申報2017年國家技術發(fā)明獎項目公示內容

1、<p><b>　　中國建材聯(lián)合會</b></p><p>　　提名2018年國家自然獎項目公示內容</p><p>　項目名稱低導熱陶瓷的材料設計與熱物理性能</p><p>　推薦單位中國建筑材料聯(lián)合會</p><p>　通訊地址北京市海淀區(qū)三里河路11號(100831)郵政編碼100831</p&g

2、t;<p>　聯(lián) 系 人羅 寧聯(lián)系電話010-57811082</p><p>　電子郵箱jclhhkjb@163.com傳 真010-57811082</p><p>　提名單位（專家）意見</p><p>　項目獲得2017年建筑材料科學技術獎（自然科學類）一等獎。節(jié)能減排是應對目前能源和環(huán)境危機的重要策略，而隔熱保溫技術是提高能源利用效率

3、、降低排放的有效手段之一。本項目針對適用于燃氣輪機、航空發(fā)動機以及其他高溫熱機的嚴苛高溫熱沖擊條件的高強高韌的隔熱陶瓷材料，在高溫熱物理性能、材料結構和成分設計方面取得了一系列理論和應用成果。主要創(chuàng)新點和學術貢獻如下：（1）系統(tǒng)全面的研究了通過晶格點缺陷降低陶瓷材料熱導率的原理和方法，相關工作被歐陶主編評價為“權威而且全面”，在此基礎上建立的晶格缺陷聲子散射模型得到同行認可，并在熱障涂層、熱電材料、高溫熱防護材料等領域得到應用，對于完善

4、陶瓷材料高溫熱物理性能的理論做出了貢獻。（2）提出了調控陶瓷材料高溫熱物理性能的新穎機制，如“局域非簡諧振動機制”以及“間隙子機制”，能夠在保持材料高溫力學性能的同時大幅度降低熱導率、提高熱膨脹系數；這些新機制得到國內外同行的認可和采用，在新型熱障涂層材料方面設計和研制方面發(fā)揮了引領性作用。（3）研制了一系列新型熱障涂層候選材料，其中摻雜Sm2Zr2O7和Gd2Zr2O7在目前世界工作溫度最高的燃氣輪機上得到成功應用。項目</p&

5、gt;<p>　項目簡介</p><p>　項目屬于特種陶瓷領域。耐高溫、低導熱、高熱膨脹、高強高韌的陶瓷涂層是提高燃氣輪機等熱機金屬部件使役溫度極限、熱效率和可靠性的關鍵技術。降低陶瓷熱導率的同時保持材料高溫熱機械性能和高熱膨脹系數是當今國內外陶瓷熱障涂層領域的技術難點。團隊自2001年起在863計劃、自然科學基金等資助下，從陶瓷點缺陷、結構設計入手系統(tǒng)研究了陶瓷熱導率變化的影響因素，發(fā)現(xiàn)了降低陶

6、瓷熱導率、提高熱膨脹系數、改善高溫熱穩(wěn)定性的新原理和新方法，研制了一系列具有優(yōu)異隔熱性能及高溫機械性能的熱障涂層陶瓷材料。主要創(chuàng)新點有：（1）系統(tǒng)研究了復雜氧化物結構中引入點缺陷大幅降低熱導率的原理和方法，提出了點缺陷引起的局域化學鍵變化、晶格畸變以及質量起伏對熱傳導聲子的散射機制，建立聲子散射定量物理模型，提出了耐高溫低熱導陶瓷材料的設計準則。理論模型已經在熱障涂層、熱電材料等多個領域得到應用。針對具有多聲子模式的復雜結構氧化物陶瓷，

7、進一步深入探索了陶瓷材料中的本征聲子散射的微觀機制以及聲子傳導的空間分布規(guī)律，由此建立了基于第一性原理的陶瓷熱傳導的計算方法。計算方法被俄羅斯科學院院士A. L. Ivanovskii認為是“獲得復雜材</p><p>　客觀評價</p><p>　鑒于本項目組在熱障涂層低熱導材料方向做出的系統(tǒng)性前沿性工作，近年來國際熱障涂層領域主要研究機構和專家組織出版熱障涂層研究進展?？埍卷椖?/p>

