工业级纳米纤维材料

1、英国技术项目（二）（牛津大学国际技术转移中心）一、手持式3D扫描仪随着最近3D打印在世界范围内的兴起，3D应用在游戏、艺术、产品设计、消费者市场和制造业等领域的需求得到了前所未有的增加。世界3D打印市场预测到2017年将达到50亿美元的规模。但是制作出用于3D打印或游戏中高质量的3D图像是非常耗时和成本高昂的，目前手持式3D扫描仪造价已经超过了一万五千美元，高于绝大多数独立游戏开发商、设计师和艺术家能够承担的范围。该款来自英国的手持式3D扫描仪，是世界上第一款能够在几秒时间里结合预先校准的立体照相机和光度成像技术去捕捉和处理文件的的扫描仪。它能够捕捉和提供极高质量的3D造型和色彩，可广泛应用于

2、各种具有创造性的领域，目前正在寻求中国市场商业扩展合作伙伴。该3D扫描系统能够分解含有大量物理和颜色度量的完全3D表面，然后能够从任何方向进行观察、编辑，并能够作为3D打印或在屏幕上操作的源文件。传统的3D手机或数码照相机所应用的技术是立体成像；它利用两个照相机视角，分别作用于每只眼睛，在立体屏幕上显示所谓的3D图形，以产生具有深度的印象。与之相反，该项3D扫描系统技术创新的核心是将几何形状和光度立体技术相融合，并仔细地调整，以捕捉高分辨率的3D颜色图像。该系统提供了能够捕捉目标物体真正的3D几何形状和全彩色的机会，可应用于任何非医学领域。该技术也从本质上擅长于捕捉其他有机和无机物具有高度网纹

3、的表面。一旦使用该扫描仪得到原始图像数据，并通过专用软件，所有的物体信息将被转化成真正的3D颜色几何数据；该扫描仪将配套专用的软件，并且只需要普通的计算机配置即可使用（苹果操作系统或者Windows7操作系统或以上，2GBRAM,双核处理器）。该3D扫描仪具有的优势： 成本优势：最明显的，该3D扫描仪的价格是同质竞争对手的十分之一。简单易用，手持式，瞄准然后按快门操作，与普通数码相机一样。 更加先进的功能，高分辨率，真正的3D几何形状捕捉，全色彩。该3D扫描仪适用于有需要快速创建3D模型的任何用户，是广泛工业领域中的客户的理想工具，包括大规模个性定制、游戏、动画、艺术或者任何其他创意产业开发者

4、。该3D扫描仪尤其在捕捉下述的物体和表面具有优势： 皮肤，比如脸部和身体部位 布料 有机物，比如植物、叶子 石头、石工、砖头,食品 艺术品，比如有织纹的油画、雕塑二、新型引擎传动设计这是一种用以设计汽车和其他应用上的传动系统新方法。该系统让没有传送带及环形室的齿轮传输动力且无需离合一一它是纯机械的，动力来源与驱动输出在任何时候都保持活动。该传动结构可以在前进与倒退之间无缝运动，即使引擎处于运转状态且仍与驱动输出连接，该传动设计可处于动力中点，使车辆保持停止状态。该创新的齿轮布置具有高效率，为了避免摩擦热和环形室或液压热损失以达成引擎效率优化而设计。它是真正地无级（不仅是持续地）变数传动，从零（

5、动力中点）到装置的所有运转范围。这套新系统有望在所有理想范围内，实现所有速度与扭距的组合。当输出（速度和扭距）在传动结构中被调整彳爰，动力源可被设置为最佳的运转效率；这将带来运转时巨大的能源节约，同时，在生产和组装时的更能够节约材料及成本。与传统传动技术（基于十九世纪的技术）或现今变数传动系统相比，该革命性传动设计具有以下潜在优势： 更简单：总体布置使用较少高度机械化的齿轮所带来的幺吉果。 更轻更小：没有离合和使用较少的活动部件使它减少50%的重量。 更好的驾驶体验：“动力中点”性能实现了装置从前进至静止再到倒退、无缝地运动。 更低的制造及维护成本：因为本质上的机械简约，减少了总体部件与材料的

