中國粉體網訊 在材料科學與冶金工程領域的前沿探索中，武漢科技大學省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室（以下簡稱“實驗室”）以其卓越的科研實力、突出的創新成果，成為推動行業進步的重要力量。
省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室于2013年12月由科技部和湖北省人民政府批準依托武漢科技大學建設，2014年正式掛牌成立。它是在耐火材料與高溫陶瓷省部共建國家重點實驗室培育基地（2003年）和鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點實驗室（2005年）基礎上建設發展起來的，依托材料科學與工程、冶金工程、礦業工程、機械工程、化學工程與技術等湖北省重點學科，學科基礎極為堅實。其中，材料學為國家重點（培育）學科、湖北省優勢學科，擁有從本科到博士的完整人才培養體系以及博士后科研流動站，為實驗室持續輸送著大量專業人才。
實驗室以高溫工業為背景，以耐火材料與冶金為特色，緊密圍繞國家節能減排、可持續發展要求，針對行業及地方經濟建設中的關鍵、重大和共性問題開展科研工作。從國家“六五”計劃起，就深度參與耐火材料領域的所有重大科研項目，先后承擔并完成了國家科技攻關（支撐）、國家“973”、國家“863”等眾多項目。截至目前，已擁有126項國家發明專利，近5年斬獲7項國家科技獎，科研成果轉化率高達80%以上，這些成果廣泛應用于鋼鐵等行業，有力推動了產業升級。
根據官網數據顯示，近年實驗室獲得國家和省部級獎勵40余項，其中國家技術發明二等獎4項；國家科技進步一等獎1項、二等獎5項；湖北省科技進步一等獎9項、二等獎6項、三等獎3項等眾多獎項。2012年被科技部評為“優秀省部共建國家重點實驗室培育基地”，2013年被人力資源和社會保障部、中國鋼鐵工業協會授予“全國鋼鐵工業先進集體”。
核心研究方向與成果突破
在研究方向上，針對國家節能減排、可持續發展重大需求，綜合國內外耐火材料與鋼鐵冶金領域的最新進展與發展趨勢，結合湖北經濟建設發展規劃，實驗室確定了四大主要研究方向。
一是耐火材料設計理論與制備技術，通過耐火材料在微納米尺度非均一化設計和控制新理論，創新性地提出分步控制技術、原位控制技術和隔熱控制技術，自主研發了方鎂石-復合尖晶石材料、TiN/Sialon復合耐火材料等新產品，并在30余家大中型鋼鐵、水泥企業廣泛應用。
二是耐火材料高溫服役行為及功能化，全面深入研究爐襯材料微結構、服役過程中熱機械應力與溫度場關系、耐火材料與熔體相互作用，建立直接—間接侵蝕理論，開發微孔致密高強等關鍵技術，解決了傳統鋼鐵冶金設備中耐火材料的諸多問題，相關技術在耐火材料企業轉化為生產力，產品用于56家鋼鐵企業，提升了設備壽命和鋼質量。
三是冶金過程理論與高性能鋼鐵材料，研究耐火材料與鋼水作用機理等，首次發現液相隔離層，提出耐火材料參與冶金過程促進鋼水凈化理論，開發鋼包爐襯無碳長壽化等技術及新產品，在國內企業推廣應用，提高了鋼的潔凈度。
四是特色冶金資源高效利用，提出利用鋼中微納米級粒子控制焊接接頭性能理論，研發相關技術實現大線能量焊接用鋼創新與產業化；基于含釩頁巖研究，建立石煤自催化-高效解離理論，首創提釩新方法，實現節能減排和降耗增效。
值得一提的是，武漢科技大學省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室、先進材料與納米技術研究院霍開富教授團隊，在先進能源材料和儲能技術方面也取得了系列重要研究進展。
