“稀土新材料”重点专项2021年度项目申报指南(三)

“稀土新材料”重点专项2021年度项目申报指南,除了围绕稀土永磁材料强基及变革性技术、新型高效稀土光功能材料及应用技术、高效低成本稀土催化材料及应用技术和稀土材料绿色智能制备和高纯化技术等方向启动项目外,还围绕稀土新材料及材料基因工程等新技术应用方向启动项目。

1.稀土物化功能材料及应用技术
1.1高能量密度新型稀土储氢材料及应用技术(共性关键技术)
研究内容:针对氢能及储能领域产业技术需求,发展兼具高有效储氢容量和优良平台特性的新型稀土储氢材料,研究材料成分和结构对储氢动力学及热力学性能的影响机制,研究材料结构稳定性、粉化和杂质气体等对循环寿命的影响规律;开发成分和相结构可控的低成本批量制备技术,研制基于新型稀土储氢材料的高能量密度、快动态响应固态储氢装置。

考核指标:新型稀土储氢材料的有效储氢容量≥1.7wt%,室温放氢平台压力≥0.3MPa,2000次吸放氢循环后容量保持率≥80%;高密度固态储氢装置的重量储氢密度≥1.4wt%,体积储氢密度≥55kg/m3。制定储氢动力学评价标准。申请发明专利≥10项。

1.2高端显示玻璃基板用稀土抛光材料及其应用关键技术(共性关键技术)
研究内容:针对新型显示用高世代大尺寸显示玻璃基板用稀土抛光材料完全依赖进口的现状,研发高分散、超细、类球形稀土抛光粉的可控制备技术;开展粉体高悬浮稳定、易清洗抛光浆料配方设计等研究;开发高世代大尺寸显示玻璃基板的精密抛光工艺,建立性能检测与评价方法规范。

考核指标:抛光粉体呈纳米类球形颗粒,晶粒大小在45±5nm,体粒径Dmax<5.5μm,大颗粒(≥5μm)数量占比<300ppm,粒度分布(D90-D10)/(2D50)<1;抛光浆料抛光速率≥500nm/min,波纹度Wa<2×10-2μm,粗糙度Ra<1×10-2μm。申请发明专利≥5 项。

1.3高品质速凝铸片及智能流程技术(示范应用)
研究内容:针对各种稀土功能合金对高品质速凝合金铸片需求,研究微晶合金的喷射速凝技术以及晶粒生长控制技术,探索树枝晶间隔均匀速凝结构的制备技术,研发速凝新设备,开发速凝制备工艺流程智能化控制技术,实现浇铸自动化及温控、抽样、检测和筛分等过程的智能控制,开发低氧含量、低缺陷速凝铸片。

考核指标:速凝片树枝晶间隔为2~3μm,晶粒结构接近磁体单畴颗粒尺寸(0.9μm),富稀土相分布均匀,无粗大树枝晶。速凝微晶合金粉尺寸为0.8~2μm,通过智能化流程控制,提高合格产品收率3%,技术成果在年产千吨生产线示范应用。申请发明专利≥5 项。

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2. 稀土新材料及材料基因工程等新技术应用
2.1新型稀土相变制冷材料(基础前沿技术)
研究内容:揭示晶体结构、磁性原子间相互作用、磁晶各向异性等对磁转变温度、磁熵变、饱和磁场的影响规律,设计新型高性能磁制冷材料;研究磁热、电热、压热等热效应的耦合原理,获得增强材料热效应的新方法;研究铸造或粉末冶金高通量合成技术及材料均匀批量化的可控制备技术,获得公斤级可直接应用的制冷材料。

考核指标:研制出≥2种新型全温区磁制冷材料,在磁场变化10kGs 时,材料的可逆熵变≥15 J/(kg·K);建成集磁场、电场、应力场的单/多效稀土固态制冷的功能评测平台;获得公斤级磁致冷材料制备技术。设计出性能不低于原材料95%,单元微尺度小于500μm的制冷器件和磁制冷样机;获得新型稀土相变制冷材料一次高通量合成数量≥50个样品的技术。申请发明专利≥10项。

