2016我國軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展特點(diǎn)回顧

中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院 張楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟長

2016我國軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展特點(diǎn)回顧

中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院 張楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟長

2016年，我國軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展取得了顯著進(jìn)步，航天強(qiáng)國、海洋強(qiáng)國等強(qiáng)國工程不斷向前推進(jìn)，空間站建設(shè)、新型運(yùn)載火箭研發(fā)、先進(jìn)科學(xué)衛(wèi)星發(fā)射、大型飛機(jī)及支線飛機(jī)研發(fā)與運(yùn)行、深?？瓶?、超級(jí)計(jì)算研發(fā)、高性能碳纖維國產(chǎn)化、石墨烯產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用、3D打印研究與應(yīng)用、鋰離子電池研發(fā)等諸多領(lǐng)域取得了多項(xiàng)突破性成果，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略持續(xù)深入推進(jìn)，軍民深度融合發(fā)展邁上了新高度，進(jìn)一步提高了我國的科技創(chuàng)新能力，強(qiáng)化了國防科技工業(yè)基礎(chǔ)，提高了我國在世界科技和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的地位。

1 空間實(shí)驗(yàn)室飛行任務(wù)取得重大成果，為空間站建設(shè)運(yùn)營和航天員長期駐留奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)

2016年9月15日22時(shí)4分，我國天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室發(fā)射升空。10月17日7時(shí)30分，神舟十一號(hào)飛船承載著航天員景海鵬和陳冬成功從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，隨后準(zhǔn)確進(jìn)入軌道。神舟十一號(hào)飛船入軌后，經(jīng)地面遠(yuǎn)距離導(dǎo)引和自主控制飛行，于10月19日3 時(shí)31分與天宮二號(hào)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，形成組合體；6時(shí)32分，2名航天員順利進(jìn)駐天宮二號(hào)。飛行任務(wù)期間，2名航天員共開展了40余項(xiàng)空間科學(xué)與應(yīng)用、航天醫(yī)學(xué)、在軌維修技術(shù)等方面的實(shí)（試）驗(yàn)項(xiàng)目，以及科普實(shí)驗(yàn)和展示活動(dòng)，成功釋放伴隨衛(wèi)星并對(duì)組合體進(jìn)行了伴飛拍攝和近距離飛越觀測(cè)。11 月18日14時(shí)3分，神舟十一號(hào)飛船返回艙順利降落在內(nèi)蒙古中部主著陸場預(yù)定區(qū)域。至此，天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)載人飛行任務(wù)圓滿完成，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行、健康駐留、安全返回、成果豐碩的任務(wù)目標(biāo)。

具體來講，此次任務(wù)面向空間站建造運(yùn)營任務(wù)，驗(yàn)證了航天員中期駐留的生命保障技術(shù)、人機(jī)協(xié)同在軌維修技術(shù)，考核了空間站運(yùn)行軌道的交會(huì)對(duì)接、組合體運(yùn)行、載人飛船返回等相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，以及地面長時(shí)間任務(wù)支持等技術(shù)，積累了長期飛行任務(wù)管理，以及組織實(shí)施較大規(guī)?？臻g應(yīng)用試驗(yàn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。此次任務(wù)的圓滿成功，標(biāo)志著我國空間實(shí)驗(yàn)室飛行任務(wù)取得了具有決定性意義的重要成果，為我國空間站建設(shè)、運(yùn)營和航天員長期駐留奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

▲ 神舟十一號(hào)飛船與天宮二號(hào)成功對(duì)接

2 新一代運(yùn)載火箭長征五號(hào)、長征七號(hào)首飛成功，空間進(jìn)入能力大幅提升

2016年6月25日，由中國航天科技集團(tuán)公司中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制的新一代中型運(yùn)載火箭——長征七號(hào)在海南文昌發(fā)射場點(diǎn)火升空，標(biāo)志著我國新一代運(yùn)載火箭研制取得重大突破，將大幅提升我國進(jìn)入空間的能力。長征七號(hào)火箭是我國首型“數(shù)字化火箭”；采用液氧煤油推進(jìn)劑，無毒、無污染，清潔環(huán)保；其運(yùn)載能力實(shí)現(xiàn)了新跨越，使我國中型運(yùn)載火箭近地軌道運(yùn)載能力由8.6t提高至13.5t；其按照載人火箭的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可靠性指標(biāo)達(dá)0.98，達(dá)到國際先進(jìn)水平。長征七號(hào)火箭是我國新一代中型運(yùn)載火箭的基本型，通過改型或與上面級(jí)組合，可覆蓋大多數(shù)主流衛(wèi)星所需的運(yùn)載能力，適應(yīng)面更寬，是我國未來航天發(fā)射任務(wù)的“主力”火箭。未來，長征七號(hào)火箭還將承擔(dān)我國航天多種類型的發(fā)射任務(wù)。

11月3日，我國自主研制的新一代大型運(yùn)載火箭——長征五號(hào)從海南文昌發(fā)射場成功發(fā)射，首飛取得圓滿成功！長征五號(hào)火箭首飛成功，大幅提升了我國自主進(jìn)入空間的能力，是我國由航天大國邁向航天強(qiáng)國的重要支撐和顯著標(biāo)志之一。長征五號(hào)火箭直徑5m，全箭長約57m，起飛重量約870t，是目前長征系列火箭中最大的火箭，整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。其具備近地軌道25t級(jí)、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14t級(jí)的運(yùn)載能力，比現(xiàn)役火箭的運(yùn)載能力提升了2.5倍以上，使我國運(yùn)載火箭規(guī)模實(shí)現(xiàn)了從中型到大型的跨越，運(yùn)載能力達(dá)到或超過國外主流大型運(yùn)載火箭。長征五號(hào)火箭是一枚全新的數(shù)字化火箭，新技術(shù)比例幾乎達(dá)100%，是我國迄今為止難度最大、規(guī)模最大、系統(tǒng)構(gòu)成最復(fù)雜的火箭，具備高可靠、低成本、無毒無污染、適應(yīng)性強(qiáng)、安全性好等性能特點(diǎn)；后續(xù)，長征五號(hào)火箭將服務(wù)于我國探月三期、載人空間站和火星探測(cè)等國家重大科技工程，也可用于不同地球軌道大型載荷及其它深空探測(cè)任務(wù)載荷的發(fā)射。更重要的是，長征五號(hào)火箭的研制成功還為我國未來載人登月用重型火箭的研制奠定了基礎(chǔ)。

