磁电材料和新器件产品开发

汪国林

-/新材料

新发展的磁电器件具有许多独特的优点，如通过材料的磁-弹-电耦合效应，可实现磁-电或电-磁的转换，这和传统的通过法拉第电磁感应来实现磁-电或电-磁的转换完全不同。传统的法拉第电磁感应效应和磁通变化速率成正比。因此，利用电磁感应测试电流或磁场变化时，测到的信号将随频率变化而变化。而以磁电复合材料制备的磁电器件，则没有这个问题。我们已获得的试验结果证实：新的磁电器件显示了高的磁场灵敏度：在低频率范围，磁电器件可以检测到10-11 Tesla 的微弱磁场，而在谐振时，甚至可以检测到10-12 Tesla 甚至更小的的微弱磁场。 北大工学院董蜀湘教授围绕铁电铁磁复合材料中的多物理场耦合问题，发展以铁电材料为基础的新的磁电和其他功能复合材料和新器件，主要有：（1）创立了磁-弹-电等效电路方法和理论，提出了明确直观的多物理场耦合图像；（2）发现了磁电复合材料Terfenol-D/PMN-PT具有超高磁场灵敏性；（3）发现了最强的谐振磁电耦合效应和强的磁电电压增益效应及磁电回转效应等。 董蜀湘教授从2000年—2008年5月，一直在美国从事压电和磁电器件的研究。特别是在磁电器件领域里，董蜀湘教授是国际上是最活跃的几位科学家之一。

新型纳米发光生物探针及高灵敏度诊断与检测试剂

汪国林

-/新材料

本项目提供一类可用于高灵敏度免疫分析的新型纳米发光生物探针，在病毒感染或肿瘤等疾病的诊断、动物及动物产品的检疫以及生物成像等方面具有广泛的应用价值。 技术优势：我们发明的新型纳米发光生物探针兼具可见光及近红外双光子激发发光效率高、稀土离子（Eu3+）敏化发光亮度高、水溶液中分散稳定性好、对生物样品损伤小、非特异性吸附弱、穿透深度大等优点，是发展高灵敏度和高准确度荧光免疫分析与生物成像技术的利器。将各种单抗等生物探测分子与此类发光微球结合，可生产用于多种病毒感染或肿瘤等疾病诊断和多种疫病检验的高灵敏度诊断与检测试剂。另一方面，目前商售时间分辩荧光免疫分析仪虽然可用于基于本项目探针的免疫分析，但在延时参数方面尚有较大的优化空间，本项目的长波敏化稀土发光纳米探针也为研制低成本、高性能的检测仪器提供了必要的基础。采用此类发光探针研制的若干免疫分析探针的性能已远优于传统的铕离子配合物发光生物探针的性能。

敏化辐射降解法制备胶态微晶纤维素中试及产业化

汪国林

-/新材料

本项目发明一种全新的胶态MCC生产工艺，在理论及工艺上皆取得重要突破，可完全替代当前普遍采用的水解工艺，具有显著的创新性及先进性，具体体现在：1、探索出敏化剂在辐射条件下的作用机理，并发明了敏化辐射降解法新工艺，为世界首创，是辐射加工领域的重要技术进展，具有广泛的借鉴和指导作用。 2、突破了直接辐照降解生产MCC的分子量极限，建立了粒径、剂量及时间的数学模型，调整辐照剂量和时间，调整辐照剂量和时间，可调控获得所需平均粒径在0.1～2 μm范围内的规格产品，且粒径分布分散度小，为高端产品，为胶态MCC产品的细化和功用最大化提供了技术支撑。3、相对于传统辐照工艺，辐射剂量从100kGy降至1～2kGy，降低了98％，同时，相对于酸解或酶解，本工艺不使用溶剂，不仅成本大幅度降低，而且是先进的绿色环保工艺。4、对初级原料来源要求低，采用木材、棉花、甘蔗、豆皮等原料生产MCC，对工艺影响不大。5、改变了目前MCC生产的主流工艺即水解工艺存在的条件不易控制，选择性差，分离纯化困难，产量低，对生产人员和环境有一定影响等诸多问题。6、探索出了胶态MCC的协同机理，为其广泛应用提供了技术基础。目前，本工艺已经进行了2次中试，基本重现了实验室工艺，不存在放大障碍。

无铅焊锡材料

汪国林

-/新材料

本项目提供一种电子封装用核壳结构无铅焊锡球及其制备方法，克服焊锡球直径均小、冷却速度下降，核壳结构缺失等不足。系统研究了Sn-30Bi-0.5Cu、Sn-17Bi-0.5Cu合金在Cu、Ni基板上的润湿动力学规律，贵金属Bi的添加有利于提高流动性，但是结果表明：Bi含量从30%减少到17%，流动性没有明显的差别；另外从界面的情况来看，Bi没有参加界面反应而在金属间界面化合物的边缘富集，由于Bi的脆性，很容易使得焊料合金与基板脱离，导致连接失效，因此，Bi含量不宜过高。Bi含量的增加有利于提高三相线的移动速率，也就是提高了Sn-Ag合金的流动性，从而获得更小的平衡接触角。Sn-3.0Ag-0.5Cu合金与Ni基板间的金属间化合物则是由有靠近焊料侧的(Cu，Ni)6Sn5及靠近基板侧的Ni3Sn4组成的双层金属间化合物，化合物的生成将可以提高焊点连接的可靠性。 目前已完成实验室生产。

