科技新星—邱琳—2020120

20240717

科学研究和技术服务业

现有基础包括： （1）谐波法跨尺度材料热物性测试仪（包含高精度控温系统、真空腔及抽气系统、独立型传感器、特殊材型样品座、可视化观察记录系统及配套的数据自动采集与控制软件）样机1套，具体指标：（a）高精度测温控温系统温度范围：-60—75℃，控温精度：+/-1℃，（b）独立微型探测器可用于块体材料、粉体、流体、薄膜、及各向异性材料，丝状材料（碳纤维等）的特殊加工样品座。（d）真空腔及抽气系统，根据客户要求可配备相应观察窗及观察设备，腔内容积约1000 cm3，极限内部压力为0.1 Pa。（e）针对不同类型的样品开发专用测试及控制软件，提高测量精度，同时也方便仪器操作，实现人性化。 （2）具备热物性测量功能（性能等），具体指标：可测参数包括热导率、热扩散率及比热，达到各类样品综合测量精度+/-9%。 具体实现的热物性测量功能为： 开发的基于独立型传感器的谐波法热物性测量系统明晰了包含单元体及界面的一维组装结构传热的尺度效应，构建了一维“纳米管—微米纤维”跨尺度结构传热模型；发现了纳米管组装成阵列后顶部界面引入的传热尺度效应，提出了二维“微米界面—毫米阵列”跨尺度结构的热物性测量方法；柔性传感器可以为实现直接在活体内测量生物体的柔软、弯曲组织的热物性创造机会。在成果推广及应用方面，谐波法已形成了设备并推广到了市场，与市场同类型设备相比，测量的材型以及热物性参数种类更多、热导率测试范围更广（0.015-3400 W/m·K）；尤其解决了单根纳米管、单根微米纤维、各向异性纳米薄膜的热物性测量难题，弥补了市场上同类型设备的不足。

（1）资金要求 启动资金：合作方需提供至少人民币500万元作为项目启动资金，用于初期研发、设备购置及市场推广等。 持续投资：预计项目运营前三年内，合作方需保证每年不低于人民币100万元的持续投资，以保障项目的稳定发展。 （2）场地要求 实验室空间：提供至少100平方米的实验场地，具备良好的通风、恒温控制条件，以及必要的防震设施。 生产车间：规划不少于500平方米的生产车间，满足未来规模化生产的需要，具备完善的安全生产条件。 （3）设备要求 基础设备：合作方应配备或承诺购置必要的基础实验设备，如高温炉、精密电子测量仪器、计算机控制系统等。 专业设备：根据项目需要，可能还需引进特定的高精度测试设备和分析仪器，以进行不同材料的热物性测试的对比。 （3）人员要求 技术团队：合作方需组建一支由热物理学、电子信息学、自动化工程等相关专业背景的科研人员组成的技术团队。 管理团队：提供经验丰富的企业管理人才，负责项目的日常运营管理和市场拓展工作。 （4）合作模式 技术授权：我们愿意通过技术授权的方式，允许合作方独家或非独家使用我们的热物性测试技术。 联合研发：双方可以成立联合研发中心，共享资源，共同推进新技术的研发与应用。

仅限国内转让

国内外同行对谐波法技术的探索普遍着重探究了其对微尺度材料的适用性，对于跨尺度测量适用性的探索相对匮乏。跨尺度结构中广泛存在的界面引发热能传递规律明显区别于单一尺度结构的情形，例如纳米管组装的微米纤维传热不再由单个纳米管的导热性能决定，而是由纳米管间的界面热导主导；纳米管组装的宏观阵列与热沉的传热也不再依赖于阵列的导热，而是受到阵列与热沉的微小界面处的热阻的主导。纳米管间以及纳米管与热沉间的界面传热的实验测量极具挑战，准确描绘跨尺度结构的热物性参数变化规律十分困难。 研发的谐波法热物性测量系统可以实现科学研究领域中的热物性技术开发和技术服务，其预期效益主要为：（1）新型热物性测量系统通常具有更高的精度和稳定性，能够快速准确地测量不同物体的热导率和热扩散率等参数，这将大幅提高科研工作者在材料科学、能源科学等领域的研究效率和数据质量。（2）精确的热物性数据对于理解材料的物理行为和开发新型高性能材料至关重要。热物性测量系统的改进有助于推动不同学科之间的交叉合作，加速新材料的发现和应用。（3）热物性测量系统的技术进步可以支持航空航天、汽车制造、电子器件等高端装备和技术的研发，尤其是在极端环境下的材料性能评估方面。（4）研发的热物性测量系统可以作为专业服务提供给其他科研机构和企业，帮助他们进行材料测试和性能评估，从而收取服务费用（预计费用：单件材料>200元）。（5）通过与高校和研究机构的合作，可以共同推进技术的进一步发展和应用，同时为企业带来新的技术解决方案和产品创新。（6）随着技术的成熟和市场需求的增长，热物性测量系统本身也可以成为新的产品线，进入商业市场，为开发者创造经济收益（单套系统预计价格>80万元）。（7）通过提供先进的测量工具和服务，可以提升国内科研机构在国际上的竞争力，加快科研成果的转化和产业化进程。