新一代運(yùn)載火箭首飛成功，大幅提高了我國進(jìn)入空間的能力，將進(jìn)一步加快我國從航天大國邁向航天強(qiáng)國的步伐。

3 我國發(fā)射多顆先進(jìn)科學(xué)衛(wèi)星，空間研究及觀測(cè)能力持續(xù)提升

繼2015年成功發(fā)射暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星“悟空”后，我國2016年又發(fā)射了一系列先進(jìn)的科學(xué)衛(wèi)星，大幅提升了我國開展空間研究、空間觀測(cè)等工作的能力。

2016年4月6日發(fā)射并于4 月18日成功返回的實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星是我國首顆專用的微重力實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。該衛(wèi)星項(xiàng)目包含19項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，涉及微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學(xué)、空間輻射效應(yīng)、重力生物效應(yīng)、空間生物技術(shù)等6個(gè)領(lǐng)域。該衛(wèi)星是中國空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首批科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星中唯一的返回式衛(wèi)星，也是單次開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目最多的衛(wèi)星。其科學(xué)目標(biāo)是研究、揭示微重力條件和空間輻射條件下物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及生命活動(dòng)的規(guī)律，并取得創(chuàng)新科技成果。實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星的成功返回，帶來了來自太空的生命繁衍跡象。在實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星回收艙中，有著6000余枚小鼠胚胎，其中，專門用于發(fā)育實(shí)驗(yàn)的有幾百枚胚胎。進(jìn)一步的觀察顯示，這些從太空中返回的小鼠胚胎在太空中完成了從二細(xì)胞到囊胚的發(fā)育，我國在世界上首次成功在太空實(shí)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物胚胎的發(fā)育，預(yù)示著包括人類在內(nèi)的哺乳動(dòng)物的生命有望在太空中得以延續(xù)。

▲ 整裝待發(fā)的“長征五號(hào)”運(yùn)載火箭

8月，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射。該衛(wèi)星是中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首批科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星之一，其主要科學(xué)目標(biāo)為：一是借助衛(wèi)星平臺(tái)，進(jìn)行星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上開展廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，以期在空間量子通信實(shí)用化方面取得重大突破；二是在空間尺度上進(jìn)行量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，開展空間尺度量子力學(xué)完備性檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)研究?！澳犹?hào)”的成功發(fā)射，使我國在世界上首次實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建起了天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，有助于我國在量子通信技術(shù)實(shí)用化整體水平上保持和擴(kuò)大國際領(lǐng)先地位，實(shí)現(xiàn)國家信息安全和信息技術(shù)水平跨越式提升，有望推動(dòng)我國研究人員在量子科學(xué)前沿領(lǐng)域取得重大突破，對(duì)于推動(dòng)我國空間科學(xué)衛(wèi)星系列可持續(xù)發(fā)展意義重大。

12月，我國首顆碳衛(wèi)星發(fā)射成功，使我國二氧化碳監(jiān)測(cè)水平躋身世界前列。這顆衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運(yùn)行后，將逐步形成針對(duì)全球、中國及其它重點(diǎn)地區(qū)的大氣二氧化碳濃度的監(jiān)測(cè)能力，精度達(dá)到1ppm～4ppm，對(duì)于充分了解全球碳循環(huán)過程及其對(duì)全球氣候變化的影響具有重要意義，填補(bǔ)了我國在溫室氣體檢測(cè)方面的技術(shù)空白。此外，該衛(wèi)星還將為霧霾的研究提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

12月28日，我國首顆0.5m級(jí)高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星高景一號(hào)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。該衛(wèi)星是中國航天科技集團(tuán)公司商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)“16+4+4+X”的首發(fā)星，具有高分辨率、高圖像質(zhì)量、高敏捷機(jī)動(dòng)能力、多模式成像、長壽命等特點(diǎn)，在軌應(yīng)用后將打破我國0.5m級(jí)商業(yè)遙感數(shù)據(jù)被國外壟斷的現(xiàn)狀，也標(biāo)志著國產(chǎn)商業(yè)遙感數(shù)據(jù)水平正式邁入國際一流行列。截至2017年1月10日，該衛(wèi)星已完成姿態(tài)軌道調(diào)整，地面系統(tǒng)已成功接收處理了全球范圍內(nèi)的15軌1241景影像，標(biāo)志著我國首個(gè)完全自主研制的0.5m高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星星座正式具備運(yùn)營能力。此外，商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)的建立將實(shí)現(xiàn)我國國產(chǎn)遙感衛(wèi)星運(yùn)營模式商業(yè)化的突破，形成全球首個(gè)高空間光譜分辨率衛(wèi)星遙感綜合服務(wù)系統(tǒng)。

4 民用飛機(jī)發(fā)展穩(wěn)步推進(jìn)，多型民用飛機(jī)研制獲重要進(jìn)展

2016年，我國C919大型客機(jī)研制項(xiàng)目進(jìn)展順利，為2017年實(shí)現(xiàn)首飛奠定了基礎(chǔ)。4月11日，C919大型客機(jī)全機(jī)靜力試驗(yàn)在中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所上海分部正式啟動(dòng)。11月8日，C919完成了首飛前兩項(xiàng)重要的試驗(yàn)，全機(jī)2.5g限制載荷靜力試驗(yàn)圓滿成功、左右發(fā)動(dòng)機(jī)均一次點(diǎn)火成功。12月21日，C919大型客機(jī)所采用的LEAP-1C集成推進(jìn)系統(tǒng)同時(shí)被歐洲航空安全局（EASA）和美國聯(lián)邦航空局（FAA）授予了型號(hào)合格證，為C919大型客機(jī)投入商業(yè)運(yùn)營鋪平了道路。12月25日，中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司C919飛機(jī)首架機(jī)交付試飛中心。目前，C919大型客機(jī)已基本完成機(jī)載系統(tǒng)安裝和主要的靜力、系統(tǒng)集成試驗(yàn)，進(jìn)入首飛準(zhǔn)備階段，預(yù)計(jì)將在2017年上半年實(shí)現(xiàn)飛上藍(lán)天的夢(mèng)想。

在支線客機(jī)方面，6月28日，成都航空公司航班號(hào)為EU6679的ARJ21-700飛機(jī)于上午9時(shí)25分搭載70名乘客從成都雙流機(jī)場起飛，11時(shí)37分到達(dá)上海虹橋機(jī)場。自此，我國自主研制的首架噴氣式支線客機(jī)ARJ21正式以成都為基地進(jìn)入航線運(yùn)營，這是我國民用飛機(jī)發(fā)展的重要里程碑。9月29日，中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司在上海向成都航空公司交付第二架ARJ21支線噴氣客機(jī)。截至11月底，ARJ21飛機(jī)運(yùn)營總航班數(shù)達(dá)到92個(gè)，累計(jì)載客5082人次，平均上座率95.11%，銷售及收益水平良好。

