序言:2011年6月欧洲工商管理学员发布了全球创新指数2011对世界上125个国家创新能力进行评估和排名,中国的创新指数排在第29名。比2010年的第43位有了显著的上升,我国成为唯一创新指数前30名的发展中国家。同时,也说明了我国近年来在科技成果方面取得的骄人成绩。但是,在科技创新方面,我们还存在着许多问题,主要是科技成果产业化率同发达国家相比严重偏低。
总结我国粉体行业的科技发展情况,以纳米和石墨烯的研发和应用研究最为活跃,因此,现仅就我国纳米领域、石墨烯相关的研发成果做一个简单的总结,希望对业内人士了解我国纳米产业技术发展现状有一定的帮助。
在粉体设备领域,经过我国粉体企业的潜心研究和反复试验,有一些新产品问世,现将部分有代表性的产品做简要的介绍,供业内人士交流。
近年来我国纳米技术发展如火如荼,取得了丰硕的成果。我国纳米领域取得的成果十分抢眼,很多技术达到了国际领先水平,从材料的制备到应用领域的研究都有很多可圈可点之处。因此,现仅就我国纳米领域的研发成果做一个简单的总结,希望对业内人士了解我国纳米产业技术发展现状有一定的帮助。
中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)的表面物理国家重点实验室赵继民副研究员在进行表面及纳米体系的超快光学研究中,采用飞秒超快激光法制备银纳米结构,改进了国际上现有的方法,通过改变分子大小实现了改变银纳米孔直径的大小,制备出直径1.6nm的银纳米孔,印证了提出的物理机制的正确性并拓展了应用前景。迄今为止,国际上没有其它top-down实验方法可以实现这样小尺寸的金属的纳米结构。
徐红星研究组的博士生张顺平和魏红博士等研究发现:在均匀的介质环境中,不同模式的金属纳米线表面等离激元的相干叠加可以产生手性(左旋或右旋)的表面等离激元,使光场能量绕着纳米线螺旋地向前传播。金属纳米线手性表面等离激元可用于设计宽带可调的纳米圆偏振光光源,即纳米尺度的1/4波片,可用于在纳米尺度上探测光与手性物质(如单个手性分子、单个DNA和蛋白分子的手性部分等)之间的相互作用。
中科院合肥物质科学研究院固体所在二氧化钛纳米管的生长研究方面取得新进展。固体物理所的尹亮亮博士等研究人员发明了一种新的高电压阳极氧化法,通过控制电解液中供氧物种(水)的扩散过程,实现二氧化钛纳米管的快速生长(生长速率高达130 微米每小时)。同时,研究发现二氧化钛纳米管的直径随着偏压的升高而出现极大值,纳米管的生长速度和管径可以分别调控。
中科院合肥物质科学研究院固体所孟国文小组在用模板法构筑多代分支形貌的晶态硅纳米管、晶态硅纳米管与金纳米线组成的分支形貌的异质纳米结构、以氧化铝为壳层的纳米电缆等异质复杂一维纳米结构方面取得新进展。
西安交通大学化学物理研究所博士生杨涛、王巍巍、党静霜等同学在赵翔教授指导下,运用物理第一原理的方法系统深入地研究了多种功能碳纳米材料富勒烯体系的几何结构、电子结构以及相应的物理与化学性质,发现了在碳笼内部的两个金属原子之间存在着极强的化学键合作用,并构成了一个新奇的金属-金属共价键。这类稀土金属富勒烯包合物有望成为并被广泛地应用为新型的功能分子器件。
5月30日获悉,中国科学院兰州化学物理研究所先进润滑与防护材料研究发展中心复合润滑材料研究组采用简单方法成功制备出粒度均匀的聚四氟乙烯纳米微球,并获得国家发明专利授权。与现有方法相比,该生产工艺简单,且纳米微球粒度较为均匀。
