「项目精选」164期：新材料项目系列二
项目一、汽车轻量化复合材料的研制
研究数字显示，若汽车车身重量降低10%,燃油效率可提高6~8%；若滚动阻力减少10%,燃油效率可提高3%；若车桥、变速器等装置的传动效率可提高10%,燃油效率可提高7%。汽车车身约占汽车总质量的30%，空载情况下，约70%的油耗用在车身质量上，因此车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都有极大的好处。
本项目着重纤维复合材料的研究，相比于钢材，该材料的发展具有更多潜力，且具有很多优点：密度小、设计灵活美观、易设计成整体结构、耐腐蚀、隔热隔电、耐冲击等。
项目着重研究电动汽车电池组的轻量化：将碳纤维复合材料制成薄片，成型，烘干，硬化，再把超级电容器植入其间。通过叠加方式做成电池模块。该电池组也可做成车身面板的样子，取代车门、车顶、后备箱盖等。强度良好，适用性强，并能回收车辆制动能，节能环保，并能减重15%。
项目二、纳米润滑抗磨添加剂
虽然添加剂约只占全配方润滑油/脂质量分数的10%-30%，其余为基础油，但是添加剂对整体润滑产品性能的影响上却是最大的。目前，基础油种类及技术在一定程度上趋于固定，掌握特殊的高性能添加剂已成为润滑产品的技术核心。
本项目技术特点为掌握了几种独有纳米抗磨材料的制备与处理技术，辅以经特殊技术处理后的行业内常见抗磨材料，形成具有不同功能、适应不同环境的纳米抗磨添加剂配方。目前已开发出经第三方检测及企业试用的配方产品5个。另外已开发出独有的纳米材料分散技术，运用高分子材料与无机抗磨材料完美结合，使得业内一些常见抗磨材料的稳定性及性能上均有大幅提升。对于核心材料的控制以及独有的处理、分散技术，使得产品附加值高、且技术保密更加安全。
除此之外，通过自行设计、合成的新型高分子材料，结合专有材料分散技术，开发出具备优异清洁性能的防积碳清洁系列添加剂，其效果远远好于传统材料。清净分散剂材料同时具备润滑油清净添加剂和润滑油分散剂的双重功能，防止发动机积碳形成，打散、锁住部分已经形成的积碳颗粒，稳定地悬浮打散后的积碳颗粒，使其不再发生二次沉降。可单独或搭配抗磨添加剂使用，来提高润滑产品自清洁性能。
项目三、可聚合功能高分子材料—节能环保LED光聚合油墨
（一）技术原理及特点
高分子材料经过多年的发展已经在各行各业得到显著的应用。在高分子材料领域中可聚合(包括热聚合、光聚合、氧化还原聚合、缩合等)材料在微纳米加工，刻蚀，油墨印刷，PCB电路板、液晶显示、OLED、 3D打印等领域中的应用是高分子领域中的一大类重要应用范畴。然而在当前包括集成电路在内的高端制造行业发展中，关键材料和技术主要由国外企业掌控。且国内光刻胶受益于半导体产业转移及国内电子化学品的迅速发展，需求增速远高于全球，但产品种类还有限和质量还没有完全达到国际先进水平。这些材料的高消耗性，以及配方保密性，使得相关制造企业对这种耗材产生了严重的依赖，尤其是高质量高等级的进口光刻材料。这些耗材价格昂贵，且需要 大量使用，这样使得国内相关制造行业的很多企业利润不断的被压缩，而国外提供此类耗材的公司则在中国攫取了巨额的利润，因此核心光刻材料及相关配方的国产化自主研制迫在眉睫。
（二）技术先进性：
已成功研制出多种可光聚合的性能优异的材料，适合于应用到PCB电路板印刷中，尤其材料可以利用LED光源聚合。已经成功研制利用405纳米LED光源聚合的油墨。由于LED发热少，对于塑膜等耐热性差的承印材料的印刷以及印刷机的热影响小，只需对印刷精度稍作调整即可，纸张损耗随之减少。另外LED光源元件与紫外线灯(一般波长为365纳米)相比寿命约为其12倍，光源更换频度大幅降低，器材耗用随之减少。再者LED可做到瞬间开启或关闭，无需UV灯方式所必须的预热及降温时间，作业效率得到提高。因此LED光聚合油墨是节能环保型。而传统的利用紫外光源的(UV)聚合的油墨虽在广泛应用中，但由于UV油墨的光源普通采用高压汞灯，其最强的波长为365nm。多年的应用结果表明UV固化技术是一项高效、节能、经济、适用性广而且环境友好的技术。但也存在一些缺点：
