新材料与新工艺

英国帝国理工学院开发出新型金属3D打印工艺

英国帝国理工学院的研究人员开发出一种新型金属3D打印工艺——电气化学增材制造（ECAM）技术，能够大幅降低当前金属3D打印技术的成本。

据介绍，ECAM技术的成型方式依然是层层堆积，但无需采用昂贵的激光器熔化和烧结金属粉末，而是采用传统电镀技术，即电化学反应。实际打印时，注射器会将作为原材料的金属离子溶液慢慢挤出到作为构建面板的导电基底上；随后，溶液中的金属离子发生电化学反应得到电子变为单质。这一过程持续进行，最终得到3D金属结构。ECAM技术具有多项优点，包括：设备成本比采用激光烧结技术且需使用惰性气体的设备大幅降低；可在一定的环境条件下，无热损坏地打印多种不同的材料；可通过“反转电位”变成减材工艺，即让金属单质变回离子状态，将打印的金属件再次转化为溶液，从而实现材料的高效回收和再利用；可配备多个打印头，实现多金属材料的打印制造。

目前，ECAM技术的打印速度很慢，尚需进一步优化，但未来，ECAM或将成为一种使多个行业受益的颠覆性制造技术。(祁 萌)

中科院理化所提出液态金属悬浮3D打印方法

中国科学院理化技术研究所的研究人员首次提出了“液态金属悬浮3D打印”的概念和方法，可在室温下快速制造具有任意复杂形状和结构的三维柔性金属可变形体，并用于组装立体可拉伸电子器件。研究人员引入性质介于固体与液体之间且具有自恢复特性的水凝胶作为透明支撑介质，创建并验证了液态金属悬浮3D打印成形方法，克服了液态金属墨水表面张力高、粘度低易于流动、重力大等带来的技术挑战。在整个制造过程中，水凝胶可在屈服液化与快速凝固状态之间自由转换，对金属液滴的粘滞力极高，随着打印喷头与凝胶之间的相对运动，由喷头挤出的金属液滴会随即发生颈缩行为并与喷头分离，继而被支撑凝胶包裹、粘滞和固定；通过金属微球沿规划路径的逐层堆积，可最终形成预期的三维结构；打印精度可通过调整针头尺寸、打印速度、凝胶环境等予以调控。凝胶和液态金属均为柔性物质，由此构成的立体电子器件可实现拉伸及变形。

该项研究成果突破了传统刚性结构成形模式与3D打印范畴，在不定形柔性电子器件、智能系统快速制造乃至可变形4D打印等方面具有重要的应用价值。 (科 苑)

我国铝合金熔铸行业的能效监测与优化控制技术获突破

天津立中合金集团有限公司与机械科学研究总院等单位及企业合作完成的“数字化智能化铝合金熔铸生产线及能效监测系统研究”课题通过了技术验收。

该课题开展了数字化智能化铝合金熔铸生产线及能效监测系统研究，构建了适合于铝合金熔铸行业的能效评价指标体系和铝合金工序能效理论分析模型，设计了面向连续加料与蓄热燃烧新工艺流程的熔铸生产线、搭建了具有实时数据采集与能效分析功能的MES（制造企业生产过程执行系统）平台；实现了生产线的原材料LIBS（激光元素光谱分析）在线识别与成分定标、基于专家系统的智能配料、全流程实时能效监控、空燃比与烟气氧含量的双层结构模型预测优化控制等，通过系统优化后，生产综合能效提高了10.13%，配料一次性命准率达到93.28%。

该课题的研究成果改变了铝合金熔铸工业流程复杂、自动化程度低、设备标准化程度低的现状，实现了熔铸流程关键参数的在线监测、科学决策与有效调控三大功能，提升了铝合金熔铸行业的智能化控制能力和水平，提高了生产效率并降低了能耗。目前，该课题的研究成果已在天津立中合金集团有限公司与广东隆达铝业有限公司进行了万吨级生产线示范应用。 (科技部)

美国实现3D打印不锈钢强度韧性俱佳

美国加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员开发出了一种不锈钢3D打印技术，可用于制造火箭发动机、油井设备零部件等几乎所有不锈钢产品。

据了解，采用传统3D打印技术打印的不锈钢产品具有较高的孔隙度，非常容易断裂。针对这一问题，研究人员利用激光和快速冷却技术将金属合金粒子融合在一个密封而紧凑的结构中，并通过优化设计计算机控制程序，使其不仅能够制造致密的不锈钢层，还能够精确控制材料的结构，从而使3D打印机通过构建微小的细胞壁式结构，防止断裂和其它问题的出现。测试表明，在某些条件下，采用该技术3D打印的不锈钢产品的强度比采用传统工艺生产的不锈钢产品高3倍且仍具有韧性。该项研究成果进一步拓展了3D打印技术的应用范围。 (KX.1102)