中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王强斌课题组在采用单源前躯体法控制合成金属硫化物纳米材料以及性质研究方面取得了一系列重要进展。他们建立了一种热分解二乙基二硫代氨基甲酸盐的方法,可以简单、高效地制备不同种类的金属硫化物纳米材料,并且可以实现对其形貌、大小和化学组成进行充分的调控。
国家纳米科学中心刘前课题组在分级纳米结构研究领域取得重要进展。课题组把形核和生长进行分离,并人为地引导晶核的排列,制作出具有可控周期的网格结构和嵌套网格结构。这种结构用常规的纳米加工技术是无法制作的,因此它可以看成一种非光刻的纳米加工方法。N2DONW具有很大的比表面积,因此在催化剂载体、电化学储氢、忆阻器件以及晶体外延引导的纳米加工等领域有潜在的应用前景。
上海交通大学物理系“先进光子学材料和物理”实验室陈险峰教授课题组在近年来对二氧化钛纳米管阵列结构的制备进行大量研究的基础上,进一步探索了这种材料在光电子学方面的应用,获得了纵向周期结构二氧化钛纳米管,首次获得了彩色的二氧化钛纳米管薄膜,这种薄膜显示了分布于整个可见光波段的光子禁带。在纳米尺度上实现对光子和光电子的调控对各种功能器件的实现具有重要意义,研究小组提出的这种新型的纳米结构材料可以和二氧化钛本身的特性相结合,在光电子学方面具有重要的应用前景。
大连丽昌新材料有限公司自主研发出的小粒度三维导电纳米合金包覆负极材料系列产品及专属添加剂。该“纳米合金包覆负极材料”突破锂电池关键技术,可以让大连在全球电动车关键性新材料市场供应链上取代日本,从而在世界处于领先地位。
近年来,石墨烯受到国内外市场的热捧,国际上有关石墨烯的研发成果层出不穷。我国虽然拥有丰厚的石墨资源,但是国内市场而言,石墨烯行业量产仍处于摸索阶段,除了科研院校的实验使用外,企业也多数是处于小试或者中试阶段,并没有形成规模性产业发展。
尽管,我国科研工作者对石墨烯研究的热情很高,对石墨烯的认识较以往也有较大的深入,但就目前情况而言,与国际水平尚有较大差距。现将今年我国与国际石墨烯的研究成果做了简单的总结,希望与业内人士共勉。
国际研究成果举例
2011年2月,由英国、美国和韩国研究人员组成的国际研究小组宣称,他们发明了一种新方法,可快速、高效地将石墨等特殊材料制成只有一个原子厚的纳米微片,该方法成本低廉,并可进行规模化工业生产,有可能导致一场新电子和储能技术革命。
美国北伊利诺伊大学的科学家在2011年6月出版的《材料化学》杂志上发表论文称,他们发现了一种可大规模生产石墨烯的简单方法:通过在干冰中燃烧纯金属镁的方式就能够直接将二氧化碳转化成多层石墨烯(厚度小于10个原子)。这种合成工艺具有生产大量多层石墨烯的潜力,且方法简单、环保且成本低廉。
美国物理学家组织网10月17日报道,美国科学家表示,他们研发了一种人工合成高质量石墨烯的技术。加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)电子和计算机工程系教授考斯塔弗?巴纳吉领导的研究团队研制出的最新合成技术能提供高质量且均质的石墨烯。这一过程不仅可进行扩展,还能控制最终得到的石墨烯的层数——单层还是双层,有望为下一代电子设备的研制铺平道路。
2011年11月消息,韩国科研人员制造出了一种以可伸缩的透明石墨烯作为基底的新型晶体管。这种新型石墨烯晶体管具有可被整合至其他材料的优势,只需在室温下通过印刷过程就能实现,无需真空或高温等苛刻的条件,大大简化了制造技术。这些系统的性能已远远超越了以传统材料作为基底的系统。