8、組撰寫熱障涂層陶瓷材料方向的綜述文章，包括美國材料學會會刊MRS Bulletin熱障涂層專刊以及歐洲陶瓷學會會刊Feature Article。15年來，項目組在國際權威期刊發(fā)表80余篇熱障涂層基礎研究論文，包括物理類頂級期刊PRL、PRB、Acta Mater、陶瓷領域頂級刊物美陶和歐陶等。8篇代表作SCI他引387次，總他引560次。項目期間總共發(fā)表相關論文80余篇，他引1659次。項目完成人近五年內在重要國際會議上做特邀報告40

9、次，2015年5月受邀在美國哈佛大學、弗吉尼亞理工大學做熱障涂層材料的專題報告；基于在低熱導陶瓷材料以及其他結構陶瓷材料方面的特色工作，2015年第一完成人當選為世界陶瓷科學院院士，獲得2017年建材科學獎基礎科學類一等獎。同時項目培養(yǎng)的兩名博士生獲得“千人計劃”青年人才稱號，獲得中國產學研合作創(chuàng)新獎、日本陶瓷學會進步獎、國際熱電學會Young Investigator Award等國內外學術榮譽。主要成果引用和評</p>

10、<p>　代表性論文專著目錄</p><p>　[1] Wan, Chunlei; Qu, Zhixue; He, Yong; Luan, Dong; Pan, Wei. Ultralow thermal conductivity in highly anion-defective aluminates. Physical Review Letters, 101(8): 085901

11、0;(2008);[2] Wan, C. L.; Pan, W.; Xu, Q.; Qin, Y. X.; Wang, J. D.; Qu, Z. X.; Fang, M. H. Effect of point defects on the thermal transport properties of (LaxGd1-x)2Zr2O7: Experiment and theoretical model. Physical Review

12、 B, 74(14): 144109 (2006);[3] Xu, Q; Pan, W; Wang, JD; Qi, LH; Miao, HZ; Mori, K; Torigoe, T. Rare-earth zircona</p><p>　主要完成人情況</p><p>　潘偉：第一完成人，新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室主任，教授，工作單位及完成單位均為清華大學，

13、是本項目的總體學術負責人，提出該項目的總體實驗方案和主要學術思想。是代表性論文1、2、4、5、6、7、8的通訊作者，代表性論文3的共同作者，指導建立了多種聲子散射模型和材料計算模型，提出了通過結構設計調控材料熱導率和熱膨脹系數的研究思路和方法，指導開發(fā)了具有極低熱導率的稀土鋯酸鹽、錫酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽等復雜氧化物材料體系。對所有科學發(fā)現(xiàn)點均做出了貢獻。萬春磊：第二完成人，清華大學材料學院院長助理，助理教授，工作單位及完成單位均為清華大

14、學，項目組主要骨干。代表性論文1、2、5的第一作者，代表性論文4、6和8的共同作者。對科學發(fā)現(xiàn)點(1)、(2)和(3)做出了貢獻，提出了基于有效介質理論的點缺陷聲子散射的物理模型，建立了局域非簡諧振動原子聲子吸收機制，開發(fā)了Ba2REAlO5體系、B位摻雜稀土鋯酸鹽體系等材料體系。馮晶：第三完成人，教授，工作單位及完成單位均為昆明理工大學，項目組主要骨干。是代表性論文6、7的第一作者。對科學發(fā)現(xiàn)點(1)和(3)做出了貢獻，建立了定量預測

15、低熱導材料的研究方法，通過</p><p>　完成人合作關系說明</p><p>　第一完成人潘偉教授是該項目的總體負責人，項目中的5位成員均出自于清華大學的同一研究組，其中徐強為潘偉教授課題組博士后（2003~2005）；萬春磊（2002~2008）、瞿志學（2004~2009）為潘偉教授的博士研究生；馮晶為清華大學與昆明理工大學聯(lián)合培養(yǎng)博士生（2008~2012），由潘偉教授直接指導。

16、徐強博士后出站后，進入北京理工大學工作，后于2013年調任中國科學技術協(xié)會工作；萬春磊博士畢業(yè)后赴日本名古屋大學進行博士后研究工作并獲助理教授職位，于2015年由“千人計劃”青年人才引進，回到清華大學潘偉教授課題組工作；瞿志學博士畢業(yè)后進入北京工業(yè)大學工作，繼續(xù)從事熱障涂層及低熱導率材料研究，并有聯(lián)合署名文章發(fā)表；馮晶畢業(yè)后去哈佛大學繼續(xù)熱障涂層項目研究與深造，由中組部第十一批“千人計劃”青年人才引進，目前為昆明理工大學全職教員。項目成