科技新星

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

前沿科学技术的探索需要具有能够挑战极限参数的尖端科学实验仪器，同时功能性先进材料及器件的应用需要传统的单一尺度热物性测量技术朝着以从宏观尺度延伸到纳米尺度为特点的跨尺度测量技术的方向发展。跨尺度热物性测量问题的解决在现代“大国之争”中具有特殊重要的战略地位，应该给予充分的重视。基于频域内谐波信号高灵敏高精度的特性，谐波法测量技术在微纳米及宏观材料的热物性表征的优势日益凸显。 谐波法就是以3ω法为基础的方法统称，也包括在传感器上角频率为ω的倍数的方法。该方法对传感器在角频率为1ω的正弦交流电驱动下，传感器测量单元产生2ω的温度波动，在谐波和焦耳加热的作用下，其产生的温升为T(t)=T0+??Tei2ωt，其中i为虚部。在较小的温度范围内，金属带的电阻也以2ω的频率波动，由此产生的三次谐波电压（U3ω）包含与样品热物理性质有关的信息。3ω法在不同类型材料和热物性参数的测量上均有较为广泛的应用案例。 针对纳米材料热物性表征困难、精度较低、成本较大的问题，研究综合谐波法技术，研制谐波法测试系统（包含高精度测温控温系统、压力控制测量系统、真空及配气系统、独立的微型谐波探测器、可视化观察记录系统、恒温恒压容器及配套的测试与控制软件）样机，面向高精度测温控温系统、压力控制测量系统、真空及配气系统、独立的微型谐波探测器、可视化观察记录系统、恒温恒压容器及配套的测试与控制软件领域开展宽材型、多参数的测量应用，达到高精度测量效果。其关键性技术指标包括： （1）高精度测温控温系统温度范围：-20—600℃，控温精度：+/-1℃。 （2）压力控制测量系统控压范围：0.1Pa—10M Pa。 （3）独立微型探测器可用于体材料、粉体、流体、薄膜、透光材料及各项异性材料，丝状材料（碳纤维及碳纳米管等）需将自身做为探测器及加热器。 （4）恒温恒压容器根据客户需求进行设计。对于高温、高压等极端条件，测量过程中有时需要对样品状态进行检查，根据客户要求可配备相应观察窗及观察设备。 （5）针对不同类型的样品开发专用测试及控制软件，提高测量精度，同时也方便仪器操作，实现人性化。 （6）具备热物性测量功能（性能等），具体指标：可测参数包括导热系数、热扩散率及比热，达到各类样品综合测量精度+/-5%。 开发的基于独立型传感器的谐波法热物性测量系统明晰了包含单元体及界面的一维组装结构传热的尺度效应，构建了一维“纳米管—微米纤维”跨尺度结构传热模型；发现了纳米管组装成阵列后顶部界面引入的传热尺度效应，提出了二维“微米界面—毫米阵列”跨尺度结构的热物性测量方法；柔性传感器可以为实现直接在活体内测量生物体的柔软、弯曲组织的热物性创造机会。在成果推广及应用方面，谐波法已形成了设备并推广到了市场，与市场同类型设备相比，测量的材型以及热物性参数种类更多、热导率测试范围更广（0.015-3400 W/m·K）；尤其解决了单根纳米管、单根微米纤维、各向异性纳米薄膜的热物性测量难题，弥补了市场上同类型设备的不足。该套测量方法体系受到了企事业单位及科研院所的广泛认可，获得了中关村管委会的专项经费奖励50万元。研制的谐波法热物性测试仪器在国家石墨烯产品质量监督检验中心、北京市科协、中山大学、上海应用技术大学和利兹大学（英国）等单位成功示范应用，并为近30家单位提供热物性测试服务，签订合同总额超200万元，测试对象涉及碳纤维、碳纳米管纤维、碲化铋纤维、苝-六氟磷酸盐晶体纤维、涂层、纳米薄膜、电池漆皮等常规技术难以测量的热功能材料，使谐波法在实际生产应用中初步体现出价值。