2月，由中國航空工業(yè)集團(tuán)公司自主研制的新一代先進(jìn)渦槳通用支線飛機(jī)運(yùn)12F獲得了美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）頒發(fā)的型號(hào)合格證，其是繼運(yùn)12Ⅳ和運(yùn)12E型飛機(jī)取得FAA型號(hào)合格證后，運(yùn)12系列中第三個(gè)獲得FAA型號(hào)合格證的機(jī)型，也是目前世界范圍內(nèi)8t級(jí)23部通勤類飛機(jī)中唯一取得FAA型號(hào)合格證并投入市場運(yùn)營的機(jī)型。運(yùn)12F獲得FAA型號(hào)合格證，標(biāo)志著該型飛機(jī)獲得了進(jìn)入美國民用市場的準(zhǔn)入證，對(duì)國產(chǎn)民用飛機(jī)參與國際市場競爭、提升國際影響力具有重大意義。

5 深海技術(shù)發(fā)展水平進(jìn)一步提高，深潛科考進(jìn)入萬米時(shí)代

▲ “海斗”號(hào)無人潛水器深入萬米深淵開展科學(xué)考察

2016年8月12日，我國4500m載人潛水器及萬米深潛作業(yè)工作母船——“探索一號(hào)”科考船結(jié)束TS01-01航次，首航凱旋。在6月22日至8月12日期間，“探索一號(hào)”科考船在馬里亞納海溝挑戰(zhàn)者深淵開展了我國首次綜合性萬米深淵科考活動(dòng)，航次歷時(shí)52天，其中作業(yè)37天，共執(zhí)行作業(yè)任務(wù)84項(xiàng)。在此期間，我國自主研制的“海斗”號(hào)無人潛水器成功進(jìn)行了1次8000m級(jí)、2次9000m級(jí)和2次萬米級(jí)下潛應(yīng)用，最大潛深達(dá)10767m，創(chuàng)造了我國無人潛水器的最大下潛及作業(yè)深度紀(jì)錄，使我國成為繼日本、美國之后第三個(gè)擁有研制萬米級(jí)無人潛水器能力的國家，是繼蛟龍?zhí)?000m海試成功后我國在海洋科技領(lǐng)域取得的又一個(gè)里程碑式突破。該航次是我國在萬米深海進(jìn)行的首次深潛科考嘗試，是為實(shí)現(xiàn)國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃部署的萬米載人/無人深潛科技目標(biāo)所做的先期努力，為最終全面實(shí)現(xiàn)萬米深潛邁出了具有重要意義的一步，成功縮短了我國與美、日、英等國家在萬米科考能力上的差距，標(biāo)志著我國深潛科考開始進(jìn)入萬米時(shí)代。該航次所獲得的深度序列完整的原位探測(cè)數(shù)據(jù)及水體、沉積物和大型生物樣本，填補(bǔ)了我國長期以來無法獲得超大深度特別是萬米海底數(shù)據(jù)和樣品的空白，將大大促進(jìn)我國深海深淵科學(xué)研究的發(fā)展，并有效推動(dòng)我國海斗深淵科學(xué)研究體系的建立。

深海探測(cè)對(duì)于海洋資源勘探開發(fā)、海洋科學(xué)研究，以及海洋權(quán)益保護(hù)具有重要意義，代表著當(dāng)前國際深海工程技術(shù)的頂級(jí)水平，是我國建設(shè)“海洋強(qiáng)國”的重要內(nèi)容之一。目前，為貫徹落實(shí)“海洋強(qiáng)國”戰(zhàn)略，我國已經(jīng)部署了“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，將針對(duì)我國在探索深海、開發(fā)利用深海資源，以及保障國家深海安全等方面的重大需求，圍繞“進(jìn)入深?！J(rèn)知深海—探查資源—保障安全”這一主線，重點(diǎn)突破制約我國在深海領(lǐng)域發(fā)展能力的深海運(yùn)載、探測(cè)、戰(zhàn)略資源開發(fā)等核心共性關(guān)鍵技術(shù)，特別是突破萬米有人/無人潛水器的研制技術(shù)，形成1000m～7000m水深潛水器作業(yè)應(yīng)用能力。該計(jì)劃的實(shí)施，將進(jìn)一步提升我國深海技術(shù)的基礎(chǔ)研究水平和原始創(chuàng)新能力，使我國深淵科技達(dá)到國際一流水平。

6 量子科學(xué)及通信研究突破連連，進(jìn)入世界領(lǐng)先行列

量子計(jì)算是一種依照量子力學(xué)理論進(jìn)行的新型計(jì)算，其速度可達(dá)目前計(jì)算速度的萬倍、億倍，但需要利用大量互相糾纏的量子才能夠?qū)崿F(xiàn)。量子通信是指基于量子力學(xué)的基本原理，利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型通訊方式，主要涉及量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等，具有高效率和絕對(duì)安全等特點(diǎn)。近年來，量子計(jì)算和量子通信已成為國際研究的熱點(diǎn)。我國雖然在量子物理研究方面起步較晚，但是，隨著我國科技水平的不斷提高，我國在量子科學(xué)研究，特別是量子通信領(lǐng)域取得了多項(xiàng)突破，已在世界量子科學(xué)研究領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。

2016年，我國量子科學(xué)技術(shù)的研究成就主要是在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室取得的。在量子力學(xué)基本問題研究方面，研究人員首次通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了無相容性漏洞的Kochen-Specker（KS）量子互文性，在無漏洞量子互文性的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)方面邁出了重要一步，將對(duì)量子物理基本問題、量子態(tài)制備、量子態(tài)掃描和量子計(jì)算等研究產(chǎn)生重要的影響。研究人員創(chuàng)造性地開發(fā)出了超晶格系統(tǒng)，以及分辨率僅為1μm的超冷原子顯微鏡，并通過它們?cè)谑澜缟鲜状沃苽洳y(cè)控了約600對(duì)呈現(xiàn)糾纏狀態(tài)的超冷原子比特，為產(chǎn)生更大的多粒子糾纏態(tài)并進(jìn)行基于測(cè)量的量子計(jì)算鋪平了道路，邁出了量子計(jì)算技術(shù)的重要一步。研究人員在國際上首次實(shí)現(xiàn)了基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的高效率和高全同性的單光子源，綜合性能達(dá)到國際最優(yōu)，為實(shí)現(xiàn)基于固態(tài)體系的大規(guī)模光子糾纏和量子信息技術(shù)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。此外，研究人員在新型量子比特編碼方面取得了新進(jìn)展，首次在砷化鎵半導(dǎo)體量子芯片中成功實(shí)現(xiàn)了量子相干特性好、操控速度快、可控性強(qiáng)的電控新型編碼量子比特，為探索半導(dǎo)體中極性聲子和壓電效應(yīng)對(duì)量子相干特性的影響提供了新的思路。該實(shí)驗(yàn)室還與德國海德堡大學(xué)的研究人員合作，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)光晶格中超冷原子自旋比特糾纏態(tài)的制造、操控和探測(cè)，向基于超冷原子的可擴(kuò)展量子計(jì)算和量子模擬邁出了重要一步。研究人員還研制出了非局域量子模擬器并驗(yàn)證了宇稱-時(shí)間（Parity-Time，PT）世界中的超光速現(xiàn)象，首次揭示了非局域性在量子模擬中的重要作用，為量子模擬器的發(fā)展開辟了新的研究方向。

