北京工业大学成果推介(第七十四期)|光伏|关键材料|电缆|纳米结构

用于密集布线形式的磁屏蔽电缆

成果单位：北京工业大学

项目简介：

预计2019年我国将完成时速600公里高速磁浮列车的样车的研制，2021年将具备高速磁浮交通系统和装备的完全自主化与产业化能力。为推动我国磁悬浮列车技术的发展，科技部设立了国家科技支撑计划课题--高速磁浮交通工程化集成系统研究，其中，高速磁浮抗磁阻燃电缆及新型馈电电缆研制任务其重要的研究内容之一。北京工业大学研制出适于车内密集布线的高性能磁屏蔽电力电缆和信号电缆，为国内外首创。

市场分析

新型电缆主要用于磁浮列车内部的信号传输、自动化控制和电力传输，能够抑制车体内平行布线产生的电磁耦合干扰问题，具有密集布线和优良的电磁兼容特性。磁屏蔽电缆能够替代国外进口特种电缆，为我国新一代磁悬浮列车提供关键基础材料。电缆紧密平行布线形式除在磁悬浮列车上采用外，在飞机、高速列车、大型舰船布线系统上也普遍采用。因而，平行布线系统中的感应耦合干扰抑制是普遍存在并亟待解决的电磁兼容关键技术问题，该问题对各种交通系统的安全、可靠运行至关重要。

应用方向

磁屏蔽电缆将能够在上述高科技领域得到广泛应用。

知识产权和产业化分析

预期投资3000万元，能够建成磁屏蔽薄膜材料、磁屏蔽电力电缆、磁屏蔽信号电缆和磁屏蔽综合电缆生产线。

成果相关照片

图例说明:

1、磁屏蔽薄膜材料

2、屏蔽电缆结构示意

3、车辆布线示意

高能效金属铝基底光伏光热集成组件

成果单位：北京工业大学

项目简介：

可采用先进的吹胀和热熔焊技术实现具有中空流道结构的铝基底，并结合结构设计和工况条件的优化，合理调控组件工作温度的高低与分布，不仅能相对增加10-20%的输出电能，同时能获得与单一太阳能集热器接近的集热性能，投资回报期比单一的光伏组件和太阳能集热器分别少1.5和2.5年，具备了商业产品所需的技术先进性和经济可行性。

市场分析

本新型组件不仅可能形成光伏光热集成产品的多样化，实现高性价比的技术和产品竞争，而且能有效增强我国在以金属铝为代表的轻质合金材料方面的应用能力，形成全新的轻质合金、光伏、光热和光伏光热集成组件的产业链，年产值达数干亿元。相对于传统组件，新型组件具有单位面积发电量多、太阳能综合利用率高达75-80%(其中发电效率20%，光热效率55-60%)，以及耐候性好，使用寿命长达20年以上的技术特点，而且工艺自动化程度高，具有成本低的加工特点，而且应用领域广。

知识产权和产业化分析

新型光伏光热集成组件能满足于全季节、全地域的能源需求。针对南方地区可以有效提升发电效率，针对北方地区可以部分替代冬季采暖需求。以北方庭院3kW分布式电站的应用为例，采用全季节型光伏光热集成组件，成本增加50-60%，而得到的收益：

(1)发电效率全年平均提高1-2%，年发电量提高8-10%;

(2)太阳能的转换效率从光伏6-8%提高到光伏7-10%，光热50-55%;

(3)全年生活热水能源替代率大于60%;

(4)冬季采暖能源替代率大于80%。

成果相关照片

图例说明:

1、组件运行现场1(南方地区)

2、组件运行现场2(北方地区)

3、组件运行现场3(不同型材、结构能效的对比分析)

高性能3D打印硬质合金

成果单位：北京工业大学

项目简介：

开发出面向3D打印应用的球形WC基复合粉料的制备技术，具有高圆整度和高流动性，其成分、颗粒致密性和粒径分布等可调控;基于激光粉磨床熔化工艺，建立了抑制3D打印硬质合金中形成裂纹和孔洞的技术路线，开发出了高性能硬质合金3D打印制备所需球形粉料的最佳成分、粒径分布、粘结相结构以及激光熔化、后续热处理工艺等关键技术参数;实现了无缺陷、高性能复杂异形硬质合金零件的3D打印制备:维氏硬度≥1450HV30;压缩强度≥3800MPa;耐磨性达到或超过同类粉末冶金产品水平。

市场分析

本项目开发的无缺陷、高性能3D打印硬质合金的创新制备技术是在前期建立的热喷涂材料制备技术基础上发展而来，得到了10余项国家和省部级项目的资助。

知识产权和产业化分析

3D打印WC基粉料实现了规模化生产，目前处于推广应用中;对3D打印和热处理后的硬质合金切削刀片进行了实际服役性能测试，结果表明其性能达到了同类粉末冶金产品相当的水平。

