中国科学技术大学“黑磷复合材料的‘界面重构’实现高倍率高容量锂存储 ”

近日，由教育部科技委组织评选的2020年度“中国高等学校十大科技进展”结果揭晓。中国科学技术大学主导完成的“黑磷复合材料的‘界面重构’实现高倍率高容量锂存储 ”入选2020年度“中国高等学校十大科技进展”。多领域技术（如电动汽车和5G通信）的进步对具有快充能力的高能量密度电池需求日益迫切，然而高能量密度和快充能力难以兼得。能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池，电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键。

图1：黑磷（紫色）、石墨（灰色）边界键合结构示意图

黑磷是白磷的同素异形体，特殊的层状结构赋予它很强的离子传导能力和高理论容量，是极具潜力的满足快充要求的电极材料。然而黑磷容易从层状结构的边缘开始发生结构破坏，实测性能远低于理论预期。我校季恒星教授与合作者提出了一种崭新的“复合材料界面重构”设计策略，用于提高锂离子的扩散速率。研究团队利用高能球磨的办法将黑磷和石墨的层状结构撕裂，在层状结构的边界暴露出的磷、碳原子相结合使黑磷和石墨纳米片通过磷-碳共价键相连。化学加，加您更精彩。这种结合诱导黑磷和石墨肩并肩平行排列，打开离子进入黑磷的通道。更进一步通过聚合物包覆优化固态电解质界面膜，使锂离子能够快速进入复合材料。材料在压实密度1.49 g/cm3的条件下可在13 A/g的电流密度实现近500 mAh/g的储锂容量，稳定循环2000次。如果能够实现这款材料的大规模生产，找到匹配的正极材料及其他辅助材料，并针对电芯结构、热管理和析锂防护等进行优化设计，将有望获得能量密度达350瓦时/千克并具备快充能力的锂离子电池。在一技术的基础上，团队将在基础研究层面和规模制备技术方面继续探索。

研究成果于2020年10月9日发表在《Science》上，该工作被新华社、《中国科学报》、《中国青年报》、《经济日报》、《解放日报》、央广网等国内媒体，英国The Independent（《独立报》）、C&EN、EurekAlert、ChemEurpe、Phys.Org等国际主流媒体报道。固体界面共价键合的结构设计策略为基于已有电化学体系提高电极倍率性能，解决电池能量密度和功率密度相互掣肘的难题提供了全新的思路。

哈尔滨工业大学“新一代飞船轻质多尺度抗烧蚀防热复合材料技术”

由教育部科技委组织评选的2020年度“中国高等学校十大科技进展”近日揭晓，我校主导完成的“新一代飞船轻质多尺度抗烧蚀防热复合材料技术”入选2020年度“中国高等学校十大科技进展”。

新一代飞船是面向未来载人登月及深空探测等需求而研发的新一代多功能天地往返运输飞行器。新一代飞船要求具备第二宇宙速度的返回能力，同时承载更大的有效载荷，对返回舱热防护结构的轻量化、防隔热、维形和长时间服役能力等方面提出了更为苛刻的要求，是未来载人登月并返回所面临的关键科学问题和技术瓶颈之一。

航天学院复合材料与结构研究所与北京卫星制造厂有限公司研究团队历经十余年联合创新攻关，提出了整体式连续纤维增强改性酚醛的多尺度有机-无机复合设计新方法，发明了近室温前驱体陶瓷原位聚合和微纳多孔结构自生成工艺，解决了高热流、高焓值和长时间再入条件下轻质防热材料的多组元结构协同抗氧化烧蚀技术难题，获得了极端环境下防热材料的宽温域烧蚀边界条件和使用极限，实现了直径近5m的超大尺寸三维异形连续编织物整体成型防热大底、侧壁和头罩的仿形制造，建立了新型轻质多尺度抗烧蚀防热复合材料的理论体系和生产工艺规范。

2020年5月8日，搭载“长征五B”运载火箭的新一代载人飞船试验船安全返航，试验取得圆满成功，新型轻质多尺度抗烧蚀防热复合材料结构表现出优异的气动外形稳定性、抗氧化烧蚀和隔热性能。与传统防热材料相比，热防护系统整体减重30%以上，承受住了实际再入返回过程中近3000℃的高温长时间烧蚀。新一代飞船防热材料为我国自主设计和研制的新型材料，总体技术达到国际先进水平，将为未来载人登月和深空探测等任务提供重要技术支撑。

上海交通大学“射频集成电路EDA关键技术与工具”

2021年3月4日，2020年度“中国高等学校十大科技进展”揭晓。上海交大毛军发院士领导的“射频集成电路EDA关键技术与工具”研究项目入选。

射频集成电路指工作在射频频段的集成电路，是无线通信、雷达探测、智能传感等重要领域的基础。但在其电子设计自动化（EDA）技术与工具方面的不足是制约我国射频技术与产业自主发展的一个痛点。