在量子糾纏制備研究方面，該實(shí)驗(yàn)室的研究人員成功制備出了世界上保真度最高（88.4%）的六光子糾纏態(tài)，并首次驗(yàn)證了六光子的量子非局域性，為多光子實(shí)驗(yàn)的保真度和亮度設(shè)立了新標(biāo)準(zhǔn)，將對(duì)量子通信網(wǎng)絡(luò)、量子計(jì)算和量子物理基本問題的研究起到極大的促進(jìn)作用。研究人員提出了一種新型的組合脈沖方法，通過精巧設(shè)計(jì)該組合脈沖的參數(shù)，不僅可利用動(dòng)力學(xué)解耦技術(shù)抑制退相干效應(yīng)，還能夠大幅減弱操控場的噪聲效應(yīng)。此外，研究人員還進(jìn)一步發(fā)展了量子最優(yōu)控制方法，在固態(tài)自旋體系中實(shí)現(xiàn)了達(dá)到容錯(cuò)閾值的普適量子邏輯門，達(dá)到了目前固態(tài)自旋體系量子操控精度的世界最高水平。研究人員成功實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)存儲(chǔ)單元之間的高維糾纏及多自由度的超糾纏。該項(xiàng)研究是我國在復(fù)雜量子糾纏態(tài)存儲(chǔ)方面取得的重要突破，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。該實(shí)驗(yàn)室還在世界上首次成功實(shí)現(xiàn)了十光子糾纏，打破了之前由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)保持了多年的八光子紀(jì)錄，再次刷新了多光子糾纏態(tài)制備的世界紀(jì)錄。

在量子存儲(chǔ)方面，該實(shí)驗(yàn)室在國際上首次成功實(shí)現(xiàn)了確定性單光子的多模式固態(tài)量子存儲(chǔ)，并創(chuàng)造了100個(gè)時(shí)間模式的存儲(chǔ)模式數(shù)世界紀(jì)錄，為量子中繼和全固態(tài)量子網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。研究人員還采用冷原子系綜在國際上首次成功研制出了百毫秒級(jí)高效量子存儲(chǔ)器，為遠(yuǎn)距離量子中繼系統(tǒng)的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在量子器件開發(fā)方面，該實(shí)驗(yàn)室的研究人員首次以硅納米光波導(dǎo)本征模式作為量子信息編碼的新維度，研制出了硅基導(dǎo)膜量子集成光學(xué)芯片，實(shí)現(xiàn)了單光子態(tài)和量子糾纏態(tài)在偏振、路徑、波導(dǎo)模式等不同自由度之間的相干轉(zhuǎn)換，其干涉可見度均超過90%，為量子集成光學(xué)芯片上光子多個(gè)自由度的操縱和轉(zhuǎn)換提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)量子集成光學(xué)芯片中高維量子信息編碼過程奠定了重要的基礎(chǔ)。南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員研制出了迄今為止尺寸最?。?4μm×14μm）的光量子控制—非門，向著實(shí)現(xiàn)光量子信息處理和量子計(jì)算芯片目標(biāo)前進(jìn)了一步。該量子邏輯門是世界上首個(gè)基于等離激元體系的具有光量子信息處理功能的量子器件，能夠進(jìn)行二比特量子操作，可作為光量子集成芯片上的基本運(yùn)算單元。中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所與加拿大魁北克國立科學(xué)研究所、香港城市大學(xué)、澳大利亞墨爾本皇家理工大學(xué)等單位合作，利用非線性微環(huán)諧振腔中橫電波（TE）和橫磁波（TM）模式間的自發(fā)四波混頻效應(yīng)，結(jié)合微環(huán)諧振腔的濾波選模作用，首次在集成光子芯片上產(chǎn)生了偏振糾纏光子對(duì)，為量子光通信和量子計(jì)算提供了新的思路和方法，將有效推動(dòng)量子技術(shù)的發(fā)展。

在量子通信方面，中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員在實(shí)驗(yàn)上首次實(shí)現(xiàn)了零容量量子信道中量子信息的雙向傳輸，并進(jìn)一步驗(yàn)證了量子糾纏在這種裝置下傳輸?shù)目煽啃裕峁┝艘环N在噪聲信道中傳輸量子信息的有效方法，可用于不同量子系統(tǒng)的通訊和對(duì)接，為構(gòu)建小型量子糾纏網(wǎng)絡(luò)提供了新思路，也為豐富量子通訊理論框架提供了新的物理平臺(tái)。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)與相關(guān)單位的研究人員合作，在20km光纖線路中實(shí)現(xiàn)了量子指紋識(shí)別，不僅在世界上首次突破了經(jīng)典極限，也首次在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到了量子信道容量相比經(jīng)典信道的優(yōu)越性。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)合作，在合肥量子城域通信試驗(yàn)網(wǎng)上首次實(shí)現(xiàn)了預(yù)先糾纏分發(fā)的獨(dú)立量子源之間的量子態(tài)隱形傳輸，為未來可擴(kuò)展量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，由國家發(fā)展和改革委員會(huì)立項(xiàng)實(shí)施的大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)工程——量子保密通信“京滬干線”工程目前已開通。量子保密通信“京滬干線”從北京出發(fā)，經(jīng)過濟(jì)南、合肥，到達(dá)上海，全長2000余千米，利用這一高可信、可擴(kuò)展、軍民融合的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，京滬兩地的相關(guān)機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行保密通信，包括電話、視頻通話、電子郵件等，提高相關(guān)領(lǐng)域的通信安全性。