UV汞灯的使用寿命有限。
UV汞灯的能耗较大，有效利用的能量不高，输入能量中只有大约20%的能量产生紫外线，而有20%是可见能源，40%是热量，不适应于热敏材料。
虽然UV汞灯性对于溶剂型油墨来说，没有VOC。
排放而具有环保环境友好的特点。但也存在一些隐性的污染。例如汞灯的高压、高温和强辐射，很容易使周围的氧气分子发生化学反应而产生臭氧。而臭氧不但对大气层有不利影响，而且对身体健康也具有较大的影响。因此开发可以LED光源聚合的材料(这里统称为LE。油墨)具有重要意义，并已经在国际、国内油墨行业中得到广泛的重视。越来越多的油墨采用LED光聚合。
项目四、细胞能量代谢探针及仪器研制
（—）技术原理与特点
机体与外界环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量的自我更新过程被称之为新陈代谢。新陈代谢和疾病与健康密切相关。糖酵解和氧化磷酸化是细胞新陈代谢过程中的重要组成部分。癌症细胞往往更多地依赖糖酵解过程而非氧化磷酸化。在恶性肿瘤细胞中糖酵解速率可达正常细胞的20倍。另一方面即使在微环境有足够氧气的情况下，癌细胞也贪婪地利用葡萄糖，但在同一时间它们只消耗少量氧以用于氧化磷酸化过程。其结果是，癌细胞往往在乳酸发酵过程中产生更多的氢离子和利用较少的周围的氧气。因此细胞外环境的酸碱度和氧浓度细胞新陈代谢及能量代谢过程及速率密切相关并在肿瘤细胞和正常细胞之间存在显著差异。
为使得细胞新陈代谢研究方便易行，研制国内自主知识产权探针及以探针为材料的科学仪器符合国家的发展需要。结合我们在多功能出传感材料及器件的研究基础及特点，将研制价格低廉，性能优异的新型能量代谢仪。材料及仪器的成功研制必将极大地推动对多种疾病的理解和实现早期疾病检测与预防。
（二）技术先进性
本项目研发的探针克服了现有海马公司的材料附着力不好的问题，且可以提高测量的准确度。另外光交联方法的使制备微小图案达到单细胞研究的要求：对于单细胞的研究尺寸可在几微米到几十微米大小变动。
本项目在酶标仪上增加一个简单的元件就可以实现目前已有的Seahorse Bioscience公司产品的功能，而且在部分性能上要超过其公司的产品。比如我们的氧气和氢离子二合一的传感膜仅通过光谱区分就可以同时实现两种荧光信号的检测，不需要进行复杂的空间位置变化进行区分；在微反应器的上盖和孔板中设计定位孔和自对准结构，以形成一个具有机械密封的微反应器。以上功能的实现再加上酶标仪原有的功能元件既可实现同时检测细胞外能量代谢指标，如OCR, ECAR。而以微加工技术为基础研制的具有气密性且体积与检测样品相比拟(100皮升到1微升)的微反应器，可以实现对氧、氢离子等小分子的微量变化检测。
项目五、航空航天用压力及温度双敏感漆的研发
（一）技术原理
压力敏感漆，可在风洞实验中研究飞行器、高速汽车、以及火车表面压力数据及承压能力的新型材料。压力敏感漆技术被视为21世纪最具有发展潜力和应用前景的实验流体力学方向之一。在风洞实验中，元件表面散点钻孔测试法价格昂贵，并会导致测量数据不连续。压力敏感漆方法通过在模型表面涂布的压力敏感漆在不同压力下呈现不同荧光强度的方式来测试模型的气压分布，操作简便，成本远比散点钻孔测试法低廉，且不受测量模型的形状限制及可得到连续数据。因此可对飞行器模型进行测量，也可对叶片、涡轮及发动机等复杂结构的承压能力进行测量。
