新型陶瓷與精細工藝團隊（4項）
1、人工非線性光學材料
成果簡介：近日，清華大學材料學院周濟教授課題組在物理學頂級期刊《物理評論快報》（PhysicalReviewLetters）上發表題為「由電磁耦合超構分子產生的人工非性」（ArtificialNonlinearityGeneratedfromElectromagneticCouplingMeta-molecule）的研究成果。該成果基於經典電磁學理論，利用超構材料思想，提出了一種全新的人工光學非線性材料。
光學非線性是一種強光與物質相互作用產生的普遍性的物理效應，已在雷射技術、光通訊和光信息技術等顛覆性技術領域發揮了至關重要的作用。然而，由於缺乏描述自然非線性過程的清晰物理圖像，非線性光學材料的探索長期處於定性或半定量階段。實現一種可精確預測和精準設計的人工光學非線性材料，成為一個極具挑戰且富有前景的課題。
成果中提出的人工材料基於一個巧妙設計的人工超構分子（metamolecule）內部電場和磁場的耦合，打破了材料物理環境的空間對稱性，從而實現了人工設計的光學非線性。其非線性完全源於人工超構分子，而無需自然光學非線性材料參與，因此可以通過改變人工結構，對所產生的光學非線性進行精確的設計和調控。這一全新的人工理論，使得光學非線性具有了前所未有的設計自由度，將極大的促進新一代光源及光信息技術的快速發展。
應用領域：非線性光學透鏡和非線性全息等新技術領域。
2、高儲能密度無鉛反鐵電陶瓷材料
成果簡介：儲能材料與器件是近年來功能材料領域的研究熱點，其中具有高儲能密度和高可靠性的電介質儲能材料在高能脈衝功率技術等領域有著幾乎不可替代的應用。具有雙電滯回線特徵的反鐵電儲能材料一直備受關注，但過去的研究主要集中在鋯鈦酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)體系。基於在鈮酸鹽基無鉛壓電陶瓷研究方面的長期工作，李敬鋒教授課題組對鈮酸銀（AgNbO3）的反鐵電性及其儲能特性開展研究，發現Ta摻雜可以調控AgNbO3的相變，顯著提升介電擊穿強度和反鐵電性，其最大可釋放儲能密度達到4.2J/cm3，比純AgNbO3提升了260%，且在20-120℃內可釋放儲能密度的變化幅度維持在±5%以內。
3、高抗張無滷阻燃矽橡膠
成果簡介：本項目研發而成的該產品除具有較好的物理機械性能，拉伸強度可以高達10MPa。阻燃性可達到國家標準GB/T13488-92所規定的FV-0級。燃燒後的煙氣：低煙、無滷、無磷氮、無重金屬、無毒、無害，安全級別達到高分子材料的最高安全級別ZA1級，對人不會造成二次傷害。使用溫度：－70℃～200℃；環保標準：RoHS。
技術特點：具有很強的阻燃性，膠料可任意著色。應用領域：該產品適用於製造具有阻燃性和絕緣性的電子、電氣製品，如電視機中的高壓帽，顯像管楔子等。
本項目專利情況：申請中。
合作方式：專利轉讓、專利許可、其他形式。
4、陶瓷化矽橡膠
成果簡介：瓷化矽橡膠拉伸強度可以達到9MPa。在遇到明火時，可以在600~1000℃轉化為無機的陶瓷材料，這種聚合物陶瓷材料具備了陶瓷的絕緣、隔熱、隔火、隔水、抗震、熱失重小等優點：在遭遇火災情況下能夠把絕緣層轉化成堅硬的陶瓷體，從而起到很好的阻燃、耐火、防火、隔火的作用。
技術特點：
1、本產品瓷化矽橡膠拉伸強度大，可達9MPa；
2、燃燒後的煙氣：低煙、無滷、無磷氮、無重金屬、無毒、無害，煙氣毒性安全級別達到高分子材料的最高安全級別ZA1級；
3、膠料可以任意著色，使用溫度：－70℃～200℃，環保標準：RoHS。
應用領域：主要用於生產高、中、低壓耐火電線電纜。本項目專利情況：申請中；合作方式：專利轉讓、專利許可、其他形式。
先進材料團隊（4項）
5、CeO2基NH3-SCR脫硝催化劑及納米CeO2製備技術
