本研究方向緊緊圍繞新能源材料領(lǐng)域的核心問題，面向我國科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)與需求，以相變材料（太陽能光熱材料）、電池材料、儲氫材料、太陽能光電材料、熱障涂層、陶瓷材料、電力絕緣材料以及生物質(zhì)能領(lǐng)域的相關(guān)材料作為核心內(nèi)容，著重研究新能源體系材料、相變材料和光催化材料的控制合成方法、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，指導(dǎo)新能源材料和環(huán)境功能材料的開發(fā)應(yīng)用，在陶瓷材料、電力絕緣材料、相變材料制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)、TiO2納米材料的光電轉(zhuǎn)換性質(zhì)和儲能材料等幾個(gè)方面取得了重要科研成果。
相變材料、陶瓷材料、絕緣材料等屬于新型綠色能源材料，可用于太陽能光熱利用和余熱回收等新能源開發(fā)和能源高效利用等領(lǐng)域，也可用于能源、交通、電力設(shè)施和電子器件等的熱保護(hù)與熱管理，為電力能源輸送設(shè)備等提供重要保護(hù)作用。在2011-2013年期間，該領(lǐng)域在國家自然科學(xué)基金、省自科基金等項(xiàng)目和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持下，成功制備出多個(gè)系列高儲熱密度定形相變材料的基礎(chǔ)上，結(jié)合納米科技，成功制備出一系列的含金屬納米材料、納米石墨片的復(fù)合定形相變材料和以膨脹石墨為骨架的高導(dǎo)熱定形相變材料，并初步開展了所制備的定形相變材料在大功率鋰離子電池的熱管理和與熱電材料聯(lián)用等領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，成功研發(fā)超/特高壓絕緣紙板關(guān)鍵技術(shù)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。該方向完成各類縱向科研項(xiàng)目24項(xiàng)，其中國家級項(xiàng)目7項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)共395萬元，獲吉林省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)一項(xiàng)，湖南省技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，湖南省科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)各一項(xiàng)等，獲得國家專利26項(xiàng)，出版專著1部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文31篇，其中一區(qū)論文4篇。
重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室緊緊圍繞新能源材料領(lǐng)域的核心問題，面向我國科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)與需求，以生物質(zhì)能源、光電轉(zhuǎn)換材料及環(huán)境功能材料的合成研究作為核心內(nèi)容，著重研究新能源體系材料和光催化材料的控制合成方法、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，指導(dǎo)新能源材料和環(huán)境功能材料的開發(fā)應(yīng)用。近年來，在如下幾個(gè)方面取得了重要科研成果：
（1）高性能相變材料的開發(fā)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究
重點(diǎn)開展了高性能相變材料的制備與應(yīng)用基礎(chǔ)研究，制備了聚苯胺基定形相變材料、軟硬嵌段定形相變材料、金屬納米線摻雜的復(fù)合定形相變材料及石墨基定形相變材料，并深入研究了材料的性能，取得的主要成果如下：
1）在室溫下制備了聚苯胺基定形相變材料，在所制備的聚苯胺基定形相變材料中，固-液相變材料（PCMs）與聚苯胺（PANI）之間無強(qiáng)的化學(xué)作用；隨著材料中PCMs含量的增加，PANI對PCMs從完全包覆（PCMs含量70%以下）逐漸變?yōu)椴糠职玻?/SPAN>70%以上）。由于PANI對PCMs的吸附作用，部分包覆的材料也表現(xiàn)出良好的定形性能。部分研究結(jié)果已發(fā)表在太陽能材料領(lǐng)域的頂級期刊Sol Energ Mat Sol C（Sol Energ Mat Sol C, 114 (2013) 136-140.）上。
2）首先將聚乙二醇（PEG，分子量為10000，6000和2000)和三苯甲基三異氰酸脂（TTI）在80℃預(yù)聚合5小時(shí)，然后加入季戊四醇擴(kuò)鏈，得到聚氨酯多嵌段共聚物的定形相變材料。該系列材料吸熱過程的開始相變溫度（Tonset）比純PEG要低3~5℃，材料的相變儲熱能力（ΔH）可達(dá)135J/g左右。材料在300℃以下不會(huì)被熱解。