2011年6月份,美国普渡大学研究人员研究出一种能够改善石墨烯单晶体阵列的制造方法,使其实现类似于硅晶生产的方式与品质。研究人员利用化学气相沉积法,在含有甲烷的气室中从铜箔上的石墨烯“种子”生长出六角形的单晶体。使用这些种子,可以使其生长出成千上万十分规律的石墨烯单晶体阵列。他们表示希望这些新发现能够得到重视,并考虑将有序阵列视为制造电子元件的一种可能方法。
2011年10月份,美国麻省理工学院及哈佛大学的研究人员发现,石墨烯可以对光产生不同寻常的反应,在室温和普通光照射下,就可以发生热载流子效应,产生电流。这一发现不仅为石墨烯再添新奇属性,更有希望使其在太阳能电池、夜视系统、天文望远镜及半导体传感器等应用领域发挥作用。
2011年9月消息,蒙纳士大学材料工程系的李旦博士利用石墨和水组合在一起,制造出一个能量存储系统,产生媲美锂离子电池的储能效果,并且能在几秒钟内充满电,拥有几乎无限长的使用寿命。这种新材料高速、可靠、低成本,有可能成为下一代超快速能量存储系统的基础。
国内研究成果举例
东南大学物理系海归教授王金兰课题组与香港理工大学丁峰教授,从理论上论证了在较低温度下切割单壁碳纳米管制备石墨烯纳米带的可行性。研究结果显示,在氢气环境下,有可能在低于500K的温度下实现单壁碳纳米管的纵向切割,从而获得窄的可控的石墨烯纳米带。
沈阳材料科学国家(联合)实验室的成会明、任文才带领的石墨烯研究团队采用兼具平面和曲面结构特点的泡沫金属作为生长基体,利用CVD方法制备出具有三维连通网络结构的泡沫状石墨烯材料。该研究团队提出的以多孔金属作为生长基体是石墨烯CVD生长的一条新思路,可实现高质量石墨烯的大量制备,也为具有特定结构、性能和应用的石墨烯三维体材料的制备提供了一个基本策略。这种石墨烯三维网络体材料不仅具有极低的密度、极高的孔隙率和高比表面积,而且还具有石墨烯优异的电学、热学、力学性能,为石墨烯在柔性导电、导热、热管理、电磁屏蔽、吸波、催化、传感及储能材料等领域的应用奠定了坚实基础。
2011年9月消息,中科院合肥物质科学研究院等离子体所低温等离子体应用研究室王祥科研究员和中科院化学研究所胡文平研究员合作,成功制备出分散性均匀的功能化石墨烯材料并对该材料进行磺酸化处理,实现了对持久性有机污染物的有效去除。据悉,该技术不需要化学试剂,可简化制备过程,且该过程是环境友好的,但是成本较高。

德国莱驰Camsizer XT 干湿两用多功能粒径及形态分析仪
干湿两用多功能粒径及形态分析仪(Camsizer XT)是德国RETSCH(莱驰)在Camsizer获得巨大成功后推出的新款粒度及粒形分析仪。该仪器在药品、化学粉末、催化剂、金属和矿物粉末等应用领域广泛应用,可以采取不同的分散模块,得到粒度大小、分布、球形度等综合信息。
干湿两用多功能粒径及粒形分析仪CAMSIZER XT 大幅度提高粉体质量控制范围,在1μm-3mm范围内实现真正的全量程准确测试。其原理基于Camsizer 的双CCD 镜头,但更优化细颗粒。
Camsizer XT 具有独特“X change”模块提供三种测量方式:“X flow”干法模块适应于不结块的流畅的颗粒可与自动进样器联用;“X Jet”气流分散进样模块可对结块的颗粒调压、加速和分散;“X wet”湿法分离模块通过超声对液体中的颗粒进行分散。
该产品的技术优势:
1.更优化的专利双CCD镜头,提供最高的分辨率和准确的焦距。
2.可靠监测最小量的超大颗粒和超小颗粒。
3.可选择干法模块、气流分散进样模块及湿法分析模块,满足更多的应用需求。
4.测量时间短(1~3min),分析重现性好。