6、使用使它减少50%的部件使用。 高燃料效率：传动效率提升（实现动力-扭距的优化设置）和简单且轻量的设计（比如使用敕少齿轮）使装置消耗较少的能量。 适合低速大扭距的应用：如卡车和公交车；是对目前的变速传动技术的一项重大提升。汽车及其他应用该传动齿轮组可供应用以下需要变速传动： 汽车：包括电力或液压车辆、重机或特种车辆和摩托车 水上涡轮机,火车头 航空及防御工事 工业传动 户外动力设备 清洁技术应用：例如风力涡轮机 机器人技术该技术概念证明的原型机已完成制造，目前正在从装置的车辆上收集运转测试数据。三、YASA电机一一高性能电动机目前该电机技术已经设计和制造出了适用于各种应用的体积更小、重量更轻、

7、在成本上有竞争力的电动机，能够极大满足了客户对动力和扭距的需求。该电动机已经在英国进行生产制造，同时也可提供授权许可进行大批量生产。作为世界领军科学家多年研究的成果，该创新电动机采用新构造设计和冷却系统，使其具有同类电动机最佳的功率和扭距密度。该高性能而体积小的电动机有潜力替代许多现有的电动机，从而创造出市场渴求的高性能和高效率的车辆。现已为工程建筑、采矿、农业市场开发出一系列的电动机产品，机型范围包括从中扭矩（450安培时250扭米）到高扭矩（380安培时700扭米）、从低转速（3000转每秒）到高转速（高于9000转每秒），但都是轻量型（低于30公斤）、高效率（约95%）和小尺寸（长度小于

8、80毫米）。目前市场上有一个拖拉机的例子，由于使用了液压马达，该拖拉机体积小、动力大、但是效率低。然而由于传统电动机尺寸的关系（比如：太长），不可能用传统电动机替代液压马达。该新技术可以克服空间的限制，使用同样甚至更高性能的电动机去取代液压马达成为可能。技术优势.高性能,体积小,重量轻低成本：因为该电机使用较少磁性材料坚固且易于整合应用市场该电动机凭借其高性能及适应严酷环境的能力，因而拥有有许多应用领域，如在工程建筑、采矿、农业。该电动机能够用于内燃机和传动装置之间发电，弁且排放率低。应用包括挖掘机、轮式装载机、拖拉机、喷雾器、柴油/混合列车。该发动机能够用于替代液压马达以获得高效率及重量/尺

9、寸比的稳定性。应用包括吊车、装载机、大型履带式和轮式设备。四、抽热电力存储技术随着低成本可再生能源发电的发展，能量存储产品市场预计到2020年会增长6倍，达到200亿英镑的规模。该项电力存储技术是由英国引进，通过6年的研究开发，目前研发出了一种新的存储能量的技术，该技术的原理是将电能转换成热的和冷的材料进行存储。该能量存储系统，有望为存储和取回200万瓦左右的电能提供最经济和最便捷的方法。抽热电力存储技术该抽热电力存储技术利用一台气体高度可逆循环的机器，该机器包括两个含有矿物颗粒的大型容器。该机器既可作为发动机又可作为热泵。该设计包括特殊压缩机，能够在500摄氏度下工作而无需润滑油。利用电能将

10、热量从一个容器抽到另一个，使其中一个容器冷却到零下160摄氏度而另一个达到500摄氏度的高温。该热泵机器在热力学角度能够反转作为发动机，电能从热的容器通过该机器回传给冷的容器而将电能回收，这样该机器变成了发电机。该技术能够为电力存储问题提供成本最优和效率最高的解决方案，具有以下竞争优势： 最低成本的电力存储装置（小于$35/MWh） 接近25年的使用寿命 小于1秒的快速响应时间 小的2MW单元尺寸 模块化结构，规模可调（从两百万瓦特往上） 可在任何地方安装，可用公路进行运输 使用无毒制冷剂，化学品或者水。该技术不但可以与传统电网一起使用，更可特别与可再生能源（太阳能，风能等）一起为到工业用户提

11、供能源。工业用户往往需要百万瓦特级能源，目前用柴油发电机提供，比如矿业。五、下一代太阳能光伏电池来自英国牛津的一项太阳能光伏电池技术，低成本，稳定性高，产品具备完全可伸缩的太阳能电池制造技术。该技术具有成本低，有机材料充足以及可以应用简单的丝网印刷制造技术等优势。对低成本解决方案的需求太阳能光伏产业正在迅速成长，但是晶体硅昂贵的材料成本引起了对可替代的低成本解决方案的搜寻，比如薄膜太阳能电池技术。目前可用的薄膜太阳能电池技术正在兴起，但是它的生产需要利用稀有元素和稀土，比如锢和神。另一种新兴的薄膜技术，染料敏化太阳能电池能够更有效率，但具有争议的是它利用了具有挥发性，腐蚀性液体电解质，密封困难

