微/纳结构材料热物性表征仪器产业化

项目所属单位:

中国科学院工程热物理研究所

项目现状:

完成中试，已投700万现金，中试中微/纳材料热物性测量精度：+/- 5%，综合水平市场上最高。

项目基本信息

联系人姓名:

邱琳

职务:

助理研究员

联系电话:

13811289079

邮箱:

qiulin@iet.cn

所属行业基本信息

项目所处行业现状、规模、行业未来3年左右的增长潜力和预计增长速度：

微/纳米材料热物性的准确表征在众多工业领域中拥有重大需求。但是，微纳尺度下的物性测量本身难度就很大；同时，各工业领域中的材料种类繁多，结构和特性各异，尺度跨度也较宽，而对不同种材料、不同结构及尺寸的材料都需要有针对性的选择测量方法及技术路线，因此，实现对微/纳米材料体系热物性的表征在测量原理、技术方法及功能集成上都有众多难点需要突破。目前国内外均没有成熟的仪器可以满足上述需求。

核心技术

项目核心技术概述：

在国家重大专项“核心电子器件高端通用芯片及基础软件产品”、“极大规模集成电路制造技术及成套工艺”、“载人航天与探月工程”、“大型飞机”、“燃气轮机（航空发动机）”等项目中，热障涂层、热界面、金属/半导体纳米薄膜、多孔介质等新材料的应用，对这些重大项目的推进起到了无法替代的作用。这类材料往往与散热、热防护、隔热、蓄热、强化传热等热问题息息相关。例如，航空发动机、燃气轮机、飞行器等的热防护问题；大功率电子芯片、大功率激光器等的散热问题；热电材料的热电转换效率提高、高效率蓄热、锅炉的高效化、高性能保温材料等的强化传热、蓄热及隔热等问题。因而这些材料传热性能是否合适对项目能否顺利完成起着关键的作用。因此，准确的热物性测量方法必不可少。然而这些新材料绝大多数具有微/纳尺度结构，目前国际上对于微纳米尺度材料的热物性测量技术都还停留在实验室水平上，市场上尚无满足要求的仪器产品，使得这项工作无法开展。

应用具有自主知识产权的双波长飞秒激光抽运-探测热反射法测量技术，研发用于微/纳结构材料热物性精确测量的商业化仪器。该仪器适用范围将覆盖纳米～块体尺度范围的各种类型材料，填补国际纳米结构材料热物性表征仪器仪表行业的空白。为我国航空航天、工业节能、微电子及光电子领域中存在的散热、隔热、蓄热等瓶颈问题提供有效解决方案及重要技术支撑。

项目技术的独创性、先进性及创新点：

工程热物理所开发的微/纳结构材料热物性表征仪器已经完成中试，技术成熟性和实用性方面居于国际领先地位，并且具有国家正式授权的自主的知识产权的专利。仪器中激光的产生采用Spectra Physics的钛宝石飞秒激光器，脉冲宽度<100fs，可以用于百飞秒至纳秒时间尺度上的传热过程的观测及纳米结构材料热物理性质的测量。采用双波长飞秒激光-抽运探测技术实现微/纳结构材料体系热物性表征，开发出稳定、可靠的仪器，并使其工程化、标准化、产业化。利用飞秒激光的超高热流密度及超短脉冲的特点，可实现其他热物性测量仪器所无法达到的纳米尺度空间分辨率；利用抽运光与探测光不同波长的特点，将现有单波长系统信噪比提高三个数量级，大幅度提高测量精度；将飞秒激光抽运-探测系统与高精度电控位移平台相结合，实现二维扫描热成像。中试过程中对界面材料、纳米金属薄膜、半导体薄膜、多孔介质、纳米线阵列材料及界面热阻等一系列微/纳结构材料热物性表征及微米级扫描热成像的究方面取得了多项创新成果，并创造了多项国内外研究记录。项目产业化仪器装备主要应用领域为航空航天、微电子/光电子以及工业能源等涉及国家安全、能源、电子信息等与国计民生紧密相关的重要工业领域。在航空航天飞行器、能源利用、电子信息等领域的产业化应用，将能极大程度的提高国内上述战略性领域技术在国际上的地位，在国家安全、节能减排、信息产业关系我国民生的战略性产业领域取得重要突破，因此具有极大地应用前景。

知识产权

已获得知识产权情况，包括已获得的数量、名称、类型等：

授权专利33个，其中发明专利12个

三年内研究开发内容计划

未来2-3年内项目技术研究开发要做的工作及预期达到的效果：

计划通过投资总计1600万元，争取政府资金支持800万元-1000万元，建设1-2条整机生产线，以下为投资计划：

第一年投入：

购入数控加工设备180万，车间改造、模块试制、调试运行费用220万，其它 100 万

第二年投入：开发机壳 100 万，模块试制、调试运行费用200 万，其它 100 万

第三年投入：模块试验，总装试制 150 万，50平净化室改造30万，培训及其它 120 万

第四、五年人员差旅、应用单位安装运行、生产制造100万； 

自留一台培训、测试、改进样机一台成本约300万。

团队介绍

项目团队人数及核心技术人员简介：

实验室总人数41人，在读研究生24人。

基本财务状况

过去2年项目研究开发经费投入情况：

  500余万元

未来3年项目研发生产投入情况及收入、净利润等主要科目的财务预测：

计划通过投资总计1600万元，争取政府资金支持800万元～1000万元，建设1-2条整机生产线，产品产业化之日起后 5年的经济效益预测，第五年可以实现4000万的净利润，第10年可实现毛利润8000多万。