guó)多個(gè)型號(hào)裝備研制發(fā)揮了關(guān)鍵作用。化學(xué)加，加您更精彩。2019年11月至今在知識(shí)產(chǎn)權(quán)和工具鏈上形成完整布局，實(shí)現(xiàn)仿真設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)上云，相關(guān)成果在IEEE Proceedings上發(fā)表綜述論文。

該項(xiàng)工作走出了一條射頻集成電路EDA技術(shù)與工具自主可控的創(chuàng)新突圍之路，引領(lǐng)了學(xué)科發(fā)展與行業(yè)進(jìn)步。相關(guān)成果登記計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)48個(gè)，獲重要獎(jiǎng)勵(lì)11項(xiàng)。培育出我國(guó)第一家射頻電子EDA商用工具提供商芯和半導(dǎo)體科技（上海）有限公司，該公司2019年獲“中國(guó)IC設(shè)計(jì)成就獎(jiǎng)”。

武漢大學(xué)“天空地遙感數(shù)據(jù)高精度智能處理關(guān)鍵技術(shù)”

由教育部科技委組織評(píng)選的2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”結(jié)果揭曉，武漢大學(xué)李德仁院士牽頭完成的“天空地遙感數(shù)據(jù)高精度智能處理關(guān)鍵技術(shù)”入選。這也是李德仁院士團(tuán)隊(duì)成果第2次入選該項(xiàng)目。

李德仁院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)十五年，圍繞我國(guó)高分遙感系統(tǒng)“好用”和“用好”的目標(biāo)，在2020年高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)（高分專項(xiàng)）收官之年，依托天空地多尺度高分遙感對(duì)地觀測(cè)體系取得了重要進(jìn)展。研究成果解決了衛(wèi)星遙感全球高精度定位、空地遙感高精度定位定姿兩個(gè)“卡脖子”技術(shù)難題和遙感信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)的關(guān)鍵性科學(xué)難題，應(yīng)用在高分系列衛(wèi)星在內(nèi)的40余顆衛(wèi)星處理系統(tǒng)中，首次在軌實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星時(shí)敏目標(biāo)實(shí)時(shí)定位與輻射校正、幾何校正等處理，利用夜光遙感技術(shù)評(píng)估新冠病毒疫情防控中復(fù)工復(fù)產(chǎn)從南到北的變化規(guī)律，取得顯著成效。

高分辨率對(duì)地觀測(cè)是利用天空地高分辨率遙感手段獲取有效信息，滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和大眾民生的需求，代表了科學(xué)前沿、信息產(chǎn)業(yè)的新方向，體現(xiàn)國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力。為了發(fā)展自主高分對(duì)地觀測(cè)體系，我國(guó)于2006年將高分專項(xiàng)列入了國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃。

山西大學(xué)“基于里德堡原子的微波電場(chǎng)精密測(cè)量”

由教育部科技委組織評(píng)選的2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”近日揭曉，山西大學(xué)激光光譜研究所賈鎖堂教授研究團(tuán)隊(duì)的科研成果“基于里德堡原子的微波電場(chǎng)精密測(cè)量”入選。

本次入選的科研成果由賈鎖堂教授、肖連團(tuán)教授、張臨杰教授、景明勇博士、胡穎教授、馬杰教授及張好副教授共同完成。該團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)里德堡原子微波超外差接收機(jī)，極大提升了微波電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的探測(cè)靈敏度，提出基于可控原子體系的微波超外差測(cè)量新原理和新技術(shù)從根本上避免了經(jīng)典微波測(cè)量方法中自由電子隨機(jī)熱噪聲的影響。通過(guò)對(duì)原子量子狀態(tài)進(jìn)行光學(xué)非破壞測(cè)量獲得微波的強(qiáng)度、頻率、相位等信息，可達(dá)到原子投影噪聲極限靈敏度。由于原子性質(zhì)穩(wěn)定，原子測(cè)量體系僅通過(guò)單次校準(zhǔn)過(guò)程便可以將微波測(cè)量溯源到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位制，使得其在測(cè)量精度上相對(duì)于經(jīng)典測(cè)量系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

該科研成果引起了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究人員的極大興趣，也獲得了媒體廣泛關(guān)注，于2020年12月30日入選了“2020中國(guó)光學(xué)領(lǐng)域十大社會(huì)影響力事件”。該項(xiàng)技術(shù)的突破，將有助于推動(dòng)微波電場(chǎng)精密測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展，在國(guó)防安全、微波通信、量子計(jì)量、電子信息等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

中南大學(xué)“空天運(yùn)載裝備鋁合金環(huán)形構(gòu)件高性能制造方法與應(yīng)用”

3月4日，由教育部科技委組織評(píng)選的2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”揭曉。中南大學(xué)鐘掘院士主持完成的“空天運(yùn)載裝備鋁合金環(huán)形構(gòu)件高性能制造方法與應(yīng)用”入選。

鐘掘院士團(tuán)隊(duì)與中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院、西南鋁等單位通力合作，攻克了世界最大長(zhǎng)征九號(hào)重型運(yùn)載火箭?10米級(jí)整體貯箱過(guò)渡環(huán)、武器筒段制造重大技術(shù)難題，大幅提升空天運(yùn)載工具結(jié)構(gòu)整體性能水平，研究成果可用于多型號(hào)空間運(yùn)載裝備，應(yīng)用于多家空天裝備材料與構(gòu)件制造企業(yè)，為我國(guó)空天運(yùn)載提升提供了重要支撐。

圖為研制成功的世界最大重型運(yùn)載火箭?10米級(jí)整體貯箱過(guò)渡環(huán)

（部分高校尚未公布，待補(bǔ)充）

（以上介紹順序不分先后）

參考資料

[1] 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),我校成果入選2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”http://news.ustc.edu.cn/info/1055/74422.htm

[2] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，我校成果入選2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”http://news.hit.edu.cn/2021/0312/c1510a220879/page.htm

[3] 上海交大毛軍發(fā)院士成果入選2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”https://news.sjtu.edu.cn/jdyw/20210311/143007.html

[4] 武漢大學(xué)成果入選2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”http://news.whu.edu.cn/info/1015/63699.htm

[5] 山西大學(xué),我?？蒲谐晒脒x教育部中國(guó)高校十大科技進(jìn)展https://news.sxu.edu.cn/sdyw/e43c636f9061410a913c937f050a31ce.htm

[6] 中南大學(xué)鐘掘院士團(tuán)隊(duì)科研成果入選2020年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”http://news.csu.edu.cn/info/1002/148279.htm