桂林鸿程推出自主研发专利产品HC2000大型磨粉机
桂林鸿程矿山设备制造有限责任公司拥有多年的磨粉机制造经验和技术,是雷蒙磨粉机系列产品企业中的领先企业。
随着用户需求的不断增加和磨粉机技术的不断创新,桂林鸿程的磨粉机专家多年来不断寻求技术突破和创新,经过十几年的不懈努力,公司自主研发了HC2000型大型磨粉机。该磨粉机是在市场调研的基础上,统计分析国内外大量磨机用户的使用情况与建议,在原专利产品——HC1700纵摆大型磨粉机的基础上创新设计的新型磨粉机,涵盖5项发明专利,填补了我国大型摆式磨粉机的空白,扩展了摆式磨粉机的应用领域。
HC2000大型磨粉机技术优势:
1.该设备是由整体铸造,主机底座、回风箱上没有螺丝、螺帽,密封性好、不漏粉,收尘效果好。
2.设备采用开路系统,脉冲收尘效率更高,且设备不需要旋风管道,不仅节约了成本,也提高了收尘效率。
3.电控柜采用变频控制,自动化程度高。
4.整机功率仅是比同系列产品HC1700磨粉机的高出100kw左右,但产量却是HC1700的两倍多,是一款更高效节能的设备。
5.易损件磨辊、磨环、铲刀的材料均为更加耐磨的高烙铁,使用寿命延长。

山东华特研制出世界第一台 “节能环保强制油冷却立环高梯度磁选机”
2011年11月5日,山东华特磁电科技股份公司研制开发的世界第一台“节能环保强制油冷却立环高梯度磁选机”新产品现场鉴定会在安徽省凤阳县召开。会议由中国机械工业联合会、山东省科技厅、山东省经信委联合组织,来自中南大学、北京科技大学、长沙矿冶研究院等国内相关大学、科研单位和行业内的专家、客户共计140余人参加了会议。
经鉴定,该产品具有诸多优势:
1.该产品采用变压器油强制循环冷却,线圈采用真空浸漆,绝缘性好,全密封结构,适应环境能力强。
2.线圈之间形成独立的循环油道,散热效率高,使磁选机线圈温升≤25℃;循环油冷却采用智能控制,风冷却器参数随着磁选机温升变化实现自动调整,磁场冷热态差异小,磁势利用率高,使同等磁场强度时励磁功率降低20%、线圈成本节约20%。
3.磁介质创新性采用齿形或多边形截面的棒介质结构,磁场梯度大,感应磁感强度高,达1.9T。
4.采用变压器油冷却,与同规格立环水冷式机比,年节水量达8万立方米,节能、环保,创新解决了传统水冷却线圈内部易结垢影响散热和线圈长期使用漏水易烧毁的缺陷,设备可靠性高。
5.经用户使用,物料除铁率高,创造了良好的经济社会效益。
“节能环保强制油冷却立环高梯度磁选机”由山东华特磁电科技股份公司历时三年时间自行研制开发,可广泛应用于非金属矿加工铁杂质提纯,亦可用于弱磁性矿开采选矿,属国内外首创,技术达到国际领先水平。该产品是国家产业政策鼓励发展的矿山机械产品,已申报和授权国家专利5件。

马尔文Mastersizer 3000超高速智能粒度仪亮相中国市场
2011年9月14日,英国马尔文仪器有限公司隆重发布了该公司的新产品——Mastersizer 3000超高速智能粒度分析仪,并将其在2011年9月份的第九届国际粉体工业/散装技术展览会上展出,得到了广泛的关注与认可。Mastersizer 3000在光路系统、分散系统、检测器系统以及配套软件等方面的创新设计和革新工艺,使其在最小的空间内涵盖了最全面的性能,并能够为用户提供了快速而精确的测量体验。
Mastersizer 3000的技术优势主要包括以下几点:
(1)测量范围更宽(10 nm~3.5 mm),在亚微米范围上具有出色的分辨率,且无需更换镜头。
(2)准确度和仪器间的重现性均优于1%,其数据采集速率高达10 kHz,提高了可重复性,并确保了粒度分布最宽材料的准确性。
