科普知识复合材料构件高质加工“卡脖子”难题攻克了

        “使用碳纤维增强树脂基复合材料后,某大型客机的翼盒紧固孔可从3万多个减至1万余个,减重可达15%。”大连理工大学长江学者特聘教授贾振元说,利用轻质、高强的碳纤维复合材料减重增效,对航空、航天、交通等领域高端装备的发展意义重大。        然而,碳纤维复合材料是典型难加工材料,加工时极易产生不可控的损伤,导致性能难以保证且会危及安全。        由大连理工大学贾振元领衔完成的“高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备”,从源头上一举攻克高性能复材构件低损伤数字化加工“卡脖子”难题,荣获2017年度国家技术发明奖一等奖。        “当时的难点在于弄清楚问题是怎么产生的,因为影响碳纤维复材去除过程的因素复杂,加工损伤的产生随机且不可控。”项目第三完成人、大连理工大学教授王福吉说,沿用传统金属等均质材料切削理论,加工碳纤维复合材料时损伤严重、质量差,难以满足复材构件的高性能要求。        作为团队领军人,贾振元拍板定调,“必须突破传统金属等均质材料切削理论体系的束缚,建立一个适应碳纤维复合材料加工的新理论体系。”        要建立理论体系,谈何容易?成百上千次实验后,团队揭开了碳纤维复材去除机理和加工损伤形成机制,当力小且集中时,纤维易剪断且损伤小。通俗来说,10微米和30微米的切深相比,前者的小切深可减少纤维界面的开裂;而当刀具圆弧半径小于纤维半径时,纤维更容易被剪断而不是折断……        “搞科研一定要服务于国家重大需求,高校要解决企业、行业‘卡脖子’的问题,形成基础研究、应用基础研究、技术开发、产品研制一条链的创新体系。”贾振元说,十几年来,团队在摸清机理后,建立了适应碳纤维复合材料加工的新理论体系,通过开发工具和设计工艺的调整,实现了碳纤维复材的低损伤加工。        当贾振元团队在基础理论研究领域斩获成果后,再回头进行应用实践研究,就显得游刃有余了。之后,相继发明三类9个系列的制孔、铣削等刀具,不仅寿命高于进口刀具2—7倍,价格仅为其1/6—1/4;研发出13台套数控加工工艺装备,填补国内空白,成为我国航空航天多个重点型号复合材料关键构件加工的唯一装备。        自2010年起,该项目新研制的技术装备和刀具开始应用,使复合材料加工损伤由原来的厘米、毫米量级减至0.1毫米内,实现了从无法加工或手工加工到低损伤数字化加工的跨越,加工技术进入国际领先水平。        如今,在航天一院、三院、中航工业和商飞等企业中,都有他们的成果应用。某新型航天装备舱段、某系列直升机旋翼、大型客机复材机翼试验件……这些关键构件的加工难题,都被贾振元团队一一攻破,为国家重点型号研制、定型及批量生产作出重要贡献,提升了高端装备的性能和核心竞争力。

科技动态深圳先进院等研制出黑磷光纤传感器

        近日,中国科学院深圳先进技术研究院研究员吕建成、喻学锋与英国班戈大学教授陈险峰等合作,成功研制出首个基于黑磷的光纤化学传感器,实现对重金属离子的超灵敏检测。        倾斜光纤光栅是一种新型的光纤器件,大角度倾斜光栅结构能够将纤芯光学基模前向耦合到光纤包层,在特定的波长形成一系列离散的谐振峰,光的耦合将随着外界媒质折射率等的变化而变化。因此,倾斜光纤光栅是非常适合作为传感应用的光子器件。黑磷是近年来广受关注的一种具有直接带隙二维半导体材料,具有独特的二维平面结构、超高的比表面积、众多的活性位点,以及从可见到红外广阔的光谱响应范围,在光学检测方面展现出巨大的应用前景。        该研究中,研究团队首次将黑磷和倾斜光纤光栅相结合,揭示了黑磷纳米层独特的光学调制作用,借助于倾斜光栅这种独特的光学结构,构建成新型的超灵敏化学传感器。本研究发展了一种原位层叠的修饰技术,将黑磷纳米片高效地附着在光纤器件表面,不同厚度的黑磷纳米层展现出对光信号独特的调制性。利用这一特性,该黑磷光纤传感器能够在亚ppb浓度水平检测到重金属铅离子,具有超高的灵敏度、超低的检测限,以及广阔的浓度检测范围。黑磷新型光纤传感器的成功研发,将为化学和生物传感提供一个优越的光学检测平台,从而推动黑磷化学生物传感器的应用研究进程。        相关研究成果发表于SensorsandActuatorsB:Chemical。该研究得到了国家自然科学基金、欧盟“第七框架计划”等的资助。