12、，所以严重制约了其整体性能的表现。没有液体只有固体。牛津大学的固体版本的燃料敏化太阳能电池，利用了一种有机的孔穴传输材料替代了液体的电解质。牛津大学的染料敏化太阳能电池应用简单的丝网印刷技术进行生产，具组成材料丰富，环境友好，且成本非常低廉。能够展示出的太阳能电池效率令人印象深刻，预测的制造成本比目前的最低成本的薄膜技术还要低50%。牛津大学的太阳能电池技术能够解决现有光伏产业所面临的挑战，弁且通过其染料敏化太阳能电池技术预期能够实现与化石燃料的平准能源成本相等，而无需在电力生产中进行补贴。实现集成于建筑物的光伏应用牛津光伏技术对所有市场领域均有吸引力。整个太阳能光伏产业按每年超过40%的速度

13、递增，将很快达到240亿美元的规模。建筑物集成的太阳能光伏是一个新兴市场，即太阳能光伏模块直接集成到建筑结构内，比如作为玻璃装配板和建筑物外表面。整个建筑物集成的太阳能光伏市场预计2015年底会达到100亿美元，对于对于主要房地产商，建筑师和建筑企业。来自牛津大学的设备由于其独特的卖点，比如固体形态，可调的颜色，透明性，基于印刷的制造工序以及在广泛的光照条件下的良好操作性，非常适合建筑物集成的太阳能光伏的应用。六、工业级纳米纤维材料纳米材料是由直径l-100nm的粒子集聚而成的块体、薄膜、多层膜和纤维。纳米纤维对电磁波有强烈的吸收能力，同时具有防水、防辐射、杀菌防霉等功效。目前国内新开发的纳米

14、纤维如纳米层状银系无机抗菌防霉纤维、疏水性聚丙烯睛纳米纤维以及石墨纳米纤维主要用于医疗、服装面料以及能源等领域。每单位质量的纳米纤维材料有非常大的表面区域、非常高的纵横比和仿生学方面的潜力一一这使得它在大范围的应用上很有吸引力，包括高性能过滤器、特殊功能织物和医疗应用如包扎、组织工程学及其衍生科学应用上。静电纺丝技术目前被普遍地运用在制造纳米纤维织物上；然而传统针织静电工艺受织针数量无法无限制增加而受到限制，且织针常常阻塞。另一方面，近期一些无针工艺也十分有限，而且目前尚处于实验室生产阶段。该静电纺丝技术无需织针，取而代之的是小球体，它能自由旋转弁自主安排以达到每个表面有最多数量的喷出物，这样

15、可以达到最佳喷射密度且每小时可制造数千克纤维，而传统工艺仅能制造几十克。该技术可应用于聚合物纺丝无机纳米纤维的制造。在医疗领域中，纳米纤维用于高级护理和其他医疗产品中，应用如下： 包扎缝合用的生物医学胶布 可吸收衬垫 术后预防粘合剂 药物释放材料 纤维加固合成材料 组织工程学基础设备该技术已被开发用于制造纳米纤维材料，使用的原材料为各种合成的或者天然的聚合物，包括再吸收合成聚合物（PLA、PLGA、PCL）,天然聚合物（胶质与胶原蛋白），以及其它聚合物（例如PAN）。因此正如上述，该技术也可适用于许多非医疗应用，如高性能过滤器和隔膜、功能性织物、感应器等。优势： 高产量：可达每小时数千克 节约

16、成本 可在工艺中使用添加剂来改善表面张力、粘性或其它期望性能 兼容传统纺织工艺方式，例如编织和接合该技术通过多国申请专利保护。能够提供不超过1.2*0.4米尺寸的纳米纤维布样品用于检验研究和产业客户的特殊应用开发。七、最强功能材料一一石墨烯石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。石墨烯具有诸多超乎人类想象的优越特性，是目前世界上导电性能最好的材料。石墨烯在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作电极材料助剂。石墨烯的应用范围广阔，有专家预测它可能会成为硅的替代品。石墨烯在能源和医疗领域里具有极大的应用潜力，虽然大量的资金投入到石墨烯性能的研发，但是

17、为了全面发掘其在新兴应用领域的性能，还需要通过商业开发进行批量生产，使石墨烯的价格可以承受，质量能够保证。至今尚未解决的问题是，大面积化学蒸汽沉积石墨烯薄膜的许多细小鳞片（区域）在铜箔表面随机导向，在石墨烯薄片表面形成颗粒边界（如下图所示），降低了石墨烯的机械强度和导电性能。牛津大学通过控制铜箔基片的晶向弁且对鳞片进行调整克服了上述限制（如下图所示）。通过变化石墨烯生长过程中的压力，可以选择生长单层石墨烯鳞片或者双层鳞片（具有独特导电性能的双层碳原子）。该技术也是一种通用纳米材料应用开发制造工序的重要工具。八、多功能铝基纳米复合材料该项目来自英国牛津大学，由牛津大学领导的合作团队开发完成。是一