毛军发院士领导的联合团队针对射频集成电路EDA关键科学技术问题和国家重大战略需求，突破电磁和耦合多物理场高效分析设计的理论方法，研发出我国首套系列化射频集成电路EDA商用软件工具，功能涵盖射频电路电磁和多物理特性建模仿真、自动化综合设计、多性能多功能协同设计等，主要性能指标领先国际主流软件，已应用于华为、中芯国际、中电科集团等近200家企业，为我国多个型号装备研制发挥了关键作用。化学加，加您更精彩。2019年11月至今在知识产权和工具链上形成完整布局，实现仿真设计业务上云，相关成果在IEEE Proceedings上发表综述论文。

该项工作走出了一条射频集成电路EDA技术与工具自主可控的创新突围之路，引领了学科发展与行业进步。相关成果登记计算机软件著作权48个，获重要奖励11项。培育出我国第一家射频电子EDA商用工具提供商芯和半导体科技（上海）有限公司，该公司2019年获“中国IC设计成就奖”。

武汉大学“天空地遥感数据高精度智能处理关键技术”

由教育部科技委组织评选的2020年度“中国高等学校十大科技进展”结果揭晓，武汉大学李德仁院士牵头完成的“天空地遥感数据高精度智能处理关键技术”入选。这也是李德仁院士团队成果第2次入选该项目。

李德仁院士带领团队历时十五年，围绕我国高分遥感系统“好用”和“用好”的目标，在2020年高分辨率对地观测系统（高分专项）收官之年，依托天空地多尺度高分遥感对地观测体系取得了重要进展。研究成果解决了卫星遥感全球高精度定位、空地遥感高精度定位定姿两个“卡脖子”技术难题和遥感信息实时智能服务的关键性科学难题，应用在高分系列卫星在内的40余颗卫星处理系统中，首次在轨实现了国产卫星时敏目标实时定位与辐射校正、几何校正等处理，利用夜光遥感技术评估新冠病毒疫情防控中复工复产从南到北的变化规律，取得显著成效。

高分辨率对地观测是利用天空地高分辨率遥感手段获取有效信息，满足经济建设、国防建设和大众民生的需求，代表了科学前沿、信息产业的新方向，体现国家核心竞争力。为了发展自主高分对地观测体系，我国于2006年将高分专项列入了国家中长期科技发展规划。

山西大学“基于里德堡原子的微波电场精密测量”

由教育部科技委组织评选的2020年度“中国高等学校十大科技进展”近日揭晓，山西大学激光光谱研究所贾锁堂教授研究团队的科研成果“基于里德堡原子的微波电场精密测量”入选。

本次入选的科研成果由贾锁堂教授、肖连团教授、张临杰教授、景明勇博士、胡颖教授、马杰教授及张好副教授共同完成。该团队在国际上首次实现里德堡原子微波超外差接收机，极大提升了微波电场场强的探测灵敏度，提出基于可控原子体系的微波超外差测量新原理和新技术从根本上避免了经典微波测量方法中自由电子随机热噪声的影响。通过对原子量子状态进行光学非破坏测量获得微波的强度、频率、相位等信息，可达到原子投影噪声极限灵敏度。由于原子性质稳定，原子测量体系仅通过单次校准过程便可以将微波测量溯源到国际标准单位制，使得其在测量精度上相对于经典测量系统具有显著的优势。

该科研成果引起了国内外相关领域研究人员的极大兴趣，也获得了媒体广泛关注，于2020年12月30日入选了“2020中国光学领域十大社会影响力事件”。该项技术的突破，将有助于推动微波电场精密测量领域的发展，在国防安全、微波通信、量子计量、电子信息等领域具有重要的应用价值。

中南大学“空天运载装备铝合金环形构件高性能制造方法与应用”

3月4日，由教育部科技委组织评选的2020年度“中国高等学校十大科技进展”揭晓。中南大学钟掘院士主持完成的“空天运载装备铝合金环形构件高性能制造方法与应用”入选。

钟掘院士团队与中国运载火箭技术研究院、西南铝等单位通力合作，攻克了世界最大长征九号重型运载火箭Ø10米级整体贮箱过渡环、武器筒段制造重大技术难题，大幅提升空天运载工具结构整体性能水平，研究成果可用于多型号空间运载装备，应用于多家空天装备材料与构件制造企业，为我国空天运载提升提供了重要支撑。

图为研制成功的世界最大重型运载火箭Ø10米级整体贮箱过渡环

（部分高校尚未公布，待补充）

（以上介绍顺序不分先后）

参考资料

[1] 中国科学技术大学,我校成果入选2020年度“中国高等学校十大科技进展”http://news.ustc.edu.cn/info/1055/74422.htm

[2] 哈尔滨工业大学，我校成果入选2020年度“中国高等学校十大科技进展”http://news.hit.edu.cn/2021/0312/c1510a220879/page.htm

[3] 上海交大毛军发院士成果入选2020年度“中国高等学校十大科技进展”https://news.sjtu.edu.cn/jdyw/20210311/143007.html

[4] 武汉大学成果入选2020年度“中国高等学校十大科技进展”http://news.whu.edu.cn/info/1015/63699.htm

[5] 山西大学,我校科研成果入选教育部中国高校十大科技进展https://news.sxu.edu.cn/sdyw/e43c636f9061410a913c937f050a31ce.htm

[6] 中南大学钟掘院士团队科研成果入选2020年度“中国高等学校十大科技进展”http://news.csu.edu.cn/info/1002/148279.htm