3）制備了摻雜金屬納米線的復(fù)合定形相變材料。將銅納米線與TD復(fù)合，當(dāng)銅納米線含量達(dá)59%時(shí)，得到了定形性能良好的納米線/TD定形相變材料，其ΔH接近90J/g且具有良好的循環(huán)儲熱穩(wěn)定性，導(dǎo)熱性能增強(qiáng)9倍。該部分研究結(jié)果已發(fā)表在Sol Energ Mat Sol C（Sol Energ Mat Sol C, 105 (2012) 174-178.）上。
將金屬納米線在PCM熔點(diǎn)之上超聲分散到含PCM的乙醇溶液中，除去溶劑，按聚苯胺基定形相變材料的制備方法，得到納米線/聚苯胺基定形相變材料。CTAB和SDBS均可用于制備長鏈醇系列定形相變材料，但只有CTAB適合于長鏈脂肪酸體系。納米線被PCMs包埋后未被氧化破壞，研究發(fā)現(xiàn)納米線被分散到定形相變材料中并被其包覆，覆蓋了一層PCMs和PANI，且納米線未被氧化。
4）研究了鋰離子電池充放電過程中的熱力學(xué)行為及相變材料對其熱保護(hù)。采用電化學(xué)-量熱聯(lián)用技術(shù)系統(tǒng)地研究了鋰離子電池在不同溫度和倍率下充放電過程中的熱電化學(xué)行為，獲得了電池充放電過程中的一系列熱力學(xué)參數(shù)，探索了相變材料應(yīng)用于鋰離子動(dòng)力電池?zé)峁芾?，為下一步將定形相變材料?yīng)用于鋰離子動(dòng)力電池?zé)峁芾泶蛳禄A(chǔ)。
5）制備了石墨基定形相變材料。以膨脹石墨與納米膨脹石墨片為導(dǎo)熱填料，制備得到膨脹石墨/十四醇(EG/TD)和納米膨脹石墨片/十六酸/聚苯胺(xGnP/PA/PANI)兩種定形相變材料。在xGnP/PA/PANI中，xGnP與PA是被沉積在其表面的PANI所包覆而表現(xiàn)出定形性能。而在EG/TD中，十四醇被EG中的孔隙所吸附，在熔化后不會(huì)泄漏，兩種材料均表現(xiàn)出很高的相變儲熱能力，最低相變潛熱均大于150J/g。同時(shí)，材料的導(dǎo)熱系數(shù)得到到明顯改善。在EG/TD中，而添加6%的xGnP時(shí)，xGnP/PA/PANI復(fù)合定形相變材料可達(dá)到1W/mK以上，添加20%的EG可使材料的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到約5W/mK。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)xGnP/PA/PANI復(fù)合定形相變材料可以承受較高的壓力，將其在10MPa下壓成餅后，加熱到80oC材料形狀不變且無泄漏。
6）開展了復(fù)合增塑及“準(zhǔn)非燒結(jié)”節(jié)能技術(shù)在陶瓷生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用研究。從陶瓷低溫?zé)Y(jié)理論，低溫陶瓷坯料配方以及與其相適應(yīng)的釉料配方，復(fù)合增塑劑的增塑機(jī)理與工藝優(yōu)化，低能耗窯爐的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)技術(shù)等方面開展系統(tǒng)研究，有效解決了傳統(tǒng)陶瓷制品燒成溫度過高（1200℃以上）導(dǎo)致能源消耗過大，坯料成型性能差和產(chǎn)品熱穩(wěn)定性能差等關(guān)鍵技術(shù)問題，取得創(chuàng)新點(diǎn)如下：①首次提出“準(zhǔn)非反應(yīng)”燒結(jié)理論，揭示了“準(zhǔn)非反應(yīng)”燒結(jié)機(jī)理及燒結(jié)動(dòng)力學(xué)，探討了影響“準(zhǔn)非反應(yīng)”的燒結(jié)因素，制定了基于這一理論的低溫陶瓷燒成技術(shù)路線；②研究低溫陶瓷坯料配方，探討了原料組成對干坯強(qiáng)度和成型性能的影響，研究了適合低溫陶瓷坯料的復(fù)合增塑劑和稀釋劑，解決了由于坯料中瘠性料過多引起的干坯強(qiáng)度過低的關(guān)鍵問題，確定了坯料的成型工藝路線；③開發(fā)與低溫陶瓷坯料相匹配且滿足不同領(lǐng)域傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)的釉料配方，解決了產(chǎn)品熱穩(wěn)定性較差的問題；④研究多途徑利用窯爐余熱的技術(shù)，制定了輥道窯節(jié)能技術(shù)改造的設(shè)計(jì)方案。
研究成果“復(fù)合增塑及“準(zhǔn)非燒結(jié)”節(jié)能技術(shù)在陶瓷生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用”獲得2013年湖南省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。
（2）超/特高壓絕緣紙板關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化
隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國輸變電向超/特高壓、大容量、低損耗和遠(yuǎn)距離發(fā)展。變壓器是輸變電的核心設(shè)備，而絕緣紙板和成型件是變壓器的關(guān)鍵絕緣材料和組件，起支撐、隔離、固定、出線等絕緣作用。因絕緣紙板產(chǎn)品長期處在超/特高壓和高溫的工作環(huán)境，對其機(jī)械強(qiáng)度、電氣性能、抗老化性能、安全可靠性和使用壽命等提出超高要求。而該產(chǎn)品的技術(shù)和市場長期被國際集團(tuán)所壟斷，使我國電力能源輸送安全存在較大風(fēng)險(xiǎn)。然而相關(guān)企業(yè)只生產(chǎn)厚度≤8mm的一次成型產(chǎn)品，不能滿足日益發(fā)展的輸變電設(shè)備超大功率、特高壓和超長壽命的要求。8mm以上的產(chǎn)品需求只得采用膠黏劑層壓加厚，因膠黏劑高介電常數(shù)和與紙板收縮系數(shù)不同步等弊端，影響到絕緣體系介電常數(shù)的均一性，存在界面效應(yīng)及變壓器油紙絕緣相容性等問題。這嚴(yán)重制約了我國超/特高壓輸變電工業(yè)的發(fā)展。
重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合湖南廣信公司，重點(diǎn)攻克超/特高壓絕緣紙板及絕緣成型件關(guān)鍵技術(shù)。項(xiàng)目組從原材料的制備到最終產(chǎn)品的制造，建立了系統(tǒng)的理論體系和完整的生產(chǎn)工藝體系，解決了一次成型超厚絕緣紙板工藝世界性技術(shù)難題，研發(fā)出以“一次成型超厚絕緣紙板”、“無膠粘絕緣紙螺桿和無膠粘L型夾件絕緣件”為代表的系列產(chǎn)品，替代膠黏層壓加厚技術(shù)，性能大幅提升。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了超/特高壓輸變電設(shè)備關(guān)鍵絕緣材料的國產(chǎn)化，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。
項(xiàng)目深入研究纖維氫鍵結(jié)合、干燥熱力學(xué)傳遞和動(dòng)力學(xué)理論，將紙板層間施膠疊加熱壓改為純紙漿分子靜電吸附，紙坯疊加、繞卷或無膠噴漿澆注一次成型，解決了界面效應(yīng)、油紙絕緣相容性等問題，大幅提升絕緣紙板及成型件在超/特高電壓工況下的電化學(xué)穩(wěn)定性，延長了產(chǎn)品使用壽命。該技術(shù)將替代目前主流的層間膠粘技術(shù)。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為：
①依據(jù)木質(zhì)纖維素理化性能變化規(guī)律和超厚絕緣紙板成型機(jī)理及特殊工藝要求，首創(chuàng)了獨(dú)特的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)環(huán)境的綜合技術(shù)體系。
②攻克了產(chǎn)品生產(chǎn)超厚、無膠粘技術(shù)難題，開發(fā)了一次成型超厚絕緣紙板及無膠粘成型件系列產(chǎn)品，填補(bǔ)國際空白。
目前，項(xiàng)目成果已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并廣泛應(yīng)用于特變電工、西電集團(tuán)、山東電力等主要大型變壓器制造企業(yè)，尤其在西電東輸過程中發(fā)揮了非常重要的作用。近年來，本項(xiàng)目累計(jì)新增產(chǎn)值116739萬元，新增利潤18862萬元，新增稅收11328萬元，新增出口創(chuàng)匯2223萬美元，減少外匯支出超過20億元。
項(xiàng)目自投產(chǎn)以來，社會(huì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益顯著，主要體現(xiàn)在：
① 促進(jìn)就業(yè)。在國家就業(yè)形勢依然嚴(yán)峻的情況下，該項(xiàng)目發(fā)揮了社會(huì)就業(yè)帶動(dòng)效應(yīng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至目前，該項(xiàng)目直接吸收了400 余人就業(yè)，帶動(dòng)社會(huì)運(yùn)輸近20 萬噸，促進(jìn)了湖南地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
② 增加財(cái)政收入。該項(xiàng)目累計(jì)上繳稅金11328 萬元。
③ 提高國際競爭力。實(shí)現(xiàn)超/特高壓電網(wǎng)設(shè)備所需的絕緣紙板和絕緣成型件國產(chǎn)化，為變壓器制造企業(yè)降低絕緣材料成本近60 億元，減少外匯支出，提升變壓器絕緣行業(yè)整體技術(shù)水平，提高變壓器安全運(yùn)行性能，提升了國際競爭力。
④ 保障國家能源安全。項(xiàng)目突破了特高壓輸變電過程中對絕緣材料要求的關(guān)鍵技術(shù)，提高了國內(nèi)輸變電領(lǐng)域關(guān)鍵絕緣材料的安全可靠性，有效保障國家能源安全。
