依托于西安建筑科技大学的陕西省纳米材料与技术重点实验室是2002年开始筹建(于2004年6月成立),组建的单位有西安建筑科技大学、西安理工大学、西安工程科技学院、西安工业学院、陕西科技大学、西北大学等多所大学。重点实验室现有人员正高级14人,副高级4人,中职10人,初职2人,其中具有博士学位16人,硕士14人。实验室基地建设、仪器设备固定资产已达1200万元。目前已承担国家级、省部市级等多项重大项目,项目经费达到1000多万。学术成果有:在国内外学术刊物发表论文239篇,其中SCI/EI收录40余篇。专利成果:发明专利14项,实用新型9项,技术转让6项,产生了较大的经济和社会效益。实验室的指导思想和目标是:遵循“有所为,有所不为”的原则,发挥优势、突出重点、力求全面;规划与建设上注重当前、着眼未来;兼顾近期目标与长远目标;总体规划、分步实施;管理上坚持“开放、流动、联合、竞争”;采取“自由探索,目标明确,避免重复,依靠专家,公正合理,鼓励创新”;把重点实验室建成国内具有高水平的纳米材料与技术学术研究基地和人才队伍的培养基地。
研究方向
纳米显示技术与微机械-纳机械技术;纳米复合材料研究及其应用和纳米粉体的制备;纳米薄膜的研究;钛酸盐系列的纳米粉体材料及其在电子陶瓷材料中的应用;纳米功能材料与微电子机械系统;纳米功能性纺织品开发研究和印染企业清洁生产中纳米膜的应用;水热法制备纳米粉体材料等。
学术带头人
学术带头人许云华,现为西安建筑科技大学教授、博士生导师、特聘教授,陕西省纳米材料与技术重点实验室主任,陕西省耐磨材料工程技术研究中心主任。具有深厚的基础理论、良好的科研素质和较高的学术水平,勇于开拓、创新、拼搏,在我校一向以学风严谨、工作扎实著称,多年来主要从事复合材料、复合工艺、亚微晶和纳米晶材料方面的研究,深受国内外同行专家学者的关注。主持的陕西省科技厅重点项目“双金属复合耐磨管及其制备工艺”于1997年通过省科技厅组织的专家鉴定,结论为国际先进、填补国内空白。铁基复合材料及其复合工艺等项目荣获1996年陕西省产学研联合开发工程二等奖、1998年陕西省冶金工业局科技进步一等奖、1998年陕西省教育委员会科技进步二等奖、1999年陕西省科技进步二等奖、1999年西安市科技进步二等奖、2000年陕西省优秀专利一等奖、2001年中国专利优秀奖。有关金属纳米结构材料特性、纳米化机理、非晶化机理和纳米结构金属材料磨损机理等方面有较为深入的研究,特别在强烈塑性变形诱导纳米结构材料制备和研究上有一定突破。目前承担了国家“863计划”课题“纳米结构金属材料规模化制备工艺及其产品研究”(已结题)、国家“十五”攻关计划项目“高强度、高硬度金属丝网复合耐磨耐腐材料开发”(已结题)、国家“十五”攻关计划项目“薄壁、冶金结合复合双金属管的研究与开发”、国家科技部“消失模真空吸铸双金属管的规模化”和“高效、高精度复合双金属旋流器的研究与开发”两项创新基金、陕西省科技厅攻关项目“室温变形镁合金板带材的研究与开发”和陕西省科技厅重大创新项目“高强度、高硬度金属丝材复合衬板的研究与开发”等项目二十余项,科研经费达到3686万元,其中国家资助535万元。近年20余篇研究论文在Wear、Materials Science Forum、Progress in Natural Science、金属学报等国际国内重要刊物上发表,其中被SCI收录4篇,被EI收录11篇。
已申报国家专利27项,获准13项(其中发明专利5项),“双金属管”、“双金属复合旋流器”“纳米结构金属丝材复合耐磨衬板”等5项专利已实现转化。其中,双金属复合耐磨管系列产品被列入1997年“九五”国家科技成果重点推广计划项目、1997年度西安市科技成果转化工程计划项目、1997年“国家级重点新产品”、98年国家级火炬计划项目、1998年全国促进专利技术产业化示范工程项目和2000度国家中小企业创新基金项目;纳米结构金属丝材复合衬板获得2004年“国家重点新产品”、“陕西省优秀专利奖”称号;双金属复合耐磨旋流器获得“陕西省优秀专利奖”。研究开发的两大系列27项技术与产品已在国内国外五十余家企业中推广应用,深受用户好评。累计实现产值达到5亿多元,间接社会效益达到20多亿元,创造了重大的社会和经济效益。
代表性项目、重要成果、成果推广情况、社会和经济效益
代表性项目一:国家“863计划”课题“纳米结构金属材料规模化制备工艺及其产品研究”(项目负责人:许云华)