我国制备出强磁电耦合效应新材料

中国科学院物理研究所的研究人员利用自主研制的高压高温实验装置，在世界上首次合成了同时具备大电极化和强磁电耦合效应的新型单相多铁性材料BiMn3Cr4O12，为开发下一代信息存储器、可调微波信号处理器、超灵敏磁电传感器、磁电换能器等产品提供了材料支撑。

据介绍，研究人员突破常规方法的限制，在高达80000个大气压的超常规实验条件下，首次成功

制备出了BiMn3Cr4O12材料。在该材料体系中，三价铋离子的引入，在较高的温度下诱导出了具备大电极化的铁电相变；而随着温度的降低，三价铬、锰磁性离子先后形成了长程磁有序结构，分别诱导出第一类和第二类多铁相。这两类多铁相的共存使材料兼具大电极化和强磁电耦合效应，同时，其两个铁电相还可单独调控，实现四重铁电极化态的转换，为多态存储提供了可能。 (KJ.1206)

美国研发可探测有毒气体并报警的智能织物

美国新罕布什尔州达特茅斯学院的研究人员正在研发一种智能织物，能够实时探测有毒危险气体的存在，并保护穿着者免受有毒气体侵害。该智能织物被称作SOFT（纺织品自组织框架），其柔韧性强且具有传导性，还具有透气性和耐洗性。

据悉，该智能织物集成了金属有机框架（MOF）化合物电子传感器，能够识别排放污染物中的一氧化氮气体，以及具有腐蚀性的有毒硫化氢气体，还能够捕获和过滤有毒气体中的毒素。研究人员计划将该智能织物用于制作军方和应急服务部门的防护服，当有化学物质接触到防护服时，传感器就会向穿着者发出警告，提醒穿着者注意。当防护服出现撕裂或漏洞时，其也能够主动发出警报。

虽然该智能织物的真正应用尚需时日，但这种制造方法有可能向其它系统延伸，打造出一系列具有可调特性的新型产品。 (船经院)

福建物构所柔性金属有机框架材料研究获进展

中国科学院福建物质结构研究所与美国德克萨斯A&M大学的研究人员合作，设计合成了一系列基于六核锆簇的柔性金属有机框架（MOF）材料。这些柔性MOF材料具有良好的稳定性，在酸性条件下不会坍塌或分解，为柔性晶态材料在气体存储与分离、药物缓释和催化等领域的应用提供了良好的研究平台。

相对于具有类似孔隙率的刚性MOF材料，这些柔性MOF材料对液溴具有更高的吸附量，还可以延长液溴在常温常压条件下的保存时间，可用作液溴存储材料。此外，吸附了溴的柔性MOF材料还可用于联二萘酚等反应底物的溴化反应。在常温常压条件下，其溴化反应的产率远高于直接以液溴溴化。柔性MOF材料在气体吸附与存储方面具有较为广阔的应用前景。 (科 苑)

中核集团发布“燕龙”泳池式低温供热堆

11月28日，中国核工业集团公司在北京正式发布其自主研发、可实现区域供热的“燕龙”泳池式低温供热堆（DHR-400）。这标志着中核集团在核能供热技术领域取得重要进展，为后续泳池式低温供热堆型号设计研发提供了强有力的技术支持。

“燕龙”是中核集团在泳池式研究堆50多年安全、稳定运行的基础上，针对北方城市供暖需求开发的一种安全、经济、绿色环保的堆型产品，其原理是：将反应堆堆芯放置在一个常压水池的深处，利用水层的静压力提高堆芯出口水温以满足供热要求，热量通过两级交换传递给供热回路，再通过热网将热量输送给千家万户。该堆型技术成熟，在低温常压下运行，无需厂外应急，可贴临城市建设，具有零堆熔、零排放、易退役、投资少等特点，而且选址灵活，内陆沿海均可使用，非常适合北方内陆，使用寿命为60年。在经济性方面，其热价远优于燃气，与燃煤、热电联产有经济可比性。据测算，一座400MW的“燕龙”低温供热堆的供暖建筑面积约20km2，相当于20万户三居室。

同日，作为泳池式低温供热堆“演示验证—示范工程—商业推广”三步走发展战略的第一步，中核集团在中国原子能科学研究院启动的供热演示项目——泳池式轻水反应堆（49-2堆）实现安全供热满168h，具备为原子能院部分办公楼提供供热、功能演示及实操培训能力，充分验证了泳池堆供热的可行性和安全性。随后，中核集团将进一步加快示范工程实施步伐。