▲ “神威?太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)獲得世界超算冠軍

7 “神威?太湖之光”兩度摘得世界超算冠軍，超級(jí)計(jì)算研發(fā)及應(yīng)用持續(xù)推進(jìn)

在2016年11月14日公布的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)（TOP500）榜單中，由中國國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制的“神威?太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)以較大的運(yùn)算速度優(yōu)勢(shì)輕松蟬聯(lián)冠軍。在2016 年6月的排行榜上，“神威?太湖之光”橫空出世，以每秒9.3億億次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度奪冠。該速度是原冠軍我國“天河二號(hào)”的近3倍，更重要的是，“神威?太湖之光”采用國產(chǎn)核心處理器“申威26010”，實(shí)現(xiàn)了包括處理器在內(nèi)的所有核心部件全部國產(chǎn)化，且“神威?太湖之光”的峰值計(jì)算速度和持續(xù)計(jì)算速度均位居世界第一位。此前，由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)已在TOP500榜單上連續(xù)六度稱雄。

此外，在超級(jí)計(jì)算應(yīng)用方面，由中國科學(xué)院軟件研究所與清華大學(xué)、北京師范大學(xué)等單位合作完成的“千萬核可擴(kuò)展全球大氣動(dòng)力學(xué)全隱式模擬”項(xiàng)目獲得了國際高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎(jiǎng)——“戈登貝爾獎(jiǎng)”。該項(xiàng)目提出了一套適應(yīng)于異構(gòu)眾核環(huán)境的全隱式求解器算法，一方面可帶來長時(shí)間數(shù)值模擬效率的提升，另一方面也可充分發(fā)掘“神威?太湖之光”的強(qiáng)大計(jì)算能力?！吧裢?太湖之光”自6月20日發(fā)布以來，國內(nèi)外多個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目通過使用該超級(jí)計(jì)算機(jī)獲得突破，已取得100多項(xiàng)應(yīng)用成果，涉及氣候氣象、海洋、航空航天、生物、材料、高能物理、藥物、生命科學(xué)等19個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。首次獲得超算應(yīng)用最高獎(jiǎng)，標(biāo)志著我國研究人員正在將超級(jí)計(jì)算的速度優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，表明我國超算取得速度優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，在應(yīng)用領(lǐng)域也正在不斷縮小與世界先進(jìn)水平的差距。

面向未來，2016年，天津超算中心聯(lián)手國防科技大學(xué)啟動(dòng)了新一代百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)樣機(jī)系統(tǒng)研制工作，目前已經(jīng)取得了階段性成果，預(yù)計(jì)2017年底研制成功。百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)也稱“E級(jí)超算”，其將在解決人類共同面臨的能源危機(jī)、環(huán)境污染和氣候變化等重大問題上發(fā)揮巨大作用。另外，曙光信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司、江南計(jì)算技術(shù)研究所也同時(shí)獲批進(jìn)行百億億次超算的原型系統(tǒng)研制項(xiàng)目，三頭并進(jìn)。我國預(yù)計(jì)在2020年建成并投用百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)。

8 高性能碳纖維國產(chǎn)化制備進(jìn)程加快，多項(xiàng)技術(shù)獲突破

高性能碳纖維材料在航空、航天等工業(yè)領(lǐng)域具有重要的戰(zhàn)略意義。長期以來，我國高性能碳纖維都依賴進(jìn)口，我國一直高度重視高性能碳纖維的國產(chǎn)化。2016年，我國建立了“碳纖維制備技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室”，持續(xù)推進(jìn)碳纖維的工程化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。此外，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、哈爾濱天順化工科技開發(fā)有限公司、江蘇恒神股份有限公司等單位的高性能碳纖維國產(chǎn)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破，使我國打破了國外壟斷，減輕了對(duì)國外高性能碳纖維產(chǎn)品的依賴，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高性能碳纖維材料及產(chǎn)品的自主化生產(chǎn)具有重要意義。

2016年1月，由中科院山西煤炭化學(xué)研究所承擔(dān)、中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所、中科院化學(xué)研究所、中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所等單位共同建設(shè)的“碳纖維制備技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室”完成驗(yàn)收。該實(shí)驗(yàn)室將使中科院多家研究所與企業(yè)和用戶組織協(xié)同化，將碳纖維和配套材料等不同方向的試驗(yàn)平臺(tái)、工程化生產(chǎn)線連為一體，促使碳纖維制備技術(shù)在用戶需求的牽引下更快發(fā)展，加快碳纖維研發(fā)管理的工程化和社會(huì)化進(jìn)程。

在高性能碳纖維制備技術(shù)方面，中科院寧波材料所在高強(qiáng)高模碳纖維國產(chǎn)化制備技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，制備的高性能碳纖維拉伸強(qiáng)度為4.86GPa，拉伸模量為541GPa，模量達(dá)到國外同類產(chǎn)品M55J（540GPa）的同時(shí)，其拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)優(yōu)于M55J產(chǎn)品（4.02GPa），打破了國外在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷并填補(bǔ)了國內(nèi)技術(shù)空白。哈爾濱天順化工科技開發(fā)有限公司在黑龍江省科技攻關(guān)重大項(xiàng)目“T700級(jí)碳纖維碳化中試生產(chǎn)線及工藝研究”的支持下自主設(shè)計(jì)和建設(shè)的5t/年碳纖維碳化中試生產(chǎn)線生產(chǎn)的TS700碳纖維抗拉強(qiáng)度和線密度不勻率均達(dá)到國際先進(jìn)水平，打破了國內(nèi)碳纖維市場長期依賴進(jìn)口的局面。江蘇恒神股份有限公司碳化生產(chǎn)線生產(chǎn)的T800S干噴濕紡碳纖維實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)量產(chǎn)，已具備年產(chǎn)1230t原絲和600t T800S碳纖維的生產(chǎn)能力。北京夢(mèng)狐宇通竹纖維研究開發(fā)中心在航空級(jí)高性能碳纖維關(guān)鍵技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)重大突破，所研發(fā)產(chǎn)品的性能超過美國M60產(chǎn)品現(xiàn)有技術(shù)指標(biāo)，經(jīng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，拉伸強(qiáng)度高達(dá)3900MPa，拉伸模量達(dá)到900GPa，性能超過美國和日本同級(jí)別產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，大幅降低了航空級(jí)碳纖維的生產(chǎn)成本，量產(chǎn)后可滿足航天、汽車、風(fēng)電等軍用和民用領(lǐng)域的需求。北京特米納特科技發(fā)展有限公司突破了航空級(jí)碳纖維新技術(shù)，可達(dá)到國際先進(jìn)水平，開發(fā)的中間相瀝青碳纖維具有超高模量、幾乎零膨脹、高導(dǎo)熱、生產(chǎn)穩(wěn)定性好、可紡性好，以及灰分幾乎為零等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域。中復(fù)神鷹碳纖維有限公司千噸T800級(jí)原絲線正式投產(chǎn)，在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了T800級(jí)碳纖維產(chǎn)業(yè)化。精業(yè)新興材料有限公司千噸級(jí)高性能碳纖維生產(chǎn)線試生產(chǎn)成功。該生產(chǎn)線為全自動(dòng)化生產(chǎn)，所產(chǎn)碳纖維產(chǎn)品達(dá)到了國際T700級(jí)碳纖維產(chǎn)品的性能指標(biāo)，適用于航空、航天等領(lǐng)域的高性能碳纖維復(fù)合材料制備。此外，在特種碳纖維制備技術(shù)方面，江蘇中天科技股份有限公司與中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研發(fā)出了大絲束鍍鎳碳纖維產(chǎn)品。該產(chǎn)品是以碳纖維為基底金屬化后的產(chǎn)物，具有輕質(zhì)、柔軟、導(dǎo)電性好等特點(diǎn)。

