項(xiàng)目名稱：    納米微粒及納米復(fù)相陶瓷的制備科學(xué)與性能研究

推薦單位：    上海市

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：    本項(xiàng)目屬無機(jī)非金屬材料學(xué)科。

系統(tǒng)地研究了納米微粒和納米復(fù)合粉體在合成過程中有關(guān)晶相與形貌控制、分散、復(fù)合及表面改性等方面的科學(xué)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)表面電場(chǎng)力是決定其大小、形貌和團(tuán)聚的最重要因素。提出了改變表面電荷來控制表面電場(chǎng)力的原理和方法，合成了種類和形貌各異的氧化物納米微粒和納米復(fù)合粉體；提出了利用氧化物納米微粒的高反應(yīng)活性和熱解氨氣的強(qiáng)還原-氮化特性低溫合成氮化物納米微粒的新思路，研究成功了多種新型氮化物納米微粒。相關(guān)工作獲中國發(fā)明專利授權(quán)20項(xiàng)。其中有關(guān)納米級(jí)四方相鈦酸鋇的專利在廣東肇慶風(fēng)華電子工程開發(fā)有限公司實(shí)施，形成年產(chǎn)30噸的生產(chǎn)規(guī)模，直接經(jīng)濟(jì)效益400萬元。

提出了陶瓷材料晶內(nèi)型結(jié)構(gòu)通過弱化基體晶粒、增強(qiáng)晶界而實(shí)現(xiàn)穿晶斷裂的強(qiáng)韌化機(jī)理；在國際上率先用放電等離子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了陶瓷材料的超快速燒結(jié)，將通常需幾到十幾小時(shí)的陶瓷致密化過程縮短在幾分鐘內(nèi)完成，極大地節(jié)約了能源和設(shè)備占用率，而且使材料顯微結(jié)構(gòu)可控，力學(xué)性能提高。六篇相關(guān)研究論文被SCI他引175次，研究工作得到國際陶瓷界的廣泛認(rèn)同。通過對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控研制出各種高力學(xué)性能的納米復(fù)相陶瓷和功能性納米復(fù)相陶瓷，對(duì)降低陶瓷脆性、提高可靠性以及實(shí)現(xiàn)性能突破有重要意義。在碳納米管純化、分散、表面功能化及碳納米管復(fù)合材料的合成方面也開展了一系列創(chuàng)新性的研究。提出并創(chuàng)建了用光譜技術(shù)表征碳管穩(wěn)定性的原理和方法，被國際同行沿用。發(fā)展了"反微乳非共價(jià)鍵鍵合法"等新方法，合成了13種碳管無機(jī)納米微粒組裝體系，研制了力學(xué)性能大幅度提高或具有顯著功能性的碳納米管復(fù)合材料。

本項(xiàng)目出版學(xué)術(shù)專著四部，總印數(shù)33000冊(cè)，有三部在臺(tái)灣出版了繁體字本。發(fā)表學(xué)術(shù)論文129篇，被SCI收錄119篇。論文和專著被SCI他引1750次，被CSCD他引351次，單篇論文被他引90篇次。申請(qǐng)中國發(fā)明專利48項(xiàng)，33項(xiàng)已獲授權(quán)。曾獲得上海市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)兩項(xiàng)。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：  1. 發(fā)現(xiàn)了在納米微粒形成過程中，表面電場(chǎng)力是決定其大小、形貌和團(tuán)聚的最重要因素。提出了改變表面電荷來控制表面電場(chǎng)力的原理和具有普適性的"沉淀包裹"新概念，在這一概念指導(dǎo)下通過調(diào)控納米微粒間的庫侖作用力，合成了多種形貌、晶相可控的納米氧化物，實(shí)現(xiàn)了包裹型納米復(fù)合粉體各組分間分子水平或納米尺度的均勻復(fù)合；發(fā)現(xiàn)了在較低氮化溫度下合成多種氮化物納米顆粒的普遍規(guī)律，利用氧化物納米微粒的高反應(yīng)活性及氨氣更強(qiáng)的氮化能力，發(fā)展了由超細(xì)高分散納米氧化物或前驅(qū)體經(jīng)氨氣直接氮化合成各種新型納米氮化物的方法，深入研究了納米氮化物的特性，如GaN、InN等具有良好發(fā)光性，F(xiàn)e2N有優(yōu)異的磁性能，Ta3N5有可見光催化活性等。研制了TiN-Al2O3、TiN-Si3N4和BN-Si3N4等兼有高力學(xué)性能、高導(dǎo)電性及可切削性等功能性的納米氮化物復(fù)相陶瓷。相關(guān)工作獲授權(quán)中國發(fā)明專利20余項(xiàng)。（學(xué)科分類名稱：無機(jī)非金屬材料學(xué)，無機(jī)合成化學(xué)；代表作2，7, 9, 10）

