针对国内纳米粉体品质低、成本高、生产效率低的行业痛点，辽宁省能源材料及器件重点实验室从装备和工艺两方面入手，通过一系列的技术改进成功研发了具有自主知识产权的高品质、低成本、高效率等离子体蒸发纳米粉体量产装备及工艺。其工艺流程实现了从原料到成品的自动化生产。目前，纳米粒子连续量产中的一系列关键技术，如弧源控制、电流电压设置、集粉技术、钝化工艺、粒子粒度及形貌控制等已被攻克，并实现了各类纳米粉体的日公斤级量产。通过设计气相或液相反应，实现了纳米粒子结构的动态调整及成分再造。解决了纳米粒子的低成本、大规模、结构可控生长中的关键工程问题，满足大批量、高品质、低价格纳米粉体供应的市场需求。
本实验室以纳米粉体产业化生产为切入点，突破纳米粉体品质、成本、规模三大发展瓶颈，联合了国内外装备、技术、应用开发，目前已成功应用于磁流变液关键材料、高性能气凝硅/碳锂离子电池负极材料、高性能富锂锰基锂离子电池正极材料以及纳米改性低温橡胶，后期将逐步开拓航空航天、军事防卫、物理储能、生命医疗、化学催化等领域。建立涵盖材料、应用、装备开发的综合产业平台，助力国内制造业升级。
图1. (1) 金属单质及多元合金纳米粒子粉体 (Fe, Ni, Sn, Fe-Sn, Ni-Si等)； (2) 碳材料 (石墨烯、碳纳米管)；
(3) 多形态硅纳米粉体； (4) 碳包覆复合纳米粒子粉体、 (Fe@C, Sn@C, Fe-Sn@C等)；(5) 非金属纳米粒子粉体 (SiC, TiC, TiN, TiO2)
成本与寿命是制约燃料电池大规模商业化的主要瓶颈。其中双极板是燃料电池重要组成部分之一，成本占燃料电池总体40%-50%，严重制约燃料电池的大规模应用。不锈钢双极板在成本和加工成形方面具有优势，但其易腐蚀的特点严重影响燃料电池的导电性和耐久性。面向我国在氢能新能源汽车技术重大需求，辽宁省能源材料及器件重点实验室专注于燃料电池双极板改性专用导电耐蚀精密涂层的材料、工艺及装备开发，利用脉冲偏压电弧离子镀技术涂镀碳铬纳米复合薄膜进行表面改性处理不锈钢双极板，其在导电、耐蚀及疏水等性能指标上均达到国际领先水平，实验室为了整体提高涂层质量的产量，目前已开发出满足年产数万片加工需求的生产线，产能为：每1.5小时1炉；每炉双面镀40片，单面镀80片；每天400-500片，每月1万片以上的连续生产能力。为我国氢能新能源汽车从原创到产业化全过程自主创新起到关键的技术支撑作用。
高效散热，耐盐雾腐蚀是电子信息、航空航天、安全储能等领域面临的核心问题。铝合金因具有优异物理特性与低廉的成本，成为高发热率部件最佳的壳体材料。但铝合金的辐射散热能力很差，无法满足工程散热需求。针对上述问题本团队通过电弧离子镀技术设计一种双层结构涂层，利用钛合金强的耐盐雾性能，结合非晶碳与纳米金属复合高导热率、高辐射率以及超疏水性能，将高温器件的表面热量传入涂层中，并以红外线的方式向外界辐射，加快器件与外界的热量交换，降低器件表面和内部温度，从而达到提高器件的稳定性和使用寿命的效果，实现了非高温下、辐射冷却理论应用领域创新突破，为热管理开辟了辐射冷却新途径。
应用上，经过涂层改性制备的电网3型与2型散热片实际应用效果显著，CPU在100%用量情况下，温升始终控制在94℃内，最优样品可以控制在92℃以内，满足应用需求。国标耐盐雾96 h测试标准下，样品表面无任何腐蚀现象。
本团队目前在改性涂层材料和制备工艺取得重要进展，可针对不同规格散热基片需求设计加工专用涂层生产加工线，实现不同种类高耐蚀强散热涂层量产加工，以满足各领域面临的普遍散热需求。
目前，国产超级电容器电极薄膜材料质量和性能与国外相比有较大的差距，如何提升产品性能、降低成本、提高工艺制备水平等都是业内十分关心的痛点问题。膜电极制备最难的是几乎没有“现成”的设备及工艺可以采用，针对该问题辽宁省能源材料及器件重点实验室研究团队成功研发出磁控溅射卷绕式连续生产技术用以生产超级电容器薄膜电极材料。采用等离子体物理方法及后期化学控制改性，设计制备无添加剂的大面积单组元或多组元超级电容器电极薄膜材料，利用磁控溅射的原理，在真空条件下通过将材料供给到靶材上，产生等离子体并利用磁场控制等离子体的运动，从而将靶材上的材料溅射到卷绕的基材上形成膜层。该技术有如下特点：（1）可以生产高纯度、高膜质量的薄膜电极材料，且具备较高的生产效率；（2）可以将多种不同的材料制成复合薄膜电极，允许多个镀膜源(金属、合金、介电材料)同时镀膜，各功能性膜层可以在一台高度集成的多腔室设备中，在不破真空的条件下，一步工序完成生长，改善电极材料的特性和性能；（3）精细控制薄膜材料成分及结构，工艺制程的精确控制，采用双向绕卷设计，完成关键电极材料规模化连续生产工艺，实现超级电容器高功率电极材料量产。同时该连续镀膜系统也适合光伏、半导体等各领域镀膜加工生产线。
图1. 磁控溅射生产薄膜电极机理图及卧式连续卷绕镀膜设备（生产线物图由装备合作伙伴沈阳北宇真空设备公司提供）
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