成员动态中科院上海分院举行“信念-聚力科创”主题分享会

为进一步学习贯彻党的十九大精神,落实好院党组“信念引领科研·党建促进创新”主题交流活动。12月28日,由中科院沪区党委主办,中科院上海有机所党委协办的“信念•聚力科创”主题分享会在上海有机所举行。中国科学院院士戴立信、中科院上海分院分党组副书记、沪区党委副书记田申荣、上海市科技党委宣传处处长陈琦,上海有机所党委书记胡金波、上海天文台党委书记、副台长侯金良、上海应物所党委副书记、纪委书记李燕、上海药物所党委副书记、纪委书记厉骏、上海有机所党委副书记、纪委书记刘菲、上海光机所纪委书记吉峻,上海巴斯徳所党委副书记、纪委书记陈丰伟、徐汇区社会工作党委副书记彭燕等应邀出席分享会。 胡金波代表上海有机所作了热情洋溢的致词。在随后举行的分享会上,来自上海光学精密机械研究所的胡丽丽研究员第一个上台,她以坚定信念,不断迎接新的挑战,科技创新我们永远在路上为主线为大家展示了光机所激光钕玻璃事业的发展历程和科研工作者科研道路上的信念和追求。她深情地说,“科学研究的道路是曲折的,一项科研成果的成功是建立在无数次失败的经验教训和数据积累之上的。只有经历过的人才能真正体会“失败是成功之母”的全部含义。科研攻关需要团队成员凝心聚力,每个参与者坚定信念,团结作战,开拓创新,才能在一次一次解决问题的过程中走向成功”。 上海天文台的刘庆会研究员以他妙趣横生、慷慨激扬的演讲,作了《党旗飘扬在嫦娥和火星探测器轨道上》的主题报告,介绍了他所在的射电天文科学技术实验室党支部在研究领域的成果,为建设科技强国而努力,积极开展党建和服务科研工作的点滴故事。刘庆会研究员还分享了他和团队成员学习黄大年、南仁东先生先进事迹的心得体会,指出两位先生实践着“执着奉献、坚守无悔”的理想信念,“胸怀祖国、服务人民”的爱国情怀和“敢为人先、坚毅执着”的科学精神,这同样也是团队的追求。他表示,将继续立足岗位报效国家,让鲜红的党旗高高飘扬在我国探测器飞向深邃天空的轨道上! 随后,上海技术物理研究所的周易带领他的三人团队为大家分享了所在的材料与器件研究中心科研团队在红外探测领域的科研工作,以及团队成员在科研道路上的坚守、奉献和担当,和他们怀揣科技报国的初心、梦想和风采。他表示,通过自己的坚持和努力,传承好老一辈科学家的梦想,始终坚守科学的信念,把青春奉献给祖国的科学事业。 上海应用物理研究所的邓海啸研究员同师弟一起,在一问一答中展示了他和他的团队在自由电子激光领域的科技创新之路,以及他们不忘初心、砥砺前行的信念和毅力。邓海啸研究员还从思想信念和学术信念两方面解读了科研和信念之间的关系。他认为恪守信念、向往未知就是科研中的诗和远方。 来自上海有机化学研究所的吕龙研究员以《从除草剂到推进剂》为题,讲述了“兴趣”和“爱好”是他科研的原动力,信念和担当是他在科研道路上不断前行的推动力,他用一个个生动的小故事讲述了他与他的团队在新农药创新研究、固体推进剂关键材料和性能提升领域的科研进展与成果,通俗易懂的话语博得了现场阵阵掌声。 现场听了5位中青年科学家的倾情分享,戴立信院士也谈了自己的体会,他说,通过分享会,看到了老一辈科学家爱国敬业、不畏艰难、淡泊名利、勇于创新的科学精神在青年科技工作者这里得到了传承。他寄语广大青年科技工作者继续戒骄戒躁、在科技创新的道路上取得更大的成果。 田申荣在随后的讲话中,代表沪区党委向立足科研岗位、长期扎根科研一线的广大科技工作者表示感谢。他强调,本次主题分享会的目的是为了学习贯彻落实党的十九大会议精神,传播科学理念,传承科学文化,弘扬科学院精神,他希望广大科研人员在平凡的科研道路上,坚定理想信念,不断攻坚克难,勇攀科学高峰,在“率先行动”计划和科创中心建设中继续踏实前行,为实现“两个一百年”奋斗目标和加快实施习近平总书记提出的“四个率先”目标、建设世界科技强国做出更多更大的贡献。 分享会上,现场嘉宾、科技工作者与分享者进行了深入的互动交流,通过面对面的分享、聆听,与会的党员和科研人员深受鼓舞和教育,现场一次次响起热烈的掌声。 上海分院系统各研究院所、分院机关和直属单位近350名职工参加了此次活动。