(3)全新的折叠式光路系统设计,使其在最小的空间中包含了最全面的性能,其光学平台跨距仅690 mm。
(4)最先进的Aero S干粉分散附件可确保分散各种类型的干粉材料,无论是易碎粉末还是易团聚或稳定材料。
(5)全新的Hydro湿法分散附件系列均可通过样品管通道内置的在线式超声波实现高效快速分散。
(6)Mastersizer 3000软件简单、直观而又强大,支持个性化的测量设置、数据呈现,并内置数据质量评估工具,能在测量过程中的每一个步骤为用户提供支持。

麦克公司AutoChem II 2920吸附仪发布
AutoChem II 2920是美国麦克仪器公司在其研发的AutoChem系列研究级高性能全自动程序升温化学吸附仪产品的基础上,经过几代升级演变而推出的新产品。自AutoChem II 2920发布至今,它已经成为全球各个著名大学以及研究结构的首选仪器。其中不乏中国知名学府和研究院,华东理工、华南理工、天津大学、复旦大学、厦门大学、北京科技大学、北京工业大学、北京化工研究院、中石化石油化工科学研究院、中科院大连化物所、中海油天津化工研究院、兰州石油化工研究院、上海石油化工研究院等等都是AutoChem II2920的用户。
美国麦克仪器公司AutoChem系列研究级高性能全自动程序升温化学吸附仪问世以来,凭借其过硬的技术优势引领着化学吸附技术发展方向,解决用户化学吸附测试中的难题,并逐渐成为化学吸附分析的领导者。
AutoChem II 2920具有如下技术特征:
1.4个内部温度控制区可独立加热,最高达250 ℃(TCD)。这样可以防止气体在流动过程中凝结与吸附。
2.小体积的内部管路保证了高分辨率与快速探测器响应,并在计算气体体积时减少错误。
3.高度敏感的线性热传导检测器(TCD)确保校准体积在整个峰范围内保持恒定,从而峰面积与反应气体体积成正比关系。
4.四个高精度的质量流量控制器提供非常准确、可程序控制的气体流量控制,保证了稳定的基线和气体体积的准确测定。
5.镀金TCD具有超强抗氨腐蚀性和抗氧化性,从而尽可能降低检测器损耗。
6.开合式加热炉能加热石英样品反应器到1100℃。可设定任意数量的升温速率和内置方法,方便定制的实验。KwikCool功能冷却炉可使炉内温度迅速下降到环境温度,减少分析时间,提高测试量。
7.分别用于制备、载气和LOOP气的十二路进气口允许连接更多的气体,进行更为复杂的实验,例如TPR / TPO循环。
8.质谱仪端口和集成软件允许同时在热导检测器和质谱仪上进行检测。
9.蒸汽发生器允许蒸汽吸附反应,例如吡啶、苯和水。
10.CryoCooler冷浴槽可以在-110℃低温条件下开始进行反应,满足贵金属催化反应研究。
11.同时AutoChem II 2920也可以根据客户实际需要进行各种定制。
济南微纳仪器公司研制成功世界首台大颗粒计数器
济南微纳仪器公司研发团队成功研制出世界上第一台Winner大颗粒计数器, 该产品采用遮光原理对气体活透明液体中的大颗粒(粒径400um~5cm)进行测量,填补了国内该项目研究的空白。该计数器体积小,在对大颗粒进行连续、高速、精确、稳定地不接触测量的同时得到大颗粒的浓度和粒径分布,性能超过其他相似性能的分级设备。
该产品的性能特点:
1.世界首创的大颗粒技术器。
2.粒径数值精确,分辨率高(优于100um)。
3.测量速度快,流量大。
4.非接触式测量。
5.与分级设备相比,具有样品需求少,体积少,代表性强等特点。