以泳池式低温供热堆作为城市供热的基础热源，不仅可以有效改善我国能源结构，缓解日趋严重的能源供应紧张局面，而且对于我国应对气候变化、治理大气污染具有重要意义。 (中 核)

国内首套5kW/5kWh锌溴单液流电池示范系统投入运行

由中国科学院大连化学物理研究所的研究人员自主开发的国内首套5kW/5kWh锌溴单液流电池储能示范系统在陕西省安康市华银科技股份有限公司厂区内投入运行。

据介绍，锌溴单液流电池有别于传统的液流电池技术，其正负极采用相同的电解质溶液，仅需一套电解液储存及循环系统，具有结构简单、能量密度高、成本低等优点，适用于百千瓦及以下级别的分布式储能系统。此外，其单液流的结构将溴封闭于正极内，解决了溴对管路系统的腐蚀问题。

该锌溴单液流电池储能示范系统由一套电解液循环系统、4个独立的千瓦级电堆，以及与其配套的电力控制模块组成，主要为华银公司研发中心大楼周围路灯和景观灯提供照明用电，后期将配套光伏组成智能微网。经现场测试，该系统在额定功率下运行时的能量转换效率超过70%。其成功运行为锌溴单液流电池系统的工程化和产业化开发奠定了坚实的基础。 (大化物)

日本东京大学提高钙钛矿太阳能电池转换效率

针对钙钛矿太阳能电池，东京大学先端科学技术研究中心的研究人员在不使用铷等稀有金属的情况下，通过添加地球上储量丰富的钾元素，实现了20.5%的高转换效率及稳定发电。

据介绍，钙钛矿太阳能电池是使用具有钙钛矿晶体结构材料的太阳能电池。与目前主流的硅太阳能电池相比，其制造工序简易，制造成本低。目前，实用化基准转换效率大于20%的钙钛矿太阳能电池需采用铷、铯等稀有金属来维持结构稳定。

研究人员在特定条件下通过添加钾元素保持结晶结构稳定，在完全不使用稀有金属的情况下，成功制造出了无缺陷规整的发电层，同时，由于对电子流动不形成阻碍，因此提高了转换效率与发电安定性。此外，研究人员还发现，采用钾使电流、电压变化的方式，可抑制发电量变化的“迟滞现象”，且抑制效果优于铷等金属元素，可实现更稳定的发电。 (科技部)

全球最大口径核电站爆破阀驱动装置研制成功

由我国自主研发、口径为450mm的全球最大口径爆破阀顺利完成热态开阀试验。这标志着CAP系列三代核电站用爆破阀全部通过鉴定。

爆破阀属于第三代压水核电站特有的安全装置，其可在核电站发生严重事故时，通过开启阀门触发爆破单元，产生高压气体推动阀门实现非能动泄压，最终向反应堆注入冷却水实现冷却堆芯，从而有效缓解和预防严重事故，确保核电站安全。爆破阀由药筒驱动装置和阀门本体两部分组成。此次开展的热态开阀试验是验证爆破阀可靠性的关键步骤，即验证爆破阀在管道内存在高温蒸汽压力的真实工况下，药筒驱动装置正常作用并实现开阀功能的能力。

此次热态开阀试验采用的药筒驱动装置由中国工程物理研究院化工材料研究所历时6年研制成功，拥有完全自主知识产权。该所基于其在火炸药领域的技术积累，在火工药剂选取和验证上采用全新的途径，在爆破阀阀体及驱动装置的结

构和参数匹配设计方面通过模拟计算、自主设计等进行了多点创新。同时，通过军民合作研发，该所还与大连大高阀门股份有限公司、上海核工程研究院等单位共同实现了爆破阀原理样机研究、工程样机设计等多项技术突破，目前已形成了拥有自主知识产权的我国核电站爆破阀全套技术。 (刊 综)

新型离子太阳能电池助力海水淡化

美国加利福尼亚大学欧文分校的研究人员制作出一种“离子模拟的电子P-N结太阳能电池”，能够利用光能激发水的半导体特性，从而产生离子电。该电池在发电和海水淡化方面具有良好的应用前景。

在该项研究中，加州大学的研究人员将水通过两种离子交换膜，其中一种膜主要运输质子等正电荷离子，另一种膜主要运输氢氧根离子等负电荷离子，就像一对“化学门”使电荷分离；然后，研究人员再使用激光照射系统，使光敏有机染料分子结合在膜上，继而解放质子；随后，这些质子将被运输到膜的酸性侧，产生最高可超过100mV的离子电流电压（平均60mV）。