2.2新型易面型稀土基高频材料开发及应用研究(基础前沿技术)
研究内容:针对电力电子、5G通讯等领域对高频材料的高饱和磁感应强度、高磁导率和低损耗的迫切需求,开发新型易面或易锥面的稀土基高频材料,阐明具有高饱和磁化强度的各磁性相的成相规律以及相转变机制;开展稀土高频材料的内禀磁性设计与可控制备技术研究,幷完成小批量试制。

考核指标:获得≥2类稀土基高频材料;稀土基高频材料/粘接剂复合体的磁导率分别达到20@0.5 MHz、10@30 MHz,饱和磁感应强度≥1.1T;高频损耗<5000mW/cm3 (1~5 MHz,20 mT);高频电磁波吸收材料工作频率达到X 波段,有效带宽≥8GHz,最大吸收强度达到-40dB。申请发明专利≥10项。

2.3新型稀土超磁致伸缩材料(共性关键技术)
研究内容:面向换能、驱动、传感等功能器件宽温域应用的发展需求,开展高磁致伸缩系数、高电阻率、低磁致伸缩温度系数的新型稀土磁致伸缩合金成分高通量筛选与设计;建立高性能磁致伸缩材料组分—结构—磁致伸缩性能关系图;研究高电阻高磁致伸缩材料制备新方法;研究强磁场对凝固过程中熔体和生成相产生的作用效果,突破大尺寸高磁致伸缩晶体材料的取向生长、组织结构调控关键技术;实现高性能稀土磁致伸缩材料在石油增采方面的典型应用。

考核指标:开发出≥2种新成分稀土磁致伸缩材料;低温度系数磁致伸缩材料:磁致伸缩温度系数Δλ/ΔT≤1.8 ppm/℃@(室温~150℃),室温磁致伸缩性能λs≥1650ppm。在80 kA/m 磁场、10 MPa 预压力条件下,电阻率为ρ≥1.0 ×10-2Ω·m 的高电阻磁致伸缩材料的磁致伸缩性能≥800ppm;直径≥30mm、长度≥300mm 的大尺寸磁致伸缩晶体材料的磁致伸缩性能≥1250ppm。制备的Tb-Dy-Fe 合金中Laves 相沿〈111〉方向的晶体取向度和排列程度均≥80%;不同批次、沿轴向磁致伸缩性能一致性偏差均小于10%。应用于石油开采增采率≥5%。

2.4数据驱动的新稀土功能材料与应用(基础前沿技术)
研究内容:针对稀土功能材料成分和含量敏感、电子结构复杂和数据稀疏等特点,发展稀土光功能、稀土硬磁功能、稀土力热功能、稀土催化功能和稀土磁电功能等新材料数据提取、质量评估与控制技术和方法;发展基于主动学习的多目标协同优化理论、算法和软件,研发材料高通量计算与大数据技术相互融合和迭代的稀土新材料智能化设计和研发技术;构建具有物理可解释性的材料特性参量与目标性能的机器学习模型和数学表达;建设典型稀土功能材料高精度专题数据库,在基于4f电子的磁性材料等研发中进行应用,研发出具有自主知识产权和应用前景的新一代稀土功能材料。

考核指标:建成基于材料3d-4f电子相互作用理论模型与大数据有机融合的新稀土功能材料智能设计平台和专题数据库;形成≥3项稀土材料特征参量优化筛选方法、多目标优化方法,幷获得应用;利用机器学习、材料基因工程技术等多种方法幷结合第一性原理计算,设计、计算模拟出≥4种具有自主知识产权的新概念稀土功能化合物材料;获得≥2种新材料的实验验证数据;申请发明专利或著作权登记≥10项。

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3.青年科学家项目
3.1元素双梯度钴基复合磁体变温磁耦合机制及调控技术
研究内容:研究元素交叉梯度及界面特征对2:17R相、1:5相及复合体系的内禀磁参量的影响规律及其随温度的演变行为,澄清不同温度下钴基复合磁体磁耦合作用类型及其演化调控理论,揭示磁耦合类型、元素梯度分布和微观结构的最佳组合方式,为高工作温度磁体开发提供理论支撑。

考核指标:获得超高温稀土永磁检测技术。在室温至≥500˚C范围,剩磁温度系数|α(Br)|<4×10-4/˚C,内禀矫顽力温度系数|α(HcJ)|<1.8×10-3/˚C;无镀层状态下高低温循环热冲击50 次后,室温内禀矫顽力衰减率<20%。申请发明专利≥5项。