主要成果:(1)研究开发出抗拉强度σb > 2500MPa的金属丝材和规模生产工艺技术;(2)研发出适用于干态磨损工况的无机非金属耐磨复合料和适用于湿态腐蚀磨损工况的有机弹性体复合料,复合产品耐磨性是普通钢材的6倍以上,是高锰钢的3倍以上;(3)研发出规模生产复合材料的工艺和成套设备,生产质量稳定性好,成品率高;(4)申请专利17项,其中发明专利9项,实用新型8项,已获授权发明专利2项,实用新型专利2项;5)获得“国家重点新产品”一项;(6)获得陕西省优秀专利奖一项。
本项目以独特的思路,研究开发的高强度金属丝材复合耐磨、耐腐材料及产品,显示出很好的综合机械性能,耐磨、耐腐性高,且复合工艺先进、稳定,是新型耐磨材料上的重大进展,目前已申请国家专利17项,获国家重点新产品1项,陕西省专利优秀奖1项。成果产品生产工艺可控性强,成品率高,生产质量稳定,规模化程度高,至今已建立年产1000吨高强度、高硬度丝材生产基地和年产2000吨高强度金属丝材复合耐磨耐腐蚀产品生产基地,产品市场销售情况好,高强度金属丝材复合耐磨件经过在金堆城钼业公司、金川有色金属公司等多家大型企业使用,受到了用户一致好评。
项目经费总预算为680万元。其中国家攻关计划拔款100万元,地方政府配套资金80万元,企业自筹350万元,其它渠道资金150万元。课题执行期间,成果转让合同数11项,转让合同额899.66万元;已商品化成果数2项,已获综合经济效益1000万元,新增产值899.66万元,新增利税435.26万元。
代表性项目二:陕西省教育厅“高介X7R型BaTiO3基纳米晶粉体及其陶瓷的制备技术”(项目负责人:崔斌)
主要成果:发表论文或参加学术会议论文及已采用论文共计15篇,“一种掺铌钛酸钡纳米粉体的制备方法”已申请国家发明专利,编写相关教材或讲义五部,获得国家、省部级等奖四项。
钛酸钡粉体是用来生产片式MLCC电容和其它多种电子元器件的电子粉体材料, 国内外对其需求量逐年增加. 该材料被称为电子信息工业的支柱材料。高纯(纯度优于99.9%),超细(平均粒度可在0.05~0.5微米内控制),钡钛比精确控制(1.003~0.998)的四方相钛酸钡粉体及其后续元件, 如X7R(在-55~125℃范围内介电常数变化率不超过 15%)多层陶瓷电容器(MLCC)和程控电话交换机用的高性能的PTC限流元件具有广阔的产业化前景。
溶胶-凝胶法制备的纳米陶瓷粉体,一方面粒径小比表面能大,成为烧结过程的主要推动力,降低了陶瓷的烧结温度;另一方面粉体组分均匀性高,有利于形成均匀分布的“芯-壳”结构,从而有望获得稳定性更高的X7R型多层陶瓷电容器。
课题组采用溶胶-凝胶法制备高介X7R型BaTiO3基纳米晶粉体及其陶瓷,除钛酸丁酯外,其它反应原料(包括钡盐和所要的掺杂元素)均采用自行设计合成的醋酸盐、硝酸盐和配位化合物代替(如钡盐采用具有自主知识产权的技术,由陕西安康的毒重石与工业醋酸反应制得的高纯醋酸钡,成本不到市售价的三分之一;又如高价铌的化合物,采用双氧水和其他多齿配体形成的多元配位化合物,其成本不到乙醇铌的十分之一)。已在实验室制备出多种元素掺杂的钛酸钡基纳米粉体及其细晶陶瓷,粉体粒度小于100nm,相组成呈现明显的四方相,陶瓷的晶粒尺寸在0.5μm左右,从目前初步的测试结果来看,呈现出比较好的介电温度稳定性,接近X7R特性。
课题组在该领域的研究已申请国家发明专利四项,有两项已获得专利发明授权。上游产品高纯醋酸钡和中游产品高纯、超细和钡钛比精确控制的四方相钛酸钡高纯纳米钛酸钡粉体生产技术已经成熟,可以直接进行产业化。下游产品:节能灯用正温度系数(PTC)热敏电阻元件和冰箱启动器PTC热敏电阻限流元件,以及X7R型MLCC用钛酸钡纳米粉体及其陶瓷材料的制备技术基本成熟,尚需中试后投入产业化。
课题组已建成纳米材料与电子陶瓷制备工艺实验室和电性能测试室,具备从材料的化学制备、配料、混料研磨、干燥到烧结等一套必要的基本设备条件和介电性能测试设备,涉及的主要仪器和设备有智能控温高温箱式电炉(可达1600 ℃)、用计算机控制的半导体高低温阱、HP4284A型精密LCR自动测试仪,自动压片成型机,还有教研室的奈茨STA449/C型同步热分析仪,以及H-800透射电镜,日立S-570型扫描电镜(带X射线能谱分析仪),理学DMX-ⅢC型X-衍射分析仪等化学系实验中心的仪器。本项目所需要的仪器设备条件基本具备,为开展本项目的研究提供了很好的条件。
