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

近日，由教育部科技委組織評選的2020年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”結(jié)果揭曉。中國科學(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)’實現(xiàn)高倍率高容量鋰存儲 ”入選2020年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”。多領(lǐng)域技術(shù)（如電動汽車和5G通信）的進步對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。能量通過鋰離子與電極材料的化學(xué)反應(yīng)進出電池，電極材料對鋰離子的傳導(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)的邊緣開始發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，實測性能遠低于理論預(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)計策略，用于提高鋰離子的擴散速率。研究團隊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磷-碳共價鍵相連?；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，打開離子進入黑磷的通道。更進一步通過聚合物包覆優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)界面膜，使鋰離子能夠快速進入復(fù)合材料。材料在壓實密度1.49 g/cm3的條件下可在13 A/g的電流密度實現(xiàn)近500 mAh/g的儲鋰容量，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，并針對電芯結(jié)構(gòu)、熱管理和析鋰防護等進行優(yōu)化設(shè)計，將有望獲得能量密度達350瓦時/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，團隊將在基礎(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、《中國科學(xué)報》、《中國青年報》、《經(jīng)濟日報》、《解放日報》、央廣網(wǎng)等國內(nèi)媒體，英國The Independent（《獨立報》）、C&EN、EurekAlert、ChemEurpe、Phys.Org等國際主流媒體報道。固體界面共價鍵合的結(jié)構(gòu)設(shè)計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選的2020年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”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“中國高等學(xué)校十大科技進展”。

新一代飛船是面向未來載人登月及深空探測等需求而研發(fā)的新一代多功能天地往返運輸飛行器。新一代飛船要求具備第二宇宙速度的返回能力，同時承載更大的有效載荷，對返回艙熱防護結(jié)構(gòu)的輕量化、防隔熱、維形和長時間服役能力等方面提出了更為苛刻的要求，是未來載人登月并返回所面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(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隊歷經(jīng)十余年聯(lián)合創(chuàng)新攻關(guān)，提出了整體式連續(xù)纖維增強改性酚醛的多尺度有機-無機復(fù)合設(shè)計新方法，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、高焓值和長時間再入條件下輕質(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“長征五B”運載火箭的新一代載人飛船試驗船安全返航，試驗取得圓滿成功，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，熱防護系統(tǒng)整體減重30%以上，承受住了實際再入返回過程中近3000℃的高溫長時間燒蝕。新一代飛船防熱材料為我國自主設(shè)計和研制的新型材料，總體技術(shù)達到國際先進水平，將為未來載人登月和深空探測等任務(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“中國高等學(xué)校十大科技進展”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”研究項目入選。

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

毛軍發(fā)院士領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合團隊針對射頻集成電路EDA關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題和國家重大戰(zhàn)略需求，突破電磁和耦合多物理場高效分析設(shè)計的理論方法，研發(fā)出我國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、自動化綜合設(shè)計、多性能多功能協(xié)同設(shè)計等，主要性能指標領(lǐng)先國際主流軟件，已應(yīng)用于華為、中芯國際、中電科集團等近200家企業(yè)，為我國多個型號裝備研制發(fā)揮了關(guān)鍵作用?；瘜W(xué)加，加您更精彩。2019年11月至今在知識產(chǎn)權(quán)和工具鏈上形成完整布局，實現(xiàn)仿真設(shè)計業(yè)務(wù)上云，相關(guān)成果在IEEE Proceedings上發(fā)表綜述論文。

該項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)進步。相關(guān)成果登記計算機軟件著作權(quán)48個，獲重要獎勵11項。培育出我國第一家射頻電子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IC設(shè)計成就獎”。

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選的2020年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”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隊成果第2次入選該項目。

李德仁院士帶領(lǐng)團隊歷時十五年，圍繞我國高分遙感系統(tǒng)“好用”和“用好”的目標，在2020年高分辨率對地觀測系統(tǒng)（高分專項）收官之年，依托天空地多尺度高分遙感對地觀測體系取得了重要進展。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“卡脖子”技術(shù)難題和遙感信息實時智能服務(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，首次在軌實現(xiàn)了國產(chǎn)衛(wèi)星時敏目標實時定位與輻射校正、幾何校正等處理，利用夜光遙感技術(shù)評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。

高分辨率對地觀測是利用天空地高分辨率遙感手段獲取有效信息，滿足經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(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)國家核心競爭力。為了發(fā)展自主高分對地觀測體系，我國于2006年將高分專項列入了國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃。

山西大學(xué)“基于里德堡原子的微波電場精密測量”

由教育部科技委組織評選的2020年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”近日揭曉，山西大學(xué)激光光譜研究所賈鎖堂教授研究團隊的科研成果“基于里德堡原子的微波電場精密測量”入選。

本次入選的科研成果由賈鎖堂教授、肖連團教授、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。該團隊在國際上首次實現(xiàn)里德堡原子微波超外差接收機，極大提升了微波電場場強的探測靈敏度，提出基于可控原子體系的微波超外差測量新原理和新技術(shù)從根本上避免了經(jīng)典微波測量方法中自由電子隨機熱噪聲的影響。通過對原子量子狀態(tài)進行光學(xué)非破壞測量獲得微波的強度、頻率、相位等信息，可達到原子投影噪聲極限靈敏度。由于原子性質(zhì)穩(wěn)定，原子測量體系僅通過單次校準過程便可以將微波測量溯源到國際標準單位制，使得其在測量精度上相對于經(jīng)典測量系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢。

該科研成果引起了國內(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中國光學(xué)領(lǐng)域十大社會影響力事件”。該項技術(shù)的突破，將有助于推動微波電場精密測量領(lǐng)域的發(fā)展，在國防安全、微波通信、量子計量、電子信息等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

中南大學(xué)“空天運載裝備鋁合金環(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選的2020年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”揭曉。中南大學(xué)鐘掘院士主持完成的“空天運載裝備鋁合金環(huán)形構(gòu)件高性能制造方法與應(yīng)用”入選。

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

圖為研制成功的世界最大重型運載火箭?10米級整體貯箱過渡環(huán)

（部分高校尚未公布，待補充）

（以上介紹順序不分先后）

參考資料

[1] 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),我校成果入選2020年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”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“中國高等學(xué)校十大科技進展”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“中國高等學(xué)校十大科技進展”https://news.sjtu.edu.cn/jdyw/20210311/143007.html

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

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

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