成果相关照片

图例说明:

1、针对3D打印开发的球形WC基粉料

2、激光3D打印硬质合金的双晶组织

3、3D打印硬质合金刀片及其实际服役工况条件下的切削性能测试

纳米C-S-H晶种早强剂的制备与开发

成果单位：北京工业大学

项目简介

本成果属于当前先进的纳米晶种早强剂的制备与应用领域，多用于免蒸养建筑构件中。产品可以大大提高建筑构件的早龄期强度(6h、12h、24h、3d等)，对后期强度无不良影响，可解决当前地铁管片、装配式建筑构件等制品养护周期长、早期强度不高等行业普遍性难题。

市场分析

本项目已完成纳米C-S-H晶种早强剂的制备开发，通过分子结构设计合成，制备了应用性能优异的纳米C-S-H晶种早强剂产品，并已经形成了样机批量生产。目前，产品应用于砂浆混凝土中10h抗压强度提高149.2%，1d抗压强度提高49.8%，在普通混凝土、公路铁路交通用混凝土、快速抢修混凝土、海工混凝土、恶劣环境地区建筑施工应用有较高的经济和社会效益。

应用方向

本项目研究成果已经为我国正在进行的建筑工程建设提供优质的材料和技术支持，服务于快速修补、抢修、免蒸养和快工期工程等。

知识产权和产业化分析

本项目研制开发的纳米C-S-H晶种早强剂，按照年产6000吨以上的生产线计算，每吨产品成本2500元左右，售价5000元/吨，产值可达1000万元，利税合计可达400万元以上。若不断扩大产品销售量，或进一步提升早强剂制备技术，在新的领域有所突破，则将带来更高的经济效益。

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综合高性能新型钨铜基复合材料的制备技术与应用

成果单位：北京工业大学

项目简介:

本研究团队多年从事高稳定性纳米结构钨铜基复合材料的研发工作，在新型纳米结构钨铜基复合材料的设计制备、组织结构稳定性调控以及结构-性能关系等方面，已于国际知名期刊发表学术论文50余篇，在创新制备技术方面拥有授权/公开发明专利20余项。在纳米结构钨铜基多元多相复合材料的可控制备以及综合高性能化等方面具有多项创新成果。

(1)发明了均匀多相钨铜基纳米复合粉末的合成技术，基于固态多相反应热力学的预测和指导，确定可获得目标产物的优化制备条件，开发出基于固相原位反应的多元多相钨铜基纳米复合粉末的合成方法，具有硬质相弥散分布、金属元素均匀固溶、粉末粒径细小均匀以及强化相与基体之间形成特定取向关系和稳定结合等多项优势。

(2)制备出具有三维连通网络结构的钨铜基复合材料，建立了两相金属差异化结构制备技术，实现对钨相尺寸和钨相内亚结构的有效调控，针对两组元物性差异显著且不互溶的特点，开发出具有普适性的“控温高压”相烧结技术，解决了难熔/有色金属复合材料难以烧结致密的问题。

(3)开发出系列多元多相钨铜基复合材料，采用分步球磨或原位内生的方式调控稳定化组元与强化相的分散程度及分布状态，实现对难熔和有色金属两相结构和成分的分别控制，最终获得的近全致密钨铜基复合材料中钨相平均晶粒尺寸可稳定在30-90nm。

(4)研制出了多种具有高温热/相稳定性、高强韧、耐磨损和耐电弧烧蚀等优异综合性能的多元多相纳米结构钨铜基复合材料，相比于粗晶结构材料，纳米结构钨铜基复合材料的高温抗压强度可提高一倍以上、耐磨性提升一个数量级、电烧蚀率降低为三分之一，其综合性能处于国际先进水平。

市场分析

本技术涉及的多元多相纳米结构钨铜复合粉末的制备设备可与现有粉末冶金设备相兼容，有利于技术的扩大化，采用现有烧结技术可满足中小型零部件的生产需求，由于所开发的新型钨铜基复合材料在高温组织结构稳定性、强塑性、耐磨损和抗电弧烧蚀等方面具有突出的优异综合性能，可应用于高压电触头、焊接电极以及航天发动机喉衬等关键部件，缓解服役过程中由于变形、磨损和烧蚀等原因引起的失效问题，显著提升零部件的服役性能与使用寿命，从而突破现有钨铜复合材料的性能瓶颈。

知识产权和产业化分析

本技术研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年科学基金、北京市属高校高水平教师队伍建设等课题的支持。目前处于研发阶段。

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