中國粉體網(wǎng)訊  在材料科學與冶金工程領(lǐng)域的前沿探索中，武漢科技大學省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室（以下簡稱“實驗室”）以其卓越的科研實力、突出的創(chuàng)新成果，成為推動行業(yè)進步的重要力量。

省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室于2013年12月由科技部和湖北省人民政府批準依托武漢科技大學建設，2014年正式掛牌成立。它是在耐火材料與高溫陶瓷省部共建國家重點實驗室培育基地（2003年）和鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點實驗室（2005年）基礎上建設發(fā)展起來的，依托材料科學與工程、冶金工程、礦業(yè)工程、機械工程、化學工程與技術(shù)等湖北省重點學科，學科基礎極為堅實。其中，材料學為國家重點（培育）學科、湖北省優(yōu)勢學科，擁有從本科到博士的完整人才培養(yǎng)體系以及博士后科研流動站，為實驗室持續(xù)輸送著大量專業(yè)人才。

實驗室以高溫工業(yè)為背景，以耐火材料與冶金為特色，緊密圍繞國家節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展要求，針對行業(yè)及地方經(jīng)濟建設中的關(guān)鍵、重大和共性問題開展科研工作。從國家“六五”計劃起，就深度參與耐火材料領(lǐng)域的所有重大科研項目，先后承擔并完成了國家科技攻關(guān)（支撐）、國家“973”、國家“863”等眾多項目。截至目前，已擁有126項國家發(fā)明專利，近5年斬獲7項國家科技獎，科研成果轉(zhuǎn)化率高達80%以上，這些成果廣泛應用于鋼鐵等行業(yè)，有力推動了產(chǎn)業(yè)升級。

根據(jù)官網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，近年實驗室獲得國家和省部級獎勵40余項，其中國家技術(shù)發(fā)明二等獎4項；國家科技進步一等獎1項、二等獎5項；湖北省科技進步一等獎9項、二等獎6項、三等獎3項等眾多獎項。2012年被科技部評為“優(yōu)秀省部共建國家重點實驗室培育基地”，2013年被人力資源和社會保障部、中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會授予“全國鋼鐵工業(yè)先進集體”。

核心研究方向與成果突破

在研究方向上，針對國家節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展重大需求，綜合國內(nèi)外耐火材料與鋼鐵冶金領(lǐng)域的最新進展與發(fā)展趨勢，結(jié)合湖北經(jīng)濟建設發(fā)展規(guī)劃，實驗室確定了四大主要研究方向。

一是耐火材料設計理論與制備技術(shù)，通過耐火材料在微納米尺度非均一化設計和控制新理論，創(chuàng)新性地提出分步控制技術(shù)、原位控制技術(shù)和隔熱控制技術(shù)，自主研發(fā)了方鎂石-復合尖晶石材料、TiN/Sialon復合耐火材料等新產(chǎn)品，并在30余家大中型鋼鐵、水泥企業(yè)廣泛應用。

二是耐火材料高溫服役行為及功能化，全面深入研究爐襯材料微結(jié)構(gòu)、服役過程中熱機械應力與溫度場關(guān)系、耐火材料與熔體相互作用，建立直接—間接侵蝕理論，開發(fā)微孔致密高強等關(guān)鍵技術(shù)，解決了傳統(tǒng)鋼鐵冶金設備中耐火材料的諸多問題，相關(guān)技術(shù)在耐火材料企業(yè)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，產(chǎn)品用于56家鋼鐵企業(yè)，提升了設備壽命和鋼質(zhì)量。

三是冶金過程理論與高性能鋼鐵材料，研究耐火材料與鋼水作用機理等，首次發(fā)現(xiàn)液相隔離層，提出耐火材料參與冶金過程促進鋼水凈化理論，開發(fā)鋼包爐襯無碳長壽化等技術(shù)及新產(chǎn)品，在國內(nèi)企業(yè)推廣應用，提高了鋼的潔凈度。

四是特色冶金資源高效利用，提出利用鋼中微納米級粒子控制焊接接頭性能理論，研發(fā)相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)大線能量焊接用鋼創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化；基于含釩頁巖研究，建立石煤自催化-高效解離理論，首創(chuàng)提釩新方法，實現(xiàn)節(jié)能減排和降耗增效。

值得一提的是，武漢科技大學省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室、先進材料與納米技術(shù)研究院霍開富教授團隊，在先進能源材料和儲能技術(shù)方面也取得了系列重要研究進展。

針對合金型負極材料在循環(huán)過程中大體積變化導致的巨大應力問題，該研究團隊在前期三維蟻巢狀多孔硅研究基礎上（Nature Communications, 2019, 10, 1447），設計和制備出三維微納分級結(jié)構(gòu)多孔鍺（p-Ge）。這項工作為設計高性能、低體積膨脹的合金負極提供了新的見解。