科技动态山西煤化所均相催化剂多相化研究取得新进展

  中科院山西煤化所煤转化国家重点实验室覃勇研究团队,提出了利用扩散限制的原子层沉积(Diffusion-limitedAtomicLayerDeposition,ALD)实现均相催化剂多相化的普适性方法。该法通过在介孔分子筛孔口选择性沉积金属氧化物构筑中空铆钉结构,孔口孔径大小可由纳米级精准调控到分子大小级别,可应用于各种均相催化剂在孔道内的物理封装,封装后的均相催化剂能够保持或提高均相催化剂的活性和手性催化选择性,并具有超高的重复使用性。相关工作近期发表在Angew.Chem.Int.Ed.2017,DOI:10.1002/anie.201712010(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201712010/full)。  金属配合物催化剂,特别是手性均相催化剂,对于化工、生物和医药等行业的发展十分重要。然而,这些均相催化剂往往存在难回收和产物分离的问题,使得其应用的成本较高,残留在产品中的催化剂产生不可忽视的环境和产品质量问题。将均相催化剂固载获得多相催化剂是实现其有效分离和重复使用的重要方式。与传统的共价键固载型多相催化剂相比,以非共价键封装均相催化剂到中孔或介孔分子筛孔道中构筑纳米反应器,可保持手性配合物自由度和活性。  ALD是一种先进的薄膜沉积技术,在催化剂结构精准设计方面具有很好的应用前景。近年来,研究团队在利用ALD设计高效纳米催化剂方面获得一系列研究进展(Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,9006-9010;Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,7081-7085;Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,816-820;Acc.Chem.Res.,2017,50,2309–2316)。在前期丰富ALD沉积经验和催化剂结构设计基础上,研究团队将ALD过程中前体在多孔材料孔道中的扩散规律,应用于封装均相催化剂于介孔材料的孔道中。  以介孔分子筛SBA-15封装金属配合物Co(salen)为例(图1a)。首先通过真空浸渍法将Co(salen)浸渍到纳米管道内。然后以四异丙醇钛(TIP)和H2O为ALD前体,在孔口附近选择性地沉积TiO2形成带孔铆钉结构。通过控制TiO2的沉积循环次数,可将SBA-15孔口尺寸调整到催化剂分子大小以下(0.8nm),从而实现金属配合物的封装(图1b)。通过改变TIP的脉冲时间(扩散时间),可控制其TiO2在孔道中的沉积深度,从而改变铆钉的长度(图1c)。  以Co(salen)催化环氧丙烷不对称水解拆分为探针反应,当脉冲时间固定为1.5s时,改变ALD循环数调控孔口大小,200循环时催化剂获得最优的活性、对映选择性和重复使用性(200TiO2-1.5/Co(salen)/SBA-15),重复使用后8次仍保持较高的性能(图2a)。测试表明(图2b,c,d),催化剂孔口的孔径减小到Co(salen)分子大小(0.8nm),铆钉结构扩散深度为1.1微米。脉冲(扩散)时间对应于ALD沉积的深度,随着脉冲时间从0.5s增加到8.5s,TiO2在SBA-15中的沉积深度由550nm增加到5.5μm。这样,根据孔道的长度,可以选择合适的短扩散时间实现配合物分子的封装,较短的扩散时间能够获得更大的空间来封装配合物分子,得到较高的催化反应活性。  此方法为均相催化剂多相化提供了一种更加简单、精确的方法。该方法具有很好的普适性,可应用于各种配合物(Co(salen)、[(salen)Ti(μ-O)]2等)在各种介孔分子筛孔道(SBA-15、MCM-41、SBA-16等)中的封装,根据配合物分子和分子筛孔径大小简单调整工艺实现封装,获得可重复利用的高效催化剂。  该项目得到国家自然科学基金(21403271,21673269)、中科院青促会(2017204)的资助与支持。