3.2新型高性能稀土激光荧光材料的研制与应用
研究内容:针对新一代超高亮度、超大功率激光照明对关键荧光材料的重大需求,揭示高功率密度激光激发下荧光材料的失效机制,建立科学评价激光荧光材料性能的方法;掌握激光荧光材料的可控制备技术,探索其成分、微观结构与发光效率及可靠性之间的关联关系;开展基于上述材料的白光光源应用研究。

考核指标:掌握激光荧光材料的设计准则,建立激光荧光材料的发光和可靠性评价方法;研发出≥3种新型高性能激光荧光材料;制备出耐入射蓝光激光功率密度≥20 W/mm2 的荧光材料;基于上述材料的激光白光光源的显色指数≥80、光效≥150lm/W、光通密度≥500lm/mm2、150 ℃下较室温的亮度衰减<5%。申请发明专利≥5项。

3.3新型d-f跃迁稀土发光材料的设计与应用
研究内容:面向智能透光膜及透明显示器件等领域对光转换型发光材料的迫切需求,研究湿热稳定性好、发光效率高、紫外耐受性强的新型稀土发光配合物;研制基于配体三线态的d-f跃迁稀土发光配合物,研究其在热、湿、连续辐照下的光色衰减机理,开发材料的耐候性提升技术;开发基于光转型发光材料的透明显示技术。

考核指标:研制出≥3种近紫外—蓝光激发的红/绿/蓝色新型稀土配合物材料,其外量子效率≥ 70%, 热猝灭特性≥70%@100℃,制备的三基色透明显示器件(初始亮度1000 cd/m2)连续工作1000h 后衰减<10%。申请发明专利≥5项。

3.4新型Ce基催化材料结构设计及贵金属减量技术
研究内容:探究稀土Ce基催化材料极端服役条件下贵金属团聚和失活机理;考察Ce基稀土氧化物载体与贵金属相互作用机制;基于第一性原理和分子动力学等计算模拟手段,剖析组成和尺寸等关键因素对Ce 基稀土氧化物载体高温热稳定性影响规律,幷进行结构设计和筛选,提高贵金属分散度与稳定性,减少催化剂贵金属用量。

考核指标:针对高热稳定性和低贵金属用量汽油车尾气净化催化剂等应用需求,设计出≥2 种新型Ce基催化材料结构,在目前贵金属总量水平上(40~50g/ft3),提出贵金属减量≥10%的贵金属分散技术方案。申请发明专利≥5项。

3.5稀土氧化物缺陷/空位催化作用理论
研究内容:开发稀土氧化物缺陷/空位原位定性、定量表征方法;探究稀土氧化物中缺陷/空位动态形成机制;解析材料结构、缺陷/空位与催化性能间构效关系,发展稀土氧化物缺陷/空位催化作用理论。

3.6高性能环保稀土著色剂及其绿色制备新技术
研究内容:针对传统有毒有害着色剂亟需替代的重大应用需求,开发在不使用硫化氢或二硫化碳等危化原料条件下,以稀土氧化物或含氧化合物为原料的绿色高效合成硫化物着色剂新技术;研究稀土氧化物的脱氧加硫技术及机理,探索不同稀土元素的硫化条件与产物之间的内在关系;开展稀土硫化物着色剂表面耐水修饰等应用基础研究。

考核指标:获得不以硫化氢和二硫化碳为原料的稀土硫化物绿色高效制备新技术。制备出≥3 种新型稀土硫化物着色剂材料,粒度D50≤3μm,耐光性8级,红色着色剂的红度值≥50,黄色着色剂黄度值≥80,形成≥3个场景应用。申请发明专利≥3项。

3.7超晶格稀土储氢电极材料研究
研究内容:针对节能与新能源汽车对高性能化学电源的技术需求,开发原创性的高放电容量超晶格稀土储氢电极材料,研究化学组成与热处理制度对材料晶体结构、物相演变的影响规律,探究充/放电循环过程中储氢材料的成分分布状态及其结构演变规律,开发超晶格稀土储氢材料结构和性能调控技术及其电极材料产品。