高质储氢合金的制备和应用技术

汪国林

-/新材料

能源问题是人类一个重要和长远的问题，氢气能量的开发和利用被视为是解决能源问题的一个重要途径而受到广泛关注。储氢合金是氢能源利用中的一个关键技术之一。这种合金能将气体的氢气以原子的形式储存，其储存密度可以大于液氢状态下的氢气密度，十分有利于氢气的储存和运输。更重要的是这种奇特的性能可以在二次电池、电动汽车、空调、热泵、制冷、氢气提纯、燃料电池催化剂等许多方面得到应用。储氢材料是以稀土合金为主的材料，目前我国的生产量已居世界第二。目前主要问题是我国储氢合金的质量不过关和对这些材料的加工应用技术不高，这些严重限制了我国的储氢合金一次和二次产品的发展。我国是稀土资源大国，稀土储量占世界储量的80%以上，从资源的角度来说在开发储氢产品的竞争上具有极大的优势，积极开发储氢产品除了可以扩大我国国内市场外，也可以开拓国际市场出口创汇。

PMC多核无机高分子絮凝剂

汪国林

-/新材料

由北京大学化学与分子工程学院研制开发成功的PMC多核无机高分子絮凝剂（简称PMC絮凝剂）是一种新型无机高分子复合型絮凝剂，含有多种金属和非金属吸附核，采用独有的特殊合成技术经水解、络合、聚合、复合、同质等反应精制而成，解决了阳离子型絮凝剂与阴离子型絮凝剂不能稳定共存的问题，兼具无机高分子絮凝剂与有机高分子絮凝剂的特点。具有矾花形成快、絮体大而密实的特点，在不增加污水处理综合费用的前提下，大幅度提高了无机高分子类絮凝剂的絮凝效果，并成功地在吐哈油田、辽河油田、克拉玛依油田和西安投入工业生产，实现了产业化。 PMC絮凝剂独特的多核结构，可吸附污水中的各种有害组分，通过其自身大分子链所具有的电中和吸附-架桥聚结-卷扫脱稳作用，可快速形成致密而体大的矾花，有效清除水中的机械杂质(SS)、含油量、化学耗氧量(COD)、生物耗氧量(BOD)及各种有害粒子，对炼油污水、采油污水、钻井废水、造纸废水、酿造废水、制糖废水、城市生活污水及热电厂循环水等各种工业污水，均能经济有效地处理。对悬浮物、含油、COD、硫（S2-）、砷(As3-)、氟(F-)和重金属离子等重污染指标的去除率明显高于PAC。处理后废水的COD、SS、S2-、含油量、重金属离子和pH值均能达到或超过相关的排放标准。 产业领域

皮江法炼镁工艺

汪国林

-/新材料

高温空气燃烧技术正是一种可以极限回收余热的技术，将其应用于金属镁还原炉无疑是一条解决镁还原能耗问题的捷径。通过蓄热体极限回收烟气余热并将助燃空气预热到1000℃以上，这样即使是热值很低的燃料也能实现稳定着火和高效燃烧。将HTAC蓄热式燃烧技术与金属镁冶炼相结合，从根本上克服传统金属镁还原炉燃烧效率低下、热量浪费严重、炉内温度不均一、炉内温度不好控制、污染严重的缺点，提供一种能耗低、炉内温度均一、利于控制炉温、提高生产效率及产品品质的高效节能环保型金属镁还原炉。高效节能环保型蓄热式镁还原炉使用的燃料由传统的原煤可以转变为低热值的发生炉煤气或转炉煤气、焦炉煤气、天然气等等。与传统的燃料相比，使用煤气不但燃烧效率提高，而且减少了对环境的污染。控制煤气，空气的流量可以很好的控制炉膛内的问题，避免出现炉膛内温度波动大的情况，提高还原罐使用寿命，让炉膛内的温度只在最优的还原温度值附近很小的波动，提高金属镁的产量和品质。燃烧方式为直燃幕墙式和扩散燃烧式，空气煤气进入炉膛后充分混合燃烧，高温气流沿炉侧壁—炉顶—另一端的炉侧壁的气路对流。节省炉膛内燃烧空间。炉膛中还原罐的罐体工作区域不直接被高温气流吹扫。各罐体受热温度均匀，罐的耐久性提高。

镁锂合金及其集成零件成型

程丕建

-/新材料

相变储能材料

邹如强

-/新材料

相变储能材料(PhaseChangeMaterials,PCMs)是一类利用在某一特定温度下发生物理相态变化以实现能量的存储和释放的储能材料，一般有固-液、液-气和固-固相变三种形式。目前固-液相变储能材料的研究和应用最为广泛，其工作原理为：当环境温度高于相变温度时，材料由固态转变为液态并吸收热量；而当环境温度低于相变点时，材料由液态转变为固态释放热量，从而维持环境温度在适宜水平。在相变过程中材料吸收或释放的热量，是材料单一相态温度变化时吸收或释放热量的几十倍甚至几百倍。