目前，该双膜系统可达到的电流水平仍是其应用的主要限制，因为若要实现海水淡化，光伏电压必须被放大到200mV。但是，研究人员认为，通过深入了解水的特性，进一步优化设计双极膜界面，就可以提高电压和电流。 (W.KX)

我国利用核技术处理工业废水取得突破

我国首创、世界领先的电子束处理工业废水技术已通过由中国核能行业协会组织的科技成果鉴定。该技术由中广核核技术发展股份有限公司与清华大学联合研发。目前，中广核技公司已与恒昌集团有限公司联合建设了首个电子束辐照处理工业规模印染废水示范工程，标志着电子束处理工业废水技术臻于成熟，具备了大规模产业化应用条件。

据悉，目前常用的工业废水处理工艺是在生化处理后，出水采用混凝沉淀加臭氧氧化，处理后仅能达到接入城市污水处理厂的纳管标准。而采用该电子束辐照加混凝沉淀处理工艺，出水水质能够达到直接排放标准要求。与原工艺相比较，采用该工艺，每吨废水的处理费用可节省约1.4元。按照每天处理10000t废水计算，设备运行一年可节约近500万元。同时，印染废水经过电子束辐照深度处理后，还能实现部分回用，提高经济效益。

该技术广泛适用于印染、造纸、化工、制药等各行业废水处理，以及水质复杂的工业园区废水处理，还可用于医疗废弃物、抗生素菌渣等特殊危险废物的无害化处理。随着技术改进和综合解决方案的研发，未来，该技术还可应用于污水中无机重金属离子的去除，以及固体污泥、工业废气、环境突发应急、医用污水、废渣处理等领域。 (科工局)

中车首台高铁轨道车辆智能检修系统研制成功

中车青岛四方车辆研究所有限公司研制的首台高铁轨道车辆智能检修系统亮相南京2017世界智能制造大会。其首次实现了自动化、智能化检测，提高了列车的故障识别与检测效率。

该系统包括控制中心和图像采集机器人两大部分，控制中心收集整理采集的图像、调度整个检查工作过程；图像采集机器人主要由智能运载平台、多自由度柔性机械手臂、相机、传感器，监控摄像头等部分组成，负责采集列车各部位的检测信息。该系统是世界首台利用高度柔性机器人与机器视觉融合技术，完全按照高速列车检修标准或城市轨道列车检测标准，实现车辆各部位视觉检查作业的设备。

当列车入库进行检修时，该系统就会启动图像采集机器人进行自检，机器人匀速前行至车头位置时，自动对车辆底部进行图像检测，采集车底图片；当机器人到达车尾定点位置后，伸出机械手臂并逆向行驶，机器人发出的激光定位到转向架位置后，机械臂按照预定设计进入转向架和车辆底部的狭窄空间，采集列车关键部位图片；同时，机器人自动开启面阵相机，进行更为详实的底部高清拍摄。与传统人工作业相比，该系统的检修范围可增加40%以上，还可降低漏检率、提高检修效率。列车采集信息可实时显示在控制中心显示器上，采集完成后，机器人自动返回初始位置并关机。 (工 报)

我国首批检验检疫智能执法辅助机器人即将上岗

广东出入境检验检疫局推出我国首批8台被命名为“国检”的检验检疫智能执法辅助机器人。这些机器人将应用于广州天河广九直通车口岸和广州白云国际机场口岸入境旅检现场。

据介绍，该机器人配置了1300万像素高清摄像头和激光雷达，在出入境口岸现场可实现三大功能：一是高温探测。可通过物联网传导的数据信息，实时对体温超过临界值的旅客实施报警、拦截和引导等动作。二是低温探测。可拦截旅客违禁携带的通过低温保存的生物制品如动物繁殖材料、人体组织、血液制品等。三是人脸识别。可对大数据中需重点布控的人员目标，如曾有违规行为的出入境旅客实施精准识别、预警和拦截。同时，该机器人还可通过物联网大数据及语音识别功能，与旅客实现人机互动，提供检验检疫业务咨询，同时实现业务信息轮播。目前，该机器人云端已上传检验检疫相关法律法规、部门规章及相关资讯，能够满足民众的日常咨询需求。利用该机器人辅助执法，可取代口岸通关中部分专业性不高、较为机械化的工作，降低人力成本，弱化闸口形式，提升旅客通关满意度，同时有效提升检验检疫执法把关效能。 (光 电)