針對合金型負極材料在循環過程中大體積變化導致的巨大應力問題，該研究團隊在前期三維蟻巢狀多孔硅研究基礎上（Nature Communications, 2019, 10, 1447），設計和制備出三維微納分級結構多孔鍺（p-Ge）。這項工作為設計高性能、低體積膨脹的合金負極提供了新的見解。
微納分級多孔Ge電化學儲鋰優勢和服役機制圖
針對多孔硅表面離子傳導率低以及界面不穩定等問題，該研究團隊在多孔硅表面設計MgSiN₂功能層，充放電過程中在多孔硅表面原位構筑高離子電導率Li₃N 和Li-Mg合金復合界面，增強多孔硅界面離子傳導率和結構穩定性，提升其電化學儲鋰性能。通過原位/半原位實驗表征手段，揭示了MgSiN₂功能層電化學轉化機制。這項工作為硅基負極材料的界面設計提供了新途徑。
pMSi@MgSiN2合成與服役機制圖及儲鋰性能
針對鋰硫電池中多硫化物穿梭和反應動力學緩慢等問題，該研究團隊設計了一種新型三維分級的莫特-肖特基電催化劑，利用碳的多重空間限域效應抑制LiPS穿梭，莫特-肖特基電催化劑及自發的電荷重構促進反應動力學。
莫特-肖特基電催化劑增強硫電化學轉化機制圖
MoN和MoC是具有代表性的金屬氮化物和碳化物，然而，二維平面內 MoC/MoN異質結的可控制備和贗電容存儲性能目前尚未見報道。該研究團隊發展了熔鹽輔助合成方法，可控制備出二維MoC/MoN納米片，并通過原位紅外、拉曼光譜、石英微晶天平研究了MoC/MoN電容性能，揭示 MoC/MoN 的贗電容來自氫離子與Mo-N的嵌入和脫出，為開發高性能過渡金屬氮化物電極材料提供理論指導。
二維MoC/MoN面內異質結與界面作用示意圖及相應體積容量
針對商用碳酸酯基電解液與高活性鋰負極和高壓正極兼容性差，導致電池失效，甚至引發安全事故的問題，該研究團隊提出了DME和LiNO₃雙添加劑調控溶劑化結構的策略，在正負極表面形成穩定的電極-電解質界面，有效抑制電化學過程中電極與電解液之間的副反應。
安全、高壓電解液雙向調控正負極界面示意圖
人才領航，設備助力：實驗室創新發展的兩翼
實驗室擁有一支高素質的科研人才隊伍。由4名教育部新世紀人才、10名湖北省“楚天學者”領軍，團隊匯聚眾多優秀科研人員，其中8人享受國務院政府津貼。團隊成員在國際學術舞臺十分活躍，在國際學術會議中擔任學術委員和分會主席達38人次。同時，實驗室注重后備人才培養，通過舉辦材料學部第四屆耐火材料研究生學術論壇等活動，提升研究生科研熱情與學術能力。
在科研設施建設上，實驗室大力投入，主要建設精細表征公共設備平臺、綠色功能型耐火材料特色設備平臺、高端金屬材料特色設備平臺三大公共設備平臺，并計劃投入15502.29萬元購置雙球差校正300kv透射電鏡、三維原子探針等21臺（套）重大科研儀器設備，提升科研能力。
交流合作
作為國際耐火材料研究與教育聯盟（FIRE）中唯一的中國高校成員，實驗室積極開展對外交流與合作。與武鋼、寶鋼、攀鋼、濮耐等國內大中型企業建立穩定合作關系，與美國、德國等國家和地區的科研機構及公司廣泛交流合作，多次舉辦國際國內學術會議。首席教授李楠榮獲國際耐火材料最高榮譽——國際耐火材料學會杰出終身會員，提升了實驗室國際知名度。在國內，與黃岡市等地方企業緊密合作，促進科技成果轉化。
展望未來，武漢科技大學省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室將繼續秉持創新精神，不斷提升科研實力，加強人才培養與國際合作，在材料科學與冶金工程領域持續深耕，為推動行業發展、服務國家戰略貢獻更大力量。
參考來源：武漢科技大學、省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室官網
(中國粉體網編輯整理/九思)
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