成果簡介：NH3-SCR技術是固定源和移動源脫硝最有效的手段，目前商業V2O5-WO3-TiO2催化劑存在著釩組分有毒的問題，催化劑後處理代價較高，項目研發的CeO2固體酸催化劑具有類似的脫硝性能，而且低溫活性更好，具有無釩無毒的特點。通過製備具有核殼結構的CeO2固體酸催化劑，可以有效提高催化劑的抗硫中毒性能和水熱穩定性。
技術特點：ZP/CZ脫硝催化劑的水熱穩定性、抗鹼/硫中毒性能；ZP/CZ催化劑表面的NH3-SCR反應機理；硝酸銨在催化劑表面的催化分解是催化劑具有高活性的關鍵。
應用領域：火電廠、鋼鐵廠、玻璃廠、垃圾焚燒爐、船舶鍋爐的廢氣脫硝。
本項目專利情況：國內發明專利：一種CeO2基SCR催化劑及其製備方法.201410368155.0。
合作方式：專利轉讓、專利許可、其他形式。
6、石墨烯基多孔碳材料及其在超級電容器中應用技術
成果簡介：碳材料是超級電容器應用的主要電極材料，其主要缺點在於能量密度較低，而且密度低，從而最終導致器件的體積能量密度低。用於超級電容器的電極材料不僅要求比表面積大，而且要有合適的孔徑分布。項目團隊開發得到一種具有高體積能量密度石墨烯基多孔碳材料及其製備方法，可得到高密度石墨烯基多孔碳材料，從而實現器件層面上體積能量密度的提升。
技術特點：
（1）密度大：0.6~1.6g/cm3；
（2）具有多孔結構：比表面積達到300~1100m2/g；
（3）高的體積比電容：水系電解液下最高可達到350-400F/cm3；
（4）高導電率以及高的機械強度；
（5）製備方法簡便、成本較低且易於放大、材料結構易於調控等優點。
應用領域：超級電容器，拓展超級電容器在消費電子、通訊、醫療器械、國防、軍事裝備、交通等領域的應用，特別是在電動汽車和混合電動汽車、可再生能源發電系統/分布式電力系統、變頻驅動系統的能量緩衝器，具有廣闊的市場前景。
本項目專利情況：
國際專利：
（1）HIGH-DENSITYHIGH-RIGIDITYGRAPHENEPOROUSCARBONMATERIALANDPREPARATIONMETHODANDAPPLICATIONTHEREOF，13823871.2
國內發明專利：
（1）高密度高硬度石墨烯多孔炭材料及其製備方法和應用，201210255166.9
（2）石墨烯基三維宏觀體及其製備方法與應用，201510843582.4
（3）石墨烯基複合材料的製備方法，201310283526.0
（4）石墨烯基複合電極材料及其製備方法，201510642057.6
合作方式：專利轉讓、專利許可、其他形式。
7、新型可商用化鈉離子電池碳負極材料以及電池應用技術
成果簡介：鈉離子電池經歷了數十年的研究，但是至今仍未實現產業化突破，主要原因之一是缺少可滿足商用化性能和成本需求的碳負極材料。項目團隊以特定的商業化硬碳材料為基礎，通過表面改性和結構控制，獲得具有產業化能力和高性能特點的新型負極材料，首次庫倫效率顯著提升、比容量較高且循環穩定性優異。目前，已經形成了完整的硬碳材料製備、結構調控和表面改性工藝，具有較大的商業化前景。
技術特點：
（1）以商用碳材料為基礎，通過易於量產的改性方法，即可獲得容量大於260mAh/g，首次效率大於85%和長循環壽命的鈉離子電池負極材料；
（2）通過複合等工藝可獲得新型鈉離子電池碳基複合材料，容量大於500mAh/g。應用領域：鈉離子電池，大規模儲能系統，例如新能源存儲、儲能電站、智能電網、電動交通工具等領域。
本項目專利情況
國內發明專利：
（1）鈉離子電池電極材料、電極及電池，201510999992.8
（2）鈉離子電池電極材料、其製備方法及電池，201510991631.9
合作方式：專利轉讓、專利許可、其他形式。
8、石墨烯的低成本規模製備及導電添加劑應用技術
成果簡介：本項目提出了基於氧化石墨低溫化學解理的石墨烯製備技術，可以實現氧化石墨在較低溫度下的完全解理，解理溫度從1100℃降低到200~300℃，獲得缺陷較少、質量較高的石墨烯粉體材料，並後續開發出實用化的缺陷修復技術，實現了石墨烯品質的進一步提升。團隊也在國際上首次提出了石墨烯的導電劑應用，利用石墨烯「至柔至薄」的結構和高導電性的特點，針對不同正、負極材料開發了實用化的石墨烯導電劑分散和應用解決方案，已經形成了從材料到應用的完整技術體系，並已得到中試驗證。
