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研发方向

 

(1)微纳米颗粒复合与颗粒球形化

本着“颗粒结构设计延伸至复合材料性能设计”和“复合材料性能规划延伸至颗粒结构预测”的理念,使用不同类型的颗粒复合化装置,将不同物理化学性能的颗粒进行复合,使子颗粒包覆在母颗粒表面或掺杂在母颗粒的内部,形成功能性复合颗粒,为功能型复合材料的制造奠定基础。

  聚合物复合粉体:以炭黑、纳米炭管或其他导热(电)粉体为子颗粒,以超高分子聚乙烯为母颗粒的复合,制备具有互穿网络结构的高强低电阻率导电工程塑料。包 覆在石墨表面改善锂电池负极材料的导电性,包覆在氧化铅表面改善铅酸蓄电池电极材料的导电性,包覆在氧化锰颗粒表面改善碱锰电池的工作性能。

  金属复合粉体:以纳米氧化铝为子颗粒,以电解铜为母颗粒,通过高速冲击颗粒复合系统将子颗粒包覆在母颗粒表面,然 后将这种复合颗粒烧结成型。该方法将机械合金化与粉体球形化技术结合,同时实现了金属基颗粒的复合和球形化,制备了成分均匀,流动性和填充性良好的高耐磨 铜基陶瓷复合粉末。将碳纳米管包覆在铜颗粒的表面,改善铜基复合材料的导电导热和机械性能;将金属锡包覆在铜颗粒表面,制备高空隙率和高自润滑效果的铜锡 粉末成型的轴承等。
纳米颗粒分散:以微米颗粒为载体包覆纳米粒子,实现材料中微量纳米粉体的高度分散。首次在歼击机雷达罩上实现纳米级人工介质均 匀化,改善罩壳介电常数一致性,该技术已经在中航某所进入型号生产阶段。复合纳米催化剂的多层球状铝粉也在固体推进剂改良方面得到应用。食品添加剂中有不 少原始粒子在纳米级(超细)的化学成分,这些添加剂的均匀性分散则成为食品安全的重要问题,将纳米添加剂包覆在植物蛋白母颗粒的表面,实现婴儿配方奶粉中 添加剂的均匀分散,保证食品的安全性。

  颗粒形状处理:对天然鳞片石墨进行整形,以提高粉体堆积密度,使球形化处理后的堆积密度提高2倍以上,可用于制备高密度核燃料石墨球及锂离子电池负极材 料;对二硅化钼粉、还原铜粉、铁粉、铝粉、钛粉整形,球形化处理后的堆积密度大大提高,同时改善材料的性能。通过颗粒球形化改善静电喷涂粉体材料的质量和 漆面光洁度。

 

(2)粉体超细粉碎分级与表面改性功能化

通 过对粉磨过程机械力化学和超细粉体在强湍流场中分散规律的研究,建立粉磨过程数学模型,进行离心分级机内部流场数值模拟和工艺参数优化,在此基础上采用系 统工程的理论,对设备工艺参数和系统组成进行优化研究,在国内率先提出了多目标多因素的系统优化方法,统筹考虑工艺-设备-产品三者之间的关系,形成大型 超细粉磨的工艺优化方法,实现以较低的成本获得高质量产品的目的。

  针对塑料、橡胶和涂料等行业对填料粉体功能化的要求,在国内首先实现了超细粉体连续改性的工艺方法,提高了矿物填料表面活化度,改善了矿物填料与高分子聚 合物之间的相容性,达到降低复合材料成本和改善复合材料性能的目的。工业矿物填料有机化表面改性的活化度达到95%以上;湿法强湍流剪切改性的活化度达 98%以上。

  针对电子工业对矿物填料(特别是二氧化硅质矿物填料)表面导电性杂质(铁、钠、氯离子等)含量的严格要求,通过对杂质形成和高温提纯过程的分析,实现微电 子工业用高纯超细硅微粉填料粉体生产的可行技术路线。使超细高纯硅微粉的钠、氯离子浓度均小于1ppm,产品质量达国际先进水平。

 

(3)纳米颗粒合成与化学反应包覆

  利用非均匀形核结晶沉积原理,控制化学反应条件,在微米级无机矿物粉体颗粒或工业废弃物颗粒的表面沉积纳米结构晶体,修饰微米级无机矿物颗粒形貌,形成具 有“核-壳”结构的复合材料,改善复合材料中填料和基体界面结合性,提高复合材料性能,主要应用于廉价的矿物材料和工业废弃物的高附加值开发,实现粉体加 工技术中的“从表面改性到表面改质”的飞跃。。在重质碳酸钙颗粒表面进行纳米化包覆和修饰,使颗粒粉碎形成的尖锐棱角得到钝化,检测结果证明填充到PP中 使制品抗冲击强度提高20-30%;并成功地实现了方解石、硅灰石、白云石、硫酸钙和粉煤灰等廉价资源的表面纳米化修饰研究。
 

(4)生物质超细粉碎与生物利用度提高

  通过细胞破壁的微细化处理,中药、食品、矿物药等生物质粉体的生物利用度将产生质的飞跃,对中药现代化、农产品增值、提高国民生活质量具有积极的学术价值和社会意义。

  在冲击和挤压等外力作用下使生物颗粒内部形成组织撕裂和细胞破壁,在此研究的基础上,开展了天然聚合物超细加工机理、细胞破壁对有效物质溶出量的影响、加 工工艺对中药毒理特性的影响等研究,实现年产13亿粒通心络胶囊粉料微细加工的产业化。由于该技术对中药现代化和农副产品深加工意义重大,全国人大副委员 长、科协主席韩启德院士亲切接见了课题组研究人员,并以此技术列入中国工程院云南科技扶贫计划。

  借助湿法粉磨机械力化学激发作用提取麦饭石中的有益矿物元素,提高矿物质的人体生物利用度。

  利用机械力化学激发作用处理磷矿,提高磷的溶出度和作物的生物利用度,实现中低品位磷矿的短流程加工利用。