微納分級多孔Ge電化學儲鋰優(yōu)勢和服役機制圖

針對多孔硅表面離子傳導率低以及界面不穩(wěn)定等問題，該研究團隊在多孔硅表面設計MgSiN₂功能層，充放電過程中在多孔硅表面原位構(gòu)筑高離子電導率Li₃N 和Li-Mg合金復合界面，增強多孔硅界面離子傳導率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提升其電化學儲鋰性能。通過原位/半原位實驗表征手段，揭示了MgSiN₂功能層電化學轉(zhuǎn)化機制。這項工作為硅基負極材料的界面設計提供了新途徑。

pMSi@MgSiN2合成與服役機制圖及儲鋰性能

針對鋰硫電池中多硫化物穿梭和反應動力學緩慢等問題，該研究團隊設計了一種新型三維分級的莫特-肖特基電催化劑，利用碳的多重空間限域效應抑制LiPS穿梭，莫特-肖特基電催化劑及自發(fā)的電荷重構(gòu)促進反應動力學。

莫特-肖特基電催化劑增強硫電化學轉(zhuǎn)化機制圖

MoN和MoC是具有代表性的金屬氮化物和碳化物，然而，二維平面內(nèi) MoC/MoN異質(zhì)結(jié)的可控制備和贗電容存儲性能目前尚未見報道。該研究團隊發(fā)展了熔鹽輔助合成方法，可控制備出二維MoC/MoN納米片，并通過原位紅外、拉曼光譜、石英微晶天平研究了MoC/MoN電容性能，揭示 MoC/MoN 的贗電容來自氫離子與Mo-N的嵌入和脫出，為開發(fā)高性能過渡金屬氮化物電極材料提供理論指導。

二維MoC/MoN面內(nèi)異質(zhì)結(jié)與界面作用示意圖及相應體積容量

針對商用碳酸酯基電解液與高活性鋰負極和高壓正極兼容性差，導致電池失效，甚至引發(fā)安全事故的問題，該研究團隊提出了DME和LiNO₃雙添加劑調(diào)控溶劑化結(jié)構(gòu)的策略，在正負極表面形成穩(wěn)定的電極-電解質(zhì)界面，有效抑制電化學過程中電極與電解液之間的副反應。

安全、高壓電解液雙向調(diào)控正負極界面示意圖

人才領(lǐng)航，設備助力：實驗室創(chuàng)新發(fā)展的兩翼

實驗室擁有一支高素質(zhì)的科研人才隊伍。由4名教育部新世紀人才、10名湖北省“楚天學者”領(lǐng)軍，團隊匯聚眾多優(yōu)秀科研人員，其中8人享受國務院政府津貼。團隊成員在國際學術(shù)舞臺十分活躍，在國際學術(shù)會議中擔任學術(shù)委員和分會主席達38人次。同時，實驗室注重后備人才培養(yǎng)，通過舉辦材料學部第四屆耐火材料研究生學術(shù)論壇等活動，提升研究生科研熱情與學術(shù)能力。

在科研設施建設上，實驗室大力投入，主要建設精細表征公共設備平臺、綠色功能型耐火材料特色設備平臺、高端金屬材料特色設備平臺三大公共設備平臺，并計劃投入15502.29萬元購置雙球差校正300kv透射電鏡、三維原子探針等21臺（套）重大科研儀器設備，提升科研能力。

交流合作

作為國際耐火材料研究與教育聯(lián)盟（FIRE）中唯一的中國高校成員，實驗室積極開展對外交流與合作。與武鋼、寶鋼、攀鋼、濮耐等國內(nèi)大中型企業(yè)建立穩(wěn)定合作關(guān)系，與美國、德國等國家和地區(qū)的科研機構(gòu)及公司廣泛交流合作，多次舉辦國際國內(nèi)學術(shù)會議。首席教授李楠榮獲國際耐火材料最高榮譽——國際耐火材料學會杰出終身會員，提升了實驗室國際知名度。在國內(nèi)，與黃岡市等地方企業(yè)緊密合作，促進科技成果轉(zhuǎn)化。

展望未來，武漢科技大學省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室將繼續(xù)秉持創(chuàng)新精神，不斷提升科研實力，加強人才培養(yǎng)與國際合作，在材料科學與冶金工程領(lǐng)域持續(xù)深耕，為推動行業(yè)發(fā)展、服務國家戰(zhàn)略貢獻更大力量。

參考來源：武漢科技大學、省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室官網(wǎng)

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思)

注:圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除!