在碳纖維應(yīng)用方面，中國石化上海石油化工股份有限公司碳纖維齒輪工業(yè)化試用獲成功。此次試用的碳纖維齒輪共有5組10個(gè)，由上海石化自產(chǎn)碳纖維經(jīng)注塑、模壓成型后制備而成，在其腈綸南裝置完成了為期一年的工業(yè)化應(yīng)用試用。試用結(jié)果表明，該齒輪性能優(yōu)異，在綠色環(huán)保、節(jié)能減排、循環(huán)使用等方面表現(xiàn)優(yōu)異?？档脧?fù)合材料有限責(zé)任公司與康得新復(fù)合材料集團(tuán)股份有限公司正在布局新能源汽車碳纖維零部件產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，將為全球整車企業(yè)提供從設(shè)計(jì)、研發(fā)、樣件試制、檢測(cè)、小批量生產(chǎn)到大規(guī)模供貨的全方位服務(wù)，打造全球唯一、規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的工業(yè)4.0版新能源汽車碳纖維部件產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，引領(lǐng)我國碳纖維應(yīng)用4.0時(shí)代的大潮。

9 3D打印技術(shù)和設(shè)備新成果涌現(xiàn)，3D打印應(yīng)用碩果累累

在3D打印技術(shù)方面，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所牽頭承擔(dān)的福建省科技重大專項(xiàng)專題“3D打印關(guān)鍵技術(shù)及示范應(yīng)用研發(fā)”項(xiàng)目通過驗(yàn)收。該項(xiàng)目突破了納米復(fù)合增強(qiáng)、等離子球化純化制粉、高功率光纖激光器、高精度大尺寸光固化3D打印設(shè)備系統(tǒng)集成、三維流道鑲塊3D制造技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，在3D打印材料、激光3D打印設(shè)備、三維流道模具鑲塊等方面形成了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)成果，研制出的納米光敏樹脂拉伸強(qiáng)度達(dá)到71.4MPa、拉伸模量達(dá)到3704MPa，特種不銹鋼球形粉末球化率達(dá)99%以上、粒度小于5μm；光固化3D打印設(shè)備成型尺寸達(dá)到520mm×520mm×500mm、打印精度達(dá)到納米級(jí)，構(gòu)筑了從3D打印材料、器件、系統(tǒng)集成、打印設(shè)備到應(yīng)用的全流程技術(shù)鏈，并成功實(shí)現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化應(yīng)用。該項(xiàng)目的完成將有效地支撐3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和市場化進(jìn)程，對(duì)于促進(jìn)我國制造業(yè)創(chuàng)新能力提升，推動(dòng)我國實(shí)現(xiàn)從制造大國向制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變具有重要的意義。華中科技大學(xué)數(shù)字裝備與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用自主研發(fā)的金屬3D打印新技術(shù)“智能微鑄鍛”成功打印出了具有鍛件性能的高端金屬零件。該技術(shù)結(jié)合了3D打印技術(shù)和鍛鑄技術(shù)，能夠生產(chǎn)結(jié)實(shí)、耐磨的金屬產(chǎn)品，打破了3D打印行業(yè)存在的最大障礙，有望開啟人類實(shí)驗(yàn)室制造大型機(jī)械的新篇章。浙江工業(yè)大學(xué)的研究人員將3D打印與超音速冷噴涂技術(shù)相融合，提出了超音速激光沉積技術(shù)，結(jié)合超音速激光沉積技術(shù)和激光熔覆技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具有沉積效率高、溫度低、成本低、性能高等優(yōu)點(diǎn)。

在3D打印設(shè)備方面，中科院福建物構(gòu)所的研究人員在國內(nèi)首次突破了可連續(xù)打印的三維物體快速成型關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)出了3D超快打印機(jī)，其打印速度達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的600mm/h，可以在6min內(nèi)，從樹脂槽中“拉”出一個(gè)高度為60mm的三維物體，而同樣物體采用傳統(tǒng)的立體光固化成型工藝（SLA）來打印則需要約10h，速度提高了約100倍。華中科技大學(xué)武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員研發(fā)出了采用4臺(tái)激光器的大型SLM（選擇性激光熔覆）金屬打印設(shè)備。該裝備深度融合了信息技術(shù)和制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，由4臺(tái)500W光纖激光器、4臺(tái)振鏡分區(qū)同時(shí)掃描成形。

在3D打印應(yīng)用方面，中科院理化技術(shù)研究所的研究人員開創(chuàng)性地利用納米級(jí)3D打印技術(shù)——超衍射多光子直寫加工技術(shù)制備了聚合物三維Luneburg透鏡器件，其大小僅相當(dāng)于人類頭發(fā)直徑的1/2，首次將三維Luneburg透鏡的工作波段從微波段推廣至光波段，開辟了納米級(jí)3D打印技術(shù)在微納米器件領(lǐng)域中的全新應(yīng)用。廣西玉柴機(jī)器集團(tuán)有限公司在其鑄造集成式復(fù)合氣缸蓋砂芯組制造中采用了3D打印技術(shù)，集成式復(fù)合氣缸蓋組合砂型的缸蓋上水套砂型、缸蓋下水套砂型、進(jìn)氣道砂型和排氣道砂型均采用3D打印技術(shù)制造。中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院與南方增材科技有限公司合作研制的3D打印反應(yīng)堆壓力容器試件通過了技術(shù)鑒定。南方增材科技有限公司擁有自主研發(fā)的大型電熔3D打印設(shè)備，能夠打印直徑5.6m、長度9m、重300t的厚壁重型金屬構(gòu)件。南京航空航天大學(xué)的研究人員基于SLM成形技術(shù)制備出一種鋁基納米復(fù)合材料，用于激光增材技術(shù)領(lǐng)域，可有效解決鋁基納米復(fù)合材料在激光增材過程中工藝性能與力學(xué)性能不匹配，增強(qiáng)顆粒分布不均勻，以及陶瓷相與基材相之間潤濕性較差的問題，所獲得的產(chǎn)品具備良好的界面結(jié)合性能及優(yōu)異的力學(xué)性能。

