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2018年标志性成果

发布时间:2019-10-30
  

 

 

1光电显示用高均匀超净玻璃基板关键技术与设备开发及产业化

该项目属于无机非金属材料领域,是《中国制造2025》之新材料领域重点发展方向,涉及无碱高铝硅酸盐玻璃基板关键技术及产业化。

玻璃基板是其关键基础性材料,一直为国外几家跨国公司控制,造成产业链利润分配不平等,严重影响了产业安全、制约了国际核心竞争力提升,成为亟待突破的瓶颈。无碱高铝硅酸盐玻璃基板要求具有高应变点、低膨胀系数、轻质、高品质(气泡、条纹、表面颗粒等缺陷少)的特点,制造过程面临熔化温度高、均化困难的问题;国外公司在中国提前布局多项专利,设置了技术壁垒,加大了研发难度。经过多年产学研协同攻关和生产实践,形成了如下创新成果:

a.开发高应变点、低膨胀系数、轻质玻璃基板化学组成,适应TFT制备工艺、器件使用和轻量化要求,形成具有自主知识产权的玻璃配方;b.针对无碱高铝硅酸盐玻璃熔化温度高、粘度大、均化难的问题,提出了燃气与电流混合加热方式,开发了双路供氧式全氧燃烧技术,攻克了配合料熔化不均匀问题,实现了高质量熔化;c. 发明了具有“五仓型”的铂金通道结构,开发了铂金通道智能集成控制系统,实现了玻璃液的高效澄清、充分均化和流量精确控制;d. 针对玻璃基板加工过程中的表面污染与损伤问题,开发了智能设备及成套加工生产线,建成基于制造执行系统(MES)的数字化车间,实现了玻璃基板的高洁净精密加工与可靠品质管理

该项目形成具有自主知识产权的玻璃基板关键技术,取得授权发明专利20项,实用新型专利51项,取得软件著作权5项,主持制定国家标准5项,出版专著2部,发表科技论文27篇。经第三方检测与专家评价,认为该项目成果总体技术达到国际先进水平。该项目成果已推广应用至芜湖东旭光电科技有限公司等5家企业20余条生产线,形成了G4.5~G6多种规格玻璃基板,累计生产约1亿平方米。产品的各项指标均达到国际同类产品水平,与国外产品同线使用,满足了客户需求。该项目实现我国玻璃基板产业从无到有,从有到好的转变。该项目打破了国外技术和产品垄断,为我国成为全球第三个掌握平板显示玻璃基板技术的国家提供了有利支撑,促进了产业安全发展,提升了国际核心竞争力,对优化产业结构起到巨大推动作用和示范效应,具有良好的社会效益。

截止20186月,应用单位G5玻璃基板的大陆地区市场份额超过50%G6玻璃基板超过40%,并出口到台湾地区。完成单位近三年新增销售额45.7亿元,新增利润5.5亿元,其他应用单位新增销售额47.2亿元,新增利润7.3亿元,取得显著经济效益。该项目的成功迫使国外产品价格大幅下降,为平板显示下游产业争取近700亿元的经济利益,2018年国家科技进步一等奖

2功能性水泥基材料设计制备及其性能调控

项目属无机非金属建筑材料领域,重点研究多功能水泥基材料结构与功能一体化设计制备原理、多相界面作用与性能调控的基础科学问题。

水泥混凝土是世界上最大宗的人造材料,发展适应绿色建筑与长寿命重大工程所需的多功能、高性能水泥基材料是推进国家“新型城镇化”、“一带一路”等重大战略实施,解决水泥工业发展面临的资源、能源危机与环保压力,实现传统产业向绿色环保产业转型升级发展的重要支撑,也是当今国际前沿发展重要方向。但现有关于多功能水泥基材料的研究主要集中于功能相与水泥相的配合,而对于不同性质与尺度的功能相与水泥基材料界面作用机理及性能调控等方面关注不够,未探索出功能相在水泥基材料中最有效的应用方式与模式,致使其功能与结构性能难以协同设计、功能长效性问题未取得实质突破。经过近十年的研究,取得的重要发现如下:

a.原创了混凝土集料功能化思路,构建了基于功能集料的混凝土结构/功能一体化设计理论与技术体系。基于硅铝质基体材料,通过基体功能化与表层功能化修饰,制备出具有导电、吸波功能的混凝土集料,揭示了导电、吸波等功能相在硅铝质集料连续相中的稳定、均布及其高效作用机制;b.发现了硅铝质集料表面活性功能团水热合成机制,探明了表面活性功能团与无机纳米材料、有机功能相的反应机理,首次将具有电磁吸波功能的纳米Fe3O4、光催化功能的纳米TiO2以及多种有机官能团稳定修饰到集料表层,实现了混凝土集料的多功能化;c.创制了基于水泥物相精准判定的混凝土纳微观尺度力学性能表征方法,推动水泥基材料力学性能表征发展到纳微观水平;发现了热养护与内养护作用驱动活性无机矿物粉体中Al3+离子选择性溶出及其迁移机理,从分子层面设计了C-A-S-H增韧与自组装机制,实现了水泥基材料纳微观增韧改性与结构性能提升;d.发现了不同类型聚合物乳液与水泥水化粒子之间的电荷平衡机制,揭示了聚合物连续功能膜与水泥水化网络结构的界面性能劣化机理,创建了水泥水化颗粒表面聚合物成膜厚度计算及其优化调整方法,解决了聚合物水泥的力学性能与耐久性协同设计难题,为功能水泥基材料从刚性到柔性的宽域调整奠定了理论基础;e.发明了具有不同功能的多尺度功能集料制备技术,集成水泥基体分子层面有机-无机复合增韧技术,形成了基于多尺度功能集料的水泥基材料功能化技术体系,将过去功能水泥基材料复杂不可控体系转变为功能集料-水泥基材料的可控体系,本质上提升了功能相作用效能,实现了水泥基材料的结构性能与多功能协同设计。

基于本成果已发表国际SCI论文70余篇,包括Cem. Concr. Res.ACS Appl. Mater. Inter.Appl. Catal. B-Environ.J. Am. Ceram. Soc., Chem. Eng. J.J. Clean. Prod.Cem. Concr. Comp.Constr. Build. Mater.等建筑材料和表面界面国际著名期刊,获授权发明专利20项,出版专著2部。研究成果在高速铁路、盾构隧道管片、超高层建筑等20余项重点工程得到成功应用,受到同行广泛关注与认可,2018年中国建筑材料联合会·中国硅酸盐学会建筑材料科学技术基础研究一等奖

 

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