18、种全新的铝合金纳米复合材料，可适用于高温环境下。项目背景目前市场对于那些能够在高温环境下强度和韧性都大幅上升的新型块状合金有着极大需求。尤其体现在航空、国防和汽车工业中的众多技术路线图中，以及世界范围内铝合金的供应链系统。此外，由于相关的某些法规限制，以及现实情况的要求，已经对运输行业施加了严峻的压力，需要引进重量轻、效率高和排放低的车型。但是，现有商业用途的铝合金，不能够满足高温度下更为严格的要求；而钛合金过高的价格又限制了它的商业应用。来自牛津大学的技术牛津大学开发的功能性纳米结构的铝合金纳米复合材料是全新的轻质材料，具包含大量50-100纳米尺寸的硬金属颗粒，以及增强的亚微米铝固溶体。在

19、功能性纳米结构的铝合金基础上开发的纳米复合材料具有高强度和高韧度，能够在高达450摄氏度的高温下表现出优异的性能。不同铝合金其作为温度函数的抗拉强度与Ti-6Al-4V的比较。在高温下使用的传统铝合金，比如2618-T6,在室温下具有高强度，但是强度随着温度的升高急剧下降，一般使用温度不超过250摄氏度。从250摄氏度到400摄氏度之间使用的一系列高强度的钛合金价格昂贵，其性能在许多场合超出了要求，可以由新的功能纳米结构的铝合金纳米复合材料代替。该纳米复合材料具有阶跃性的性能提高，具有机械性能的最佳组合（即强度、韧度和硬度），为苛刻条件下工作所急需的。该材料具有特殊性质，弁能够应用低廉价格的粉

20、末生产，而且能够使用铝作为合金的主要成分，从而降低材料成本。工业应用该铝合金纳米复合材料在下列工业领域的应用潜力巨大: 汽车和航空领域：应用包括汽车内燃机的动力部分、汽轮机的风扇和压缩机、飞机机翼的除冰管等。这些应用包括汽轮机的活塞、风扇和压缩机部分，可以通过替代铁或钛合金去降低重量和惯性力。比如，活塞要求高温工作条件下的高强度和高韧度，弁且要求在450-500摄氏度具有足够的延展性进行锻造而不形成裂纹。进一步的开发要求更高的硬度，这也可以通过结合不同种类的加强剂来实现。 信息技术企业：数种不同手机设备的外壳由铝合金制成(比如现有的HTC智能手机)。该新的铝合金纳米复合材料能够提供更好的性能。

21、 铝合金供应链：供应新的铝合金，与钢和钛合金竞争。 铝合金粉末制造商：铝合金粉末制造商将从不断增长的由气体雾化粉末冶金生产的合金的需求而获益。 技术提供方：雾化器和其他专业冶金工艺设备的需求。这些合金复合材料项目的研究已经到了工业规模的开发生产阶段。为了进一步推向市场，实现完全商业化，目前正在进行最严格发动机应用条件下的概念验证和完整机械特性的测试。九、TPM:高速照像成像技术高速照像成像技术(TemporalPixelMultiplexing,TPM)是一种在同一个探测器上可以同时捕捉动画和静像的成像方法。利用现有组件就可制造，无需额外内存或带宽。该技术主要应用于科学成像、安全监控和消费类产

22、品领域。科学成像仪器市场势头强劲，而且相较于高分辨率设备，用于科学研究的高速成像设备（千赫+）更加昂贵（50,000英镑）。应用于数码相机市场，拥有同时捕捉高分辨率静像和高速动画的能力将为产品带来显著竞争优势。此外，该技术还可应用于智能移动终端（如手机、平板电脑等）。2007年全球图像传感市场估计为约30亿美元。随着市场的饱和，新成像方法不仅增加产品附加值，也将带来显著的产品差异化。现有的成像技术需要用户在静态成像和动态捕捉之间进行选择。止匕外，高速动画捕捉需要切换至较低空间分辨率以尽量减少噪声和带宽问题。这导致以现有技术捕获的图像和动画失去场景的一大部分时空信息。这些问题都可通过采用牛津大学

