科创中国

       激光探测器是利用激光对目标进行探测指示、测距的仪器，并且还具有制导的功能，无论在军事应用方面，还是在科学技术、生产建设方面，都起着重要作用。由于工作环境的复杂性，激光探测器的服役过程中受环境温度影响，当环境温度发生变化时，大部分材料都会表现出正常的热膨胀，即热胀冷缩，材料的热膨胀会导致零件的大小和形状发生变化，对激光探测器光学系统的性能产生很大影响。为保证测量精度，要求激光发射光路、接收光路和激光瞄准光路始终共轴。在激光探测器中，光学镜片通常由镜架支撑，起到固定的作用，镜片一般为光学玻璃材料，而大多数镜架等光机械部件是由铝、黄铜或不锈钢等金属制品制成的，它们之间热膨胀系数不匹配，机械部件会对镜片产生热应力，间接的影响其光学性能。而当环境温度发生变化时，一个稳定的镜架将会改善光学系统的性能。因此需要尽量减小由于光机械部件热膨胀带来的影响。负热膨胀材料的发现为此带来了契机。可以将负热膨胀材料制备成热膨胀“缓冲区”器件，对热膨胀进行补偿，达到整体零膨胀效果，减小并消除两者之间的热应力，从而提高激光探测的精度。

性能指标：

       可应用于激光探测器的脉冲激光光路中的负热膨胀器件，在-60～+60℃范围内，线膨胀系数αl优于-30 ppm/K。

技术优势：

       将负热膨胀材料与光机械部件材料等结合，制备成规定的形状，通过线膨胀仪，精确得到复合材料的热膨胀系数，从而对材料热膨胀调控提供实验支撑，解决材料热膨胀不匹配问题，防止热膨胀影响脉冲激光光路的准直度，从而提高激光探测器测量精度。

成果亮点：

      1. 计划申请国家发明专利及PCT国际专利各一项。

      2. 技术先进性：本团队从事负热膨胀材料研究近二十年，在负热膨胀材料领域处于国际领先地位。激光探测器是利用激光对目标进行探测指示、测距的仪器，对激光光路精确度有很高的要求，材料的热膨胀会导致激光光路发生漂移，严重影响探测精度，本成果针对激光探测应用，制备具有巨大热膨胀系数的器件，作为热膨胀“缓冲区”，对热膨胀进行精确补偿，达到整体零热膨胀效果，从而提高激光探测的精度。

       在激光探测器中，光学镜片通常由镜架支撑，起到固定的作用，镜片一般为光学玻璃材料，而大多数镜架等光机械部件是由铝、黄铜或不锈钢等金属制品制成的，它们之间热膨胀系数不匹配，光机械部件会对镜片产生热应力，间接的影响其光学性能。而当环境温度发生变化时，一个稳定的镜架将会改善光学系统的性能。例如，使用热稳定镜架的激光器的功率稳定性比使用劣质镜架的激光器更好。因此需要尽量减小由于光机械部件热膨胀带来的影响。负热膨胀材料的发现为此带来了契机。本团队研究的巨大负热膨胀材料在激光探测器中具有独特的不可替代的作用。

       陈骏，教授，博导，北京科技大学数理学院院长，本团队现有教授2人，副教授4人，讲师1人，博士后1人，博士生、硕士生30余人。团队长期从事磁电功能材料结构及成分设计，热膨胀可控的功能材料及应用，新型能源存储与转换材料与器件研究。本团队在负热膨胀研究方向承担了多项科研项目，在Science、J. Am. Chem. Soc.、Phys. Rev. Lett.等学术期刊发表与功能材料相关学术论文百余篇。为开发满足市场应用需求的负热膨胀化合物，团队对不同体系的材料进行了系统的研究，体系涵盖氧化物、氟化物、金属间化合物、普鲁士蓝等。从化学键、晶体结构、局域结构、点阵动力学等方面研究了负热膨胀机理，实现了负热膨胀性能有效调控，并成功开发了多种具有应用潜力的负热膨胀新体系。

      热膨胀是自然界普遍现象，热膨胀行为对材料、机械、光学、冶金等领域结构及功能材料具有重要的影响，热膨胀系数不匹配常造成器件阄裂失效等问题，在诸多应用领域中，如精密加工、半导体集成电路、电子封装材料、工业耐火材料等，热膨胀系数调控是关键问题。随着科技发展，人们对太阳、海洋及地矿资源的探索越来越深入，需要在极端条件下服役的设备越来越多，对材料热膨胀性调控提出越来越高的要求。热膨胀性能调控具有巨大市场应用前景，单就集成电路而言，电子封装材料是其重要的一环，2019年集成电路进口总额是原油的1.8倍，研发具有优异性能的电子封装材料具有重要现实意义与经济价值。基于负热膨胀材料开发零热膨胀材料具有非常大的经济价值，如著名的因瓦合金（Fe_0.65Ni_0.35）具有接近于零的热膨胀系数（α_l = 2.0 ppm/K），在1897年发现之后广泛应用于机械制造与精密仪器等行业关键零部件，发现者Guillaμme也因此突出贡献获得了诺贝尔物理学奖。微晶玻璃具有低热膨胀、耐高温、耐热冲和透明性，可用于制造天文望远镜、炊具、高温热交换器、实验室加热器具等。低膨胀堇青石广泛应用于汽车尾气净化载体、炊具餐具、金属表面耐火涂层、激光反射镜、汽轮机热交换载体等。可见，负热膨胀材料在电子、精密探测、能源、机械等新材料设计与制造领域具有广泛的需求与经济社会效益。

合作方式：整体转让、技术许可、作价入股、合作开发

推广应用情况：与激光探测器公司开展合作研究。

期望技术转移成交价格（大概金额）：500万。