考核指标:获得高容量超晶格稀土储氢电极材料,放电容量≥370mAh/g(30℃,60mA/g 充/放);放电容量≥350mAh/g(30℃,300 mA/g 充/放),300 mA/g 充/放循环200 周后放电容量≥290mAh/g(30℃,60mA/g充/放);放电容量≥260mAh/g(-30℃和70℃,60 mA/g充/放)。申请发明专利≥5项。

3.8高性能稀土生物特种纤维及制备技术
研究内容:针对下一代高端装备对高强高韧纤维及保温功能的迫切需求,开发系列具有光热转化特性的稀土蛋白质及其高性能特种纤维材料。探索稀土结构蛋白分子高效合成以及多尺度精确组装;发掘稀土蛋白质生物合成的新方法,揭示不同稀土元素对稀土蛋白质的功能性差异影响;实现高强高韧稀土蛋白纤维材料的工程化技术突破和装备蓄热应用。

考核指标:建立稀土功能蛋白质理性设计和工程化制备技术路线;开发≥3种具有光热功能的稀土高强高韧生物纤维,光热转化效率≥30%,拉伸强度≥500MPa,杨氏模量≥10GPa,韧性≥80MJ/m3。申请发明专利≥5项。

3.9稀土掺杂高综合性能铁氧体及制备技术
研究内容:针对我国稀土掺杂高性能铁氧体研发及产业流程技术落后于国外的局面,研究Ca2+、La3+组合替代Sr2+大幅度提高M 主相饱和磁感应强度Bs 的机制和技术,研究Co2+替代Fe3+对离子电荷平衡和温度稳定性提高的作用,揭示内禀矫顽力温度系数α(HcJ)与成分和微观结构的关联。研究关键工艺参数对稀土掺杂高综合磁性能铁氧体材料微观结构和磁性能的影响。

考核指标:稀土掺杂铁氧体综合磁性能(内禀矫顽力(kOe)+最大磁能积(MGOe))≥10,其中(BH)max≥4.6MGOe,HcJ≥5.4kOe,径向收缩率SHR=(13±0.5)%,耐击穿电压V-AC≥1.8kV;获得实验室成果向千吨级生产线转化的关键技术。申请发明专利≥5项。

3.10新型稀土基多层阻抗渐变宽频吸波复合材料
研究内容:针对航空航天、国防军工对宽频吸波材料的高阻抗匹配度、高耐环境性、结构功能一体化的迫切需求,开发新型稀土掺杂磁性金属或铁氧体吸波层,与阻抗匹配层、高耐环境性树脂分层层级构筑复材,阐明稀土占位、价态、晶体结构对其成相规律、共振频率及高频电磁参数的影响,揭示阻抗匹配层与电波吸波层的匹配及协同作用机制;实现稀土吸波结构功能一体化复材的设计、可控制备及环境应用,建立多层阻抗渐变模型。

考核指标:获得≥2种稀土掺杂的高频阻抗渐变吸波复合材料;工作频率达到2~18GHz,有效吸收频宽(RL<-10 dB)>10GHz,最大垂直反射率<-30dB,且在盐雾、氧化等恶劣环境下(70天内)仍能保持90%的宽频吸波性能。

3.11稀土基化合物相平衡和相结构的高通量实验测定
研究内容:利用材料基因组工程的“扩散多元节”高通量实验技术,实验测定稀土基三元体系的相平衡、组织结构及凝固路径,获得稀土化合物晶体结构及相平衡的准确信息,揭示稀土基材料的成相规律和稳定条件。根据相平衡、组织结构及凝固路径等的实验参数,采用国际先进的相图计算(CALPHAD)方法,构建相图热力学数据库。

考核指标:建立Nd-Dy(Tb)-Y(Sm)-Fe-B稀土基合金体系的原子迁移率耦合热力学描述,获得合金微观组织与凝固速率的关系,建立稀土基多组元合金体系的相图热力学数据库。申请发明专利≥5项。

“稀土新材料”重点专项2021年度项目申报指南(一):http://www.ctia.com.cn/news/74190.html

“稀土新材料”重点专项2021年度项目申报指南(二):http://www.ctia.com.cn/news/74200.html

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