经过多年的发展，目前主导这一技术关键材料的是美国的ISSI公司，该公司给美国国防部、美国国家航空航天局、美国国家卫生研究院(NIH)和其他联邦政府客户以及美国工业界诸如波音等大公司和学术界的实验室提供支持，并出口中国。该公司2015年的收入约为1000-2500万美元。销售价格由于品牌不同略有不同：大约为每公斤6000美元左右。
然而中国在压敏漆技术方面还远落后于国外。同时目前的压力敏感漆由于材料本身的特性，都对温度有响应和光降解的缺点，这会造成了数据分析结果的不准确性。因此急需研制可准确对压力分布进行定量测量的新型功能漆。另外由于测试过程中也会经历温度变化，因此需要对温度进行校正。因此整体上来讲中国在压力敏感漆的材料研制方面没能处于世界领先地位。开展扎根中国大地的，具有高性能的，可大量销售的，质美价廉的压力敏感漆研制及其配套测量设备是国家亟需开展的一类航空航天功能材料。
（二）技术先进性
本项目将通过在压敏漆中引入一个对温度敏感的探针，制备出温度及压力双敏感漆。通过材料对温度的自身矫正来得到精准的数据。同时温敏漆的成功开发可有效解决层流识别技术，为我国下一代飞行器应用层流减阻技术扫清障碍，提供坚实的测试技术基础。在深圳市实现压敏和温敏双功能漆的研制和产业化将使深圳的航空航天材料在世界上占据高位。本项目将通过引入可交联的探针材料来提高材料的稳定性。将制备水溶的环保敏感漆。
项目六、各向异性导电胶研制
（一）技术原理及特点
随着近年来电子产品集成化、小型化、柔性化的发展，各种可穿戴产品不断推向市场，可植入医疗器件、电子皮肤等的实现要求无毒、柔性、轻量、生物相容的互连封装材料，各向异性导电胶作为传统焊料的替代品之一，正在发挥着广泛的作用。
各向异性导电胶(ACA, Anisotropic Conductive Adhesive；ACF，Anisotropic Conductive Film)是一种只在一个方向导电，而在另一方向电阻很大或几乎不导电的特殊导电胶。
（二）技术先进性
与传统钎焊材料相比，导电胶具有不同的电学与机械特性。以导电胶作为互连材料的工艺有诸多优势，包括可满足柔性器件封装的需要、适合细间距的互连、加工温度低等特点。
导电胶基底由环氧树脂、酚醛树脂等热固化树脂为主体，然后加入增韧增塑材料，分散剂，固化剂，导电粒子等。
项目七、导电高分子纤维的研究与开发
该项目的研究内容是制备具有功能性的导电高分子纤维。以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，高分子聚苯胺分子为主体，加入少量杭凝剂，试制备高浓度(大于15wt%)的聚苯胺溶液，用湿法纺丝制成100%的具有高强度高分子纤维。然后与HCI掺杂制得导电的聚苯胺高分子纤维。用聚苯胺制备导电纤维，不仅导电性优良持久，而且通过改变掺杂酸的浓度，能够调节纤维的电阻率，这是其它导电纤维所不具备的优良性质；除导电性之外，聚苯胺还具有优良的电磁微波吸收性能、电化学性能、光学性能等，在许多特殊领域有广阔的应用前景。
导电高分子材料在某些特殊条件下可以取代导电金属材料，与导电金属相比，具有质量轻、导电性可调、柔性大、便于与其他高分子材料共混的优点。例如，作为防静电涂层，将掺杂态导电高分子与其它高分子化合物共混制得具有防静电功能的导电高分子材料，可以防止高分子材料表面的静电积累和火花放电，减少火灾事故发生。作为导电材料，通过导电高分子与无机或有机化合物共混制得新材料，或者通过基体表面覆盖导电高分子薄膜，利用导电高分子掺杂/反掺杂机理可以使材料导电性在一定范围内可调节。利用导电高分子高导电及高介电常数的特性，可以实现电磁屏蔽和在微波频段有效吸收电磁辐射的功能，已被应用于远距离加热器件和微波加热塑料焊接中。利用导电高分子吸收微波的特性，可用作军事上的伪装隐身。也可合成制热衣衫、轻薄服饰等智能衣服(Smart Clothing)、超薄显示屏、隐形材料等。