▲ 飛秒激光直寫制備的微尺度光波段Luneburg透鏡及其聚焦光場的表征分析結(jié)果

10 石墨烯制備技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展

我國長期重視石墨烯產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用技術(shù)發(fā)展工作。中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》提出，發(fā)展引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)，不斷催生新產(chǎn)業(yè)、創(chuàng)造新就業(yè)；發(fā)揮納米、石墨烯等技術(shù)對(duì)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引領(lǐng)作用?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出，大力發(fā)展石墨烯、超材料等納米功能材料。工信部網(wǎng)站公布的《建材工業(yè)鼓勵(lì)推廣應(yīng)用的技術(shù)和產(chǎn)品目錄（2016～2017年本）》涉及石墨烯粉體、石墨烯重防腐涂料等兩項(xiàng)石墨烯技術(shù)和產(chǎn)品。此外，由四川聚能仁和新材料有限公司牽頭，中國工程物理研究院成都科學(xué)技術(shù)發(fā)展中心等17家單位產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合組建的國家石墨烯材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟在成都天府新區(qū)成立，標(biāo)志著石墨烯材料產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)已從各自獨(dú)立研發(fā)向著集團(tuán)式整體合作研發(fā)方式轉(zhuǎn)型。

在石墨烯產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面，寧波墨西科技有限公司“年產(chǎn)500t石墨烯生產(chǎn)線技術(shù)改造及擴(kuò)建工程項(xiàng)目”通過專家組驗(yàn)收，這標(biāo)志著寧波墨西科技年產(chǎn)500t石墨烯生產(chǎn)線正式建成投產(chǎn)。隨著這條生產(chǎn)線的啟動(dòng)，石墨烯的價(jià)格將大幅度下降。

在石墨烯應(yīng)用方面，2016年，石墨烯鋰離子電池的發(fā)展尤其引人矚目。7月，東旭光電科技股份有限公司推出了世界首款石墨烯基鋰離子電池產(chǎn)品——“烯王”。據(jù)稱，該產(chǎn)品采用石墨烯對(duì)磷酸鐵鋰正極進(jìn)行了摻雜改性，提高了材料的導(dǎo)電性，可在15min內(nèi)充滿4800mAh容量的電池，且具有良好的高低溫性能（工作溫度范圍-30℃～80℃），循環(huán)壽命可達(dá)3500次左右，其發(fā)布開啟了石墨烯在能源領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)代。12月，華為中央研究院瓦特實(shí)驗(yàn)室推出了業(yè)界首個(gè)高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池，在鋰離子電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大研究突破。該石墨烯基高溫鋰離子電池利用石墨烯的導(dǎo)熱性強(qiáng)化了電池的散熱性能，可實(shí)現(xiàn)鋰離子電池與環(huán)境間的高效散熱。高溫環(huán)境下的充放電測(cè)試結(jié)果表明，在同等工作參數(shù)下，該電池的溫升比普通鋰離子電池降低5℃；60℃高溫循環(huán)2000次，容量保持率仍超過70%；60℃高溫存儲(chǔ)200天，容量損失小于13%，可以將鋰離子電池上限使用溫度提高10℃，使用壽命是普通鋰離子電池的2倍。中國航發(fā)北京航空材料研究院石墨烯儲(chǔ)能材料研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功研制出了具有快速充電、長壽命、低發(fā)熱等特性的新型石墨烯鋰離子電池，并已實(shí)現(xiàn)了批量制備，即將走向市場應(yīng)用。檢測(cè)結(jié)果顯示，在同等條件下，該新型石墨烯鋰離子電池的充電時(shí)間僅為普通鋰離子電池的1/10，但使用壽命可達(dá)普通鋰離子電池的5倍，并且有效抑制了發(fā)熱問題。此外，西北大學(xué)完成了批產(chǎn)量500kg的石墨烯改性石墨鋰電負(fù)極材料工業(yè)化放大試驗(yàn)，產(chǎn)品性能達(dá)到了高性能石墨負(fù)極材料國家標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。同時(shí)，西北大學(xué)還制備出了多種超過1000mAh/g的石墨烯鋰電池負(fù)極材料，達(dá)到了國際先進(jìn)研究水平。在其它能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，中科院大連化學(xué)物理研究所的研究人員在柔性化、微型化石墨烯基超級(jí)電容器的研究中取得新進(jìn)展，成功獲得了二維噻吩納米片與石墨烯疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜，并應(yīng)用于高性能、柔性化、微型化超級(jí)電容器，開發(fā)出了具有高儲(chǔ)能密度、柔性化、功能集成化的微型儲(chǔ)能器件。

▲ “烯王”移動(dòng)電源

11 動(dòng)力電池材料及技術(shù)頻現(xiàn)突破，為動(dòng)力技術(shù)發(fā)展開辟了新的途徑

2016年，我國在先進(jìn)動(dòng)力電池研發(fā)領(lǐng)域取得了多項(xiàng)新進(jìn)展，特別是在鋰離子電池電極材料和鋰硫電池研發(fā)方面取得了多項(xiàng)突破性研究成果，促進(jìn)了我國動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展。