2. 發(fā)現(xiàn)了放電等離子燒結(jié)（SPS）中傳熱過程在瞬間完成的特殊機(jī)制，其原理是坯體中每顆晶粒因快速隨機(jī)高頻放電而迅速成為熱源，在國際上率先用SPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了陶瓷材料Al2O3，ZnO以及Al2O3、ZrO2、莫來石(mullite)、Si3N4和YAG(Y3Al5O13)為基體的納米復(fù)相陶瓷的超快速燒結(jié)，將陶瓷材料的致密化過程由至少幾小時(shí)縮短至可在幾分鐘內(nèi)完成。節(jié)約了能源和設(shè)備占用率，而且使材料顯微結(jié)構(gòu)可控。（學(xué)科分類名稱：無機(jī)非金屬材料學(xué)；代表作1, 3）

3. 發(fā)現(xiàn)了納米復(fù)相陶瓷晶內(nèi)型結(jié)構(gòu)通過弱化基體晶粒、增強(qiáng)晶界而實(shí)現(xiàn)穿晶斷裂的強(qiáng)韌化機(jī)理，通過納米復(fù)合研制出多種力學(xué)性能有顯著突破的晶內(nèi)型納米氧化物復(fù)相陶瓷如SiC-Al2O3，SiC-ZrO2-mullite，SiC-YAG、YAG-Al2O3和NdAlO3-Al2O3等。（學(xué)科分類名稱：結(jié)構(gòu)陶瓷學(xué)；代表作1, 4, 5）

4. 提出并創(chuàng)建了用光譜技術(shù)表征碳管穩(wěn)定性的原理和方法，被國際同行沿用并獲中國發(fā)明專利授權(quán)。在國際上首次提出"反微乳非共價(jià)鍵合"的概念，實(shí)現(xiàn)了無機(jī)納米粒子在碳納米管內(nèi)外管壁的組裝。首次利用分形理論定量揭示了沉積物形貌分維值與漿料分散狀態(tài)的內(nèi)在關(guān)系；發(fā)現(xiàn)了分散劑與金屬離子形成配位鍵的強(qiáng)弱對(duì)小分子型分散劑性能的影響規(guī)律。(學(xué)科分類名稱：無機(jī)非金屬材料學(xué)；代表作6, 8, 10)

5. 發(fā)現(xiàn)功能性納米顆粒和碳納米管在基體中的均勻彌散分布是納米復(fù)相陶瓷獲取優(yōu)異的功能性和顯著的強(qiáng)韌化效果的有效途徑，解決了添加相在基體材料中的均勻分散、與基體鍵合等科學(xué)問題，研究成功了一系列具有高力學(xué)性能并兼具功能性的碳納米管復(fù)相材料，如導(dǎo)電性有數(shù)量級(jí)提高的MWNTs/Fe3O4、有生物活性的MWNTs/HAp和良好充放電性能的MWNTs/Co3O4等。（學(xué)科分類名稱：無機(jī)非金屬材料學(xué)、結(jié)構(gòu)陶瓷學(xué)；代表作4, 8）

主要完成人：  1.   高濂

主持參加本研究項(xiàng)目的立項(xiàng)申請(qǐng)，組織和部署研究計(jì)劃的實(shí)施。對(duì)部分第1發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，第2發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，部分第3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，部分第5發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的80%。

2.   郭景坤

參與組織和實(shí)施本項(xiàng)目的研究。對(duì)部分第1發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，部分第3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，部分第5發(fā)現(xiàn)點(diǎn)作出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的60%。

3.   孫靜

參與組織和實(shí)施本項(xiàng)目的研究。對(duì)部分第1發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，部分第3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，第4發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，部分第5發(fā)現(xiàn)點(diǎn)作出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的90%。

4.   張青紅

參與實(shí)施本項(xiàng)目的研究。對(duì)部分第1發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，部分第5發(fā)現(xiàn)點(diǎn)作出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的90%。

5.   靳喜海

參與實(shí)施本項(xiàng)目的研究。對(duì)部分第3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，部分第5發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的90%。

10篇代表性論文：  1.   Mechanical Properties and Microstructure of Nano-SiC-Al2O3 Composites Densified by Spark Plasma sintering/ J. Eur. Ceram. Soc.

2.   Effect of Calcination on the Photocatalytic Properties of Nanosized TiO2 Powders Prepared by TiCl4 Hydrolysis / Appl. Catal. B: Environ.

3.   Bending Strength and Micstructure of Al2O3 Ceramics Densified by Spark Plasma Sintering/ J. Eur. Ceram. Soc.

4.   Colloidal Processing of Carbon Nanotube/Alumina Composites / Chem. Mater.

5.   Microstructure and Mechanical Properties of SiC/Zirconia-Toughened Mullite Nanocomposites Prepared from Mixtures of Mullite Gel, 2Y-TZP and SiC Nanopowders /J. Mater. Res.

6.   Production of Aqueous Colloidal Dispersions of Carbon Nanotubes / J. Colloid Interf. Sci.

7.   Preparation of Ultrafine InN Powder by the Nitridation of In2O3 or In(OH)3 and Its Thermal Stability /J. Mater. Chem.

8.   Noncovalent Attachment of Oxide Nanoparticles onto Carbon Nanotubes by Water-in-Oil Microemulsions / Chem. Comm.

9.   專著：《納米氧化鈦光催化材料及應(yīng)用》

10.  專著：《納米粉體的分散及表面改性》