代表性项目三:陕西省科技厅重点项目“半导体纳米线的控制生长基础研究”(负责人:范新会)
主要成果:本项目澄清了物理热蒸发法的基本工艺参数如蒸发温度、沉积温度、气体流量、环境压力、载气种类等对硅纳米线生长的影响规律,利用外加电场获得定向排列较好的硅纳米线,解释了外加电场下硅纳米线的生长机理,为纳米线的分散及应用奠定了良好的基础。
项目成果的意义、影响及发展:通过本项目研究,对半导体纳米线生长机制有了更深入的认识,通过对工艺参数的优化和外加电场研究,掌握了控制纳米线生长的途径,为进一步研究纳米线的应用积累了丰富的经验。定向排列的纳米线陈列将在微电子器件的应用方面有重要的实用价值。
代表性项目四:陕西省科技厅火炬计划“纳米远红外织物整理剂及纳米远红外丝绒、羊绒衫开发研制”(负责人:王进美)
主要成果:课题主要完成了纳米远红外功能性织物整理剂配制技术及性能研究、纳米远红外应用整理技术研究(含生产应用纳米远红外丝绒、羊绒保健针织服装开发与加工)等内容,形成了纳米远红外功能性织物整理剂、及纳米远红外羊绒产品开发两大技术成果。
获奖情况:陕西省高等学校科技进步二等奖;获陕西省科学技术三等奖;获中国纺织工业协会(部)科学技术三等奖。
项目成果的意义:
本课题为面向生产实际应用的技术开发项目,在项目研究的过程中,与西安金峰保健制品有限公司合作,已经进行了一系列生产应用研究,形成了一定的生产规模。在技术应用、生产加工和市场推广方面,都积累了许多经验。
纳米远红外织物整理剂采用了科学技术前沿的纳米制备与有机——无机复合技术,在高档羊绒、丝绒产品的应用中,已经取得了良好的应用效果。在其它天然纤维如羊毛、蚕丝、棉、麻等产品的应用方面,都具有广阔的市场前景。对于开发高档天然纤维保健织物产品,具有重要的意义。
代表性项目五:陕西省教育厅产业化培育项目“纳米抗电磁波保健织物开发研究”(负责人:王进美)
主要成果:经过两年多的努力,完成了多种纳米材料的制备技术与性能测试分析、纳米抗电磁波整理剂配置技术研究、纳米抗电磁波织物与服装产品开发研究,取得了一系列科技成果。2005年10月通过省科技厅鉴定,鉴定水平为国内领先。在纳米材料的制备技术研究方面,利用对碳纳米管的羧基化改性处理,形成了分散均匀,纯度高,适应于纺织涂层整理应用的单分散状态的碳纳米管;利用先进的单分散液相制备技术,进行了一系列前沿性纳米材料的制备技术研究。利用化学反应制备了纳米银、镍、铜、铁、复合纳米金属材料;采用碳纳米管作为微反应器和模板,合成了CNT--聚苯胺纳米管复合材料;采用无电化学镀层技术,通过活化、敏化、镀层、表面保护处理,在织物表面形成了均匀、稳定的纳米金属镀层。在纳米抗电磁波整理剂配制技术研究方面,采用了目前纳米技术研究最前沿的有机——无机复合分散纳米材料制备技术、纳米有机复合处理与复配技术。通过采用有机——无机复合分散,使形成的纳米抗电磁波整理剂中纳米材料能长期以稳定的纳米颗粒状态存在,并且在应用到织物后的材料晶粒达到了真正意义上的纳米尺度。在纳米抗电磁波保健织物与服装产品的应用开发研究方面,选择采用不同处理设备、工艺流程,分别对羊毛、羊绒、丝绒、棉、麻、混纺等各类织物进行涂层整理,通过系统的工艺与性能的关系研究,形成了成熟稳定的纳米抗电磁波涂层整理技术。
项目成果的意义:本课题在纳米抗电磁波保健织物与服装产品的应用开发研究方面,选择采用不同处理设备、工艺流程,分别对羊毛、羊绒、丝绒、棉、麻、混纺等各类织物进行涂层整理,通过系统的工艺与性能的关系研究,形成了成熟稳定的纳米抗电磁波涂层整理技术。与陕西班博实业集团合作开发了棉、麻、混纺休闲茄克衫,运动衫,休闲背心等产品。采用了纳米金属复合整理剂与纳米磁性材料整理剂,利用对服装里料进行了两次涂层整理,然后按设计要求加工成服装产品。与陕西红帆工贸有限公司合作将纳米抗电磁波整理技术应用于职业服装,共同合作开发了抗电磁波纯毛、毛/涤混纺学生服和银行、宾馆、商场羊毛、纯棉抗电磁波职业服,主要是在上衣的里料中采用了抗电磁波两次涂层的织物进行加工。通过与两个企业的合作,成功进行产业化生产应用,取得了良好的经济效益。对应用工艺及整理后的服装样品委托陕西省功能性服装面料重点实验室及中国计量科学院进行电磁波屏蔽性能测试。测试结果表明电磁波屏蔽率达到了40-70dB,达到了国内外同类产品性能指标的领先水平。研究成果对于提高我国传统纺织品的档次和科技含量,增加其附加值,提高市场竞争力都有极大的促进作用。具有广阔的市场前景。