在電池電極材料方面，北京大學(xué)深圳研究生院的研究人員在磷酸鐵鋰（LiFePO4）電極結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了研究，提出了軟性碳導(dǎo)電劑（SCC）的概念。相比于硬碳導(dǎo)電劑，SCC能夠與活性物質(zhì)顆粒之間產(chǎn)生更大的接觸面積，從而使電流分布和鋰離子分布更加均勻，減少在充放電過程中正極材料的極化，顯著提升材料的容量和倍率性能。此外，該院的研究人員還對(duì)鋰電池三元層狀NMC材料開展了系統(tǒng)研究，對(duì)鋰的擴(kuò)散機(jī)理及高低溫性能進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)NMC622具有最好的高低溫性能，將為今后三元層狀材料鋰離子電池穩(wěn)定性的優(yōu)化提供重要的指導(dǎo)。四川大學(xué)的研究人員通過前向法合成了石墨烯包覆磷酸鐵錳鋰（LiMn0.5Fe0.5PO4）材料。該材料繼承了前驅(qū)體Li3PO3的形貌，顆粒直徑僅約為20nm，大幅縮短了鋰離子的擴(kuò)散距離，而石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予了該材料良好的導(dǎo)電性能，因此，改善了材料的倍率性能，提高了材料的能量密度。北京理工大學(xué)的研究人員基于介孔碳技術(shù)開發(fā)了一種微孔-介孔中空碳微球高性能鋰離子電池負(fù)極材料，其比表面積高達(dá)396m2/g，不僅具有高容量特性，還具有良好的循環(huán)性能和倍率性能。但目前該材料的制備成本過高，振實(shí)密度偏低，難以商業(yè)化應(yīng)用，還需要進(jìn)一步研究，降低成本，提高材料的性能。合肥工業(yè)大學(xué)的研究人員在具有微納等級(jí)結(jié)構(gòu)的宏觀組裝體材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及高性能鋰離子電池負(fù)極材料的制備方面取得了新進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了一種自支撐型二硫化鉬-石墨烯復(fù)合薄膜的自組裝設(shè)計(jì)和放大制備。該薄膜用于鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，既可保證復(fù)合材料具有較高的壓實(shí)密度，又可保證鋰離子和電子在材料內(nèi)部的快速輸運(yùn)，同時(shí)還能容納硫化物材料在嵌脫鋰過程中的體積變化。該復(fù)合負(fù)極材料將在以下一代鋰離子電池為代表的儲(chǔ)能系統(tǒng)中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，并有助于發(fā)展面向未來的可持續(xù)能源技術(shù)。南京大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的聚二甲基硅氧烷（PDMS）納米孔薄膜，有效提高了電池的庫倫效率，在長期循環(huán)后其庫倫效率仍能保持在95%以上，對(duì)于當(dāng)前鋰電池循環(huán)壽命的提高具有重要意義。

在鋰硫電池研發(fā)方面，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員利用微米級(jí)長度的碳納米管研制了一種超厚三維石墨泡沫集流體結(jié)構(gòu)（CNTUGF），無需使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，可將硫的含量提高至43%（2.4mg/ cm2的涂布密度）。同時(shí)，該電極結(jié)構(gòu)能夠有效抑制電極的衰降，在0.5C的倍率下，循環(huán)400次后，容量衰降率僅為0.063%/次。中科院理化技術(shù)研究所功能高分子材料研究中心的研究人員發(fā)展了一種在三維多孔碳（3DPGC）結(jié)構(gòu)中原位制備并負(fù)載硫的新方法，使得硫在保持納米分散的前提下，負(fù)載量達(dá)到了90%，創(chuàng)造了硫的最高負(fù)載量紀(jì)錄，電極初始比容量高達(dá)1382mAhg-1；硫的原位負(fù)載還可形成碳硫鍵，經(jīng)過1000次循環(huán)后，平均每次循環(huán)的容量衰減僅為0.039%，達(dá)到了當(dāng)前的最高循環(huán)穩(wěn)定性。此外，該材料在提高硫的負(fù)載及利用效率的同時(shí)，還提高了電極材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，為新一代鋰離子電池電極材料的設(shè)計(jì)開拓了思路。中科院化學(xué)研究所的研究人員開發(fā)出一種獨(dú)特的石墨化碳納米籠結(jié)構(gòu)的sp2型碳材料，并將其作為硫載體應(yīng)用在高倍率長壽命鋰硫電池中。該材料作為活性硫的

微型電化學(xué)反應(yīng)器具有較大的孔體積，在高硫負(fù)載量（77wt%）情況下，不僅可以實(shí)現(xiàn)納米硫的高效分散、充分發(fā)揮其電化學(xué)活性，還可以有效抑制多硫化鋰的溶解穿梭，改善鋰硫電池的循環(huán)性能。此外，該材料具有優(yōu)異的高倍率性能。該材料結(jié)構(gòu)的提出，為新型硫碳復(fù)合電極材料的合理設(shè)計(jì)拓展了思路，為開發(fā)高循環(huán)性能、高倍率性能鋰硫電池，以及其它高效儲(chǔ)能器件開辟了新的途徑。

▲ 平臺(tái)型機(jī)床i5M8

12 依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能制造系統(tǒng)平臺(tái)逐漸成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)新的發(fā)展方向

2016年，我國智能制造技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用加快向系統(tǒng)集成應(yīng)用邁進(jìn)，以物聯(lián)網(wǎng)為代表的“互聯(lián)網(wǎng)+”與機(jī)床制造業(yè)的深度融合加快催生了多個(gè)智能制造系統(tǒng)平臺(tái)。4月11日，沈陽機(jī)床集團(tuán)股份有限公司推出了擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界首創(chuàng)的平臺(tái)型機(jī)床i5M8，展示了一個(gè)“中國制造”升級(jí)新范本。i5M8機(jī)床的控制系統(tǒng)使用沈陽機(jī)床集團(tuán)股份有限公司自主開發(fā)的i5智能系統(tǒng)，依托互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能校正、智能診斷、智能控制、智能管理，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化的有效集成，使工業(yè)機(jī)床“能說話、能思考”，滿足了用戶的個(gè)性化需求，工業(yè)效率提升了20%，實(shí)現(xiàn)了“指尖上的工廠”，也是中國人首次用自己的智慧定義機(jī)床產(chǎn)品。

12月，秦川機(jī)床集團(tuán)漢江數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程診斷服務(wù)正式投入運(yùn)行，技術(shù)人員僅需通過電腦鍵盤就能夠?qū)τ脩舻臋C(jī)床進(jìn)行故障診斷、設(shè)備維護(hù)調(diào)試，以及軟件升級(jí)優(yōu)化等，其效果如同車間現(xiàn)場用電腦調(diào)試機(jī)床一樣，在有效降低產(chǎn)品售后服務(wù)成本的同時(shí)，也大幅提升了售后服務(wù)響應(yīng)速度。

在“互聯(lián)網(wǎng)＋”趨勢(shì)下，在傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、銷售渠道、服務(wù)方式和品牌概念等方面，將互聯(lián)網(wǎng)因素植入傳統(tǒng)制造業(yè)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)的融合，提高自動(dòng)化、智能化水平將成為數(shù)控機(jī)床等高端制造裝備發(fā)展的新方向。