技術特點：
（1）目前已形成完整技術體系，可實現石墨烯材料性質的優化和均一性的提高，石墨烯粉體材料比表面積可達300~800m2/g並可調控；
（2）工藝技術具有「三低一高」的特點，即原料成本低、工藝能耗低、片層缺陷低、產品質量高；
（3）以軟包電池為研究體系，對不同材料提出了有針對性的導電劑應用解決方案。應用領域：石墨烯材料儲能、催化、導熱以及複合材料等領域都具有廣闊應用空間，本項目所獲得石墨烯產品也可以應用於上述領域。針對儲能應用，本項目開發的石墨烯導電劑應用技術可以實現在極少石墨烯添加量（<1%）的情況下，顯著提高現有電池體系的能量密度和倍率性能，在動力和儲能型電池中都具有很強的應用優勢。
本項目專利情況：
國內發明專利：8項
合作方式：專利轉讓、專利許可、其他形式。
先進成形製造團隊（2項）
9、用超快雷射製備出最黑人工金屬表面
成果簡介：6月30日，清華大學材料學院鍾敏霖教授課題組在美國化學學會刊物《ACS納米》（ACSNano）期刊（影響因子13.942）在線發表了題為「金屬表面微納米結構雙級調控實現極低反射率的通用方法」（AGeneralStrategyTowardsDual-ScaleControlledMetallicMicro-NanoHybridStructureswithUltralowReflectance）的研究成果。該成果提出了一種基於超快雷射脈衝注入調控的金屬表面微米-納米雙尺度複合結構雙級調控制備新方法，通過對超快雷射加工過程中脈衝注入數量和注入方式的靈巧控制，實現了對微米尺度結構和納米尺度結構的分別有效調控，從而可以同時發揮微米尺度結構的幾何陷光效應和納米尺度結構的等效介質效應，最終達到優異的高效抗反射性能。這是利用超快雷射在可控微納米製備方面取得的最新研究進展。該方法對於銅（Cu）、鈦（Ti）、鎢（W）等多種金屬均有效，可在其表面分別獲得1.4%，0.29%，2.5%的已知最低金屬表面反射率，是一種在金屬表面可控構建微納米複合功能結構的通用方法。
10、多功能石墨烯宏觀組裝體方面取得新進展
成果簡介：2018年7月3日，清華大學材料學院朱宏偉教授課題組在《先進材料》（AdvancedMaterials）上發表題為《基於仿生礦化過程合成可再造型、自修復的多功能石墨烯複合材料》（SyntheticMultifunctionalGrapheneCompositeswithReshapingandSelf-HealingFeaturesviaaFacileBiomineralization-InspiredProcess）的研究論文。該論文提出了一種室溫下快速合成多功能石墨烯宏觀組裝體的方法。通過調節水分含量調控石墨烯組裝體的軟硬狀態，實現反覆造型功能及可回收性，有望用於石墨烯材料的多維多尺度快速加工與成形。
石墨烯是一種具有優異力學、電學、熱學和光學性能的二維碳材料。石墨烯的高效製備及宏觀組裝對其規模應用具有重要意義。目前，石墨烯宏觀組裝體的常規製備方法需要嚴格的反應條件，且一旦成形後，不可再被重塑或回收。因此，在需要複雜形狀石墨烯結構與器件的應用場合，可任意塑性的石墨烯宏觀體尤為重要。
為解決上述問題，朱宏偉教授課題組將具有豐富官能團的氧化石墨烯加入仿生礦化凝膠體系，形成氧化石墨烯、無定形碳酸鈣納米粒子、聚丙烯酸交聯網絡結構（圖1）。該複合材料在溼潤狀態下具有柔性、延展性及可拉伸性，可實現複雜造型。在乾燥條件下保持原有造型，具有高強度、韌性及硬度。通過水分控制實現了兩種狀態的可逆轉變。此外，該複合材料具有極佳的重塑性和自癒合能力，可進一步修飾或加工以滿足各種特定的應用需求（如能源儲存、促動器、傳感器）。該方法具有簡便、高效、低成本等特點，可推廣至其它材料的靈活組裝。