23、新开发的“高速照像成像技术”解决： 在同一幅图像中同时捕捉高清图像和高速图像序列 无须增加内存 不需要成像强度 慢速扫描=低读取噪音 与任何探测器技术兼容 非常灵活（不局限于一种清晰度） 可达到极高速度十、先进室内定位导向系统不需使用GPS的室内定位技术，它可以达到全方位导航定位和信息服务的作用，包括通过电子设备实现推送个人定制化的定位广告。GPS技术已经从军事机密变成了普通人每天生活当中可以通过智能手机获得的便利技术，它可以支持很大一批商业化产品和服务。然而这一以卫星技术为基础的定位系统却有一些最基本的应用限制，这是因为卫星讯号不能渗透至室内提供服务！世界上许多大公司已经发现了室内定位系统的

24、商业价值潜力，比如说谷歌以及苹果公司就曾斥资数百万于不同的相关技术解决方案或收购科技创新初创企业。光angel.co投资人网站就列出了多于50家在这一领域的初创企业。针对任何大楼或购物中心开发的的个人指引、导航以及消息传送系统的商用价值，和定位广告一样会在未来几年时间里快速增长。个人位置定位越精准，具有商业价值的产品和服务就可以更好地被开发。使用现有的Wi-Fi网络定位一项室内定位的创新方法通过使用现存的Wi-Fi信号，而非安装新的硬件（比如信标），来作为定位的技术基础。Wi-Fi信号的强弱可以用来估计Wi-Fi接入点的距离，综合若干不同的Wi-Fi接入点的数据可以估算接收装置的位置信息。因为

25、接收到的Wi-Fi信号强度常常波动和改变，这是一个非常有挑战的任务，而至今也没有标准的解决方案。因此，创新的技术是必须的。Wi-Fi指纹识别-独特的算法目前有许多公司都试图开发基于Wi-Fi的解决方案，然而参与这个科研项目的团队却开发出一套独特的算法来应对关于Wi-Fi信号强度不确定的技术挑战。通过测绘出一栋建筑物的地图弁结合高等数学算法以创造出一套独特的Wi-Fi指纹，他们可以极大地减少定位精度上的偏差。该系统已经由业界合作伙伴在真实条件下做过测试，该系统展现出比目前市场上已有产品高出30%的准确度。知识产权这项研究成果的关键技术由专利、软件版权、围绕使用这项定位技术，以及3D路径选择算法的

26、专有技术等所保护。另有一个软件开发配套元件（SDK）和应用程序接口（API）可供开发者使用。十一、实现“物联网”高价值的云服务“物联网”的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。把任何事物与互联网相连接，进行信息交换和通信联接，以实现对实物的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次革命浪潮。随着物联网业务量的增加，对数据存储和计算量的需求将带来对云计算能力的要求，于是诞生了“云物联”这一基于云计算技术的物联网服务。物联网和云之间的联系将越来越紧密。在云计算技术的支持下，物联网被赋予了更强大的工作能力，其使用率逐年

27、上升，所涉及的领域也随之越来越广泛。能够上网的设备，如智能手机和电脑，已经在通过云提供的很多服务中占到了优势。由于当前家庭和企业接入高速宽带网络连接数量的激增，出现了从由设备与监控装置收集数据，及将这些数据与高价值服务捆绑的重大市场机遇。国际通讯标准已经制定，允许通过“物联网”交互信息以及将各种设备整合在一起。随着技术的发展，其新兴的市场领域主要涉及：- 室温控制（一体化供热、通风、空调-这三样的总成简称HVAC）- 安保（一体化摄像头、锁、其它安保设备）- 安全（烟尘和一氧化碳的监视数据，将其它环境、污染感应器与它结合）- 电器的监控与控制（优化能源使用、诊断问题、远程软件更新）- 家用或库存管理业务的智能购物- 持续性远程病人监控，以实现老龄化社会的家中护理其中最大的市场已经被确认为是集中在能源管理上，它将以上的许多个领域及它们之间的的相关技术，如智能测定，整合到了一起，客户将采纳这些新技术和新产品。许多欧、美、日、韩的公司正为积极筹谋和开发这块潜在的市场机会，通过抢占先机开发产品与服务，弁且在该领域内提供产品与服务的规模与范畴将不断增长和扩大。该项由欧洲引进的物联网云服务技术，目标是为市场引入能够实现从新兴的“物联网”中获取商业附加值的产品，弁为家庭和商业提供下一代高价值的云服务。目前该项目已经开发出了符合所有相关国际标准和通讯协议的软