堡盟集团推出OM70系列高性能激光测距传感器

瑞士堡盟集团推出OM70系列高性能点激光测距传感器和线激光测距传感器。该系列传感器集高精度测量技术与操作方便性于一身，非常适用于自动化行业。

凭借亚微米级重复测量精度与较小的线性误差，OM70系列传感器可实现对零部件的可靠测量，以及对物体或机械手爪的高精度定位，即使在温度波动或环境光条件不断变化的情况下，也能确保较高的过程稳定性。其中，OM70点激光测距传感器光斑尺寸极小，非常适用于检查小尺寸零部件与物体的位置和高度；OM70线激光测距传感器凭借其超细激光线，即使用于难测表面，也能确保高精度测量；用于公差测量的特殊型号传感器可有效检测物体的尺寸精度。通过对参照物进行自学习，OM70系列传感器可直接计算出与目标值的偏差，数字量输出也可相应地进行配置。此外，该系列传感器操作简单，仅需通过一块清晰可见、内置实时监控功能的触摸屏，即可直接在传感器上完成参数设置操作。 (堡 盟)

我国自主研制主动型氢原子钟将现身空间站

北京无线电计量测试研究所自主研发的空间主动型氢原子钟在载人航天空间原子钟项目载荷择优评比中夺魁。该产品将在2022年发射升空，用于我国空间站。

空间原子钟项目在我国载人航天众多项目中难度、复杂度极高。该项目将在外太空建立时间频率实验室，验证在地球表面无法完成的相关科学实验，如爱因斯坦广义相对论等。该项目计划于2022年发射，将采用锶光钟、铷喷泉钟、主动型氢原子钟共同组建空间原子钟钟组。主动型氢钟作为核心载荷，将长期无间断运行。届时我国将在更宽广的空间范围内进行时间比对，系统产生的高准确度、高稳定度时间频率信号将增强北斗卫星导航系统能力。该项目完成后，有望对全球定位、守时、授时格局产生较大影响。

据介绍，主动型氢原子钟可连续输出稳定度、准确度极高的频率信号，在目前较为成熟的原子钟产品中，中短期指标最高，但此前同类产品在应用中受到了体积和重量的限制。北京无线电计量测试研究所此次研制的空间主动型氢原子钟采用贮存加载分离技术，实现了腔体高可靠、小型化和工艺优化。该产品样机的整体重量约为40kg，体积仅为传统产品的1/5。 (吴 巍)

全球最大功率高压直流变压器技术获突破

由瑞士ABB集团与我国国家电网公司共同研制的全球最大功率1100kV特高压直流变压器成功在ABB集团通过了一系列型式试验和测试，为昌吉—古泉±1100kV特高压直流线路的落成奠定了坚实的基础，也为长距离、低损耗、大容量输电提供了技术支撑，还为把直流与交流电网互联，实现跨地区、跨国家电网互联互通打下了基础。

昌吉—古泉特高压直流输电线路是全球首条±1100kV特高压直流输电线路，在电压等级、输电容量和距离上都创下了新的世界纪录，将把新疆的电力输送到安徽。该线路的输电距离超过3000km，输电功率达到1200万千瓦，相当于12座大型发电厂的功率，与目前投入运营的±800kV特高压直流输电线路相比，其输电能力提高了50%，将在实现偏远地区可再生能源大规模并网方面发挥关键作用。

该线路投入运营后，将向8条500kV和2条1000kV交流线路提供电能，输送的电量相当于瑞士年均用电量的2倍。同时，该1100kV特高压直流变压器也首次将±1100kV特高压直流输电线路接入750kV交流线路。此外，ABB集团还为该线路开发并成功测试了换流阀、套管、直流断路器等一系列其它关键设备。 (机 经)

航天希尔公司感应式振动台打破国外垄断

北京航天希尔测试技术有限公司承担的“大推力振动台系统项目”顺利通过了北京市经济和信息化委员会组织的现场审查，成为北京市企业技术中心重点创新项目。

据介绍，以往，大推力振动台主要由美国、日本、英国等国家生产。为了突破国外技术封锁，满足我国大型军、民用产品研制试验需求，航天希尔公司启动了大推力振动台自主研发工作。航天希尔公司突破了大尺寸、大承载、高可靠电动振动台制备等关键技术，研制出了20t、30t、35t、70t等一系列大推力振动台产品。其中，该公司研发的70t推力振动台是目前世界上最大的单体推力振动台，其各项指标均达到国际领先水平。这些大推力振动台不仅可应用于新一代大型航天器的振动试验，还能够用于我国大型铁路机车、船舶、重型特种车等先进装备的可靠性试验。 (运载院)