市场动态武汉P4实验室正式运行

  日前,武汉国家生物安全(四级)实验室(以下简称“武汉P4实验室”)顺利通过国家卫生和计划生育委员会实验室活动资格和实验活动现场评估,完全具备从事开展高致性病原微生物实验室活动资质。至此,我国首个P4实验室正式投入运行。该实验室将为我国提供一个完整、国际先进的生物安全体系,中国的科研工作者可以在自己的实验室里研究世界上最危险的病原体。  武汉P4实验室是国家高等级生物安全实验室体系的重要组成部分。在2017年获得中国合格评定国家认可委员会(CNAS)认可后,国家卫计委组织多名专家对实验室进行评审。经过预评审、现场评审等环节,对实验室人员管理、设施设备管理、动物管理、废弃物管理、菌(毒)种和感染性材料管理、质量管理、实验操作管理和应急管理等提出了更高要求。实验室根据专家建议,结合实际情况,完善体系文件、强化人员培训、开展应急演练。经专家组复审,认为武汉P4实验室具备开展高致病性病原微生物实验活动资格。国家卫计委为实验室颁发了资格证书,同意其开展包括埃博拉、尼巴病毒等在内的四级病原实验活动。这表明我国第一个四级生物安全实验室正式建成并可投入实质性使用。建成后的武汉P4实验室将成为构建我国公共卫生防御体系的重要环节之一,也将成为国内外传染病防控基础与应用研究不可或缺的技术平台。  2003年,中国科学院决定启动四级生物安全实验室建设。随后,国家发展和改革委员会将其纳入国家生物安全实验室体系规划,成为国家发改委投资建设的大科学工程装置,也成为中科院与武汉市人民政府的重大合作项目。在中法两国政府关于在高等级生物安全实验室的建设、生物安全法律法规体系的建设、人员培训和传染病预防及控制的研究等方面开展合作的框架下,中法两国工程技术人员认真分析了世界上高等级生物安全实验室的建设特点和运行现状,结合中国现实需求,克服了在设计、施工工序、关键设施设备采购和建造、施工组织管理等方面的重重困难,精心设计和施工,于2012年底完成了实验室主体土建工程和关键设施设备的选型和采购工作,于2014年12月完成了实验室的机电设备安装和装修工程。  武汉P4实验室将承担三大功能,即成为我国传染病预防与控制的研究和开发中心、烈性病原的保藏中心和联合国烈性传染病参考实验室,作为我国生物安全实验室平台体系中的重要区域节点,在国家公共卫生应急反应体系和生物防范体系中发挥核心作用和生物安全平台支撑作用。实验室建立的设施设备维护、生物安全和生物安保管理、科研支撑服务队伍,将为实验室正常运行和应急处置的运行管理模式和应急反应体系提供有力支撑,同时,将建立高等级生物安全实验室透明、开放的实验室文化。  目前,中科院武汉病毒研究所正积极谋划中科院生物安全大科学中心建设,未来拟形成中科院、国家卫计委、湖北省政府三方共建,充分整合国内生物安全研究领域优势单位的世界一流高等级生物安全团簇平台。