⑤ 環(huán)境效益顯著。研制超/特高壓絕緣紙板及絕緣成型件成套環(huán)境保護(hù)技術(shù)體系和相關(guān)裝置，生產(chǎn)工藝具備明顯的節(jié)能、降耗優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)環(huán)境無公害綠色生產(chǎn)，環(huán)境效益顯著。
研究成果“超/特高壓絕緣紙板關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化”獲得2012年湖南省技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和2012年邵陽市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
綠色能源材料研究也是重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有特色、實(shí)力很強(qiáng)的研究方向，共獲得7項(xiàng)國家級項(xiàng)目。該研究方向有6名科研骨干，包括2名長沙理工大學(xué)湖湘學(xué)者特聘教授、1名教授和3名副教授。該研究方向取得的主要科研成果有：
（1）科研項(xiàng)目：獲得各類縱向項(xiàng)目24項(xiàng)，其中國家級項(xiàng)目為7項(xiàng)、其他類別項(xiàng)目17項(xiàng)，科研經(jīng)費(fèi)共395萬元。代表性項(xiàng)目有：
①國家自然科學(xué)基金（周藝，基于空心海膽型球殼上TiO2納米管陳列的可控制備及性能研究，編號21171027，55萬，2012~2015）；
②國家自然科學(xué)基金委（湛雪輝，新型苝酰亞胺/海泡石纖維熒光復(fù)合材料的制備及其光譜調(diào)控，編號51374043，80萬，2014~2017）；
③國家自然科學(xué)基金委（張躍飛，聚丙烯用均苯三甲酸類成核劑結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系研究，編號21376031，80萬，2014~2017）；
④國家自然科學(xué)基金委（曾巨瀾，摻雜銅、銀納米線定形相變材料的制備及性能研究，編號21003014，20萬，2011~2013）；
⑤國家自然科學(xué)基金委（朱玲，超聲波輔助離子液體法合成稀土氟化物納米晶及其光學(xué)性能研究，編號21001017，19萬，2011~2013）；
（2）著作、論文、專利：著作編寫1部、發(fā)表論文31篇（其中SCI、EI收錄論文24篇，其中一區(qū)論文4篇）、獲得國家專利26項(xiàng)。代表性論文和專利有：
①Ju-Lan Zeng, et al, Solar Energy Materials and Solar Cells. 105 (2012) 174-178（2012IF=4.63）；
②Ju-Lan Zeng, et al, Solar Energy Materials and Solar Cells. 7 (2013) 136–140（2012IF=4.63）；
③Yin-Jie Kuang, et al, Nanotechnology. 39 (2013) 395604；(2012IF=3.842);
④Liu-Bin Song, et al, Electrochimica Acta, 114 (2013) 611– 616；
⑤負(fù)載型光催化劑的制備方法及應(yīng)用（夏暢斌等，發(fā)明專利，專利號ZL200910303193.7）；
⑥吸附-光催化室內(nèi)空氣高效凈化裝置及專用光催化劑（楊道武等，發(fā)明專利，專利號ZL200910304868.X）；
⑦一種化學(xué)鍍鈀液（吳道新等，發(fā)明專利，發(fā)明專利，專利號ZL200910312132.7）
（3）科技獎(jiǎng)勵(lì)：獲吉林省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)一項(xiàng)，湖南省技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，湖南省科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)各一項(xiàng)等。代表性科技獎(jiǎng)勵(lì)有：
①曹學(xué)強(qiáng)、朱玲等，熱障涂層的設(shè)計(jì)和失效機(jī)理研究，2013吉林省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)；
②張健等，鈦酸鉀晶須改性特種高分子耐磨復(fù)合材料及應(yīng)用，2013湖南省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
③陳啟杰等，超/特高壓絕緣紙板關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，2012湖南省技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。
④周藝等，復(fù)合增塑及“準(zhǔn)非燒結(jié)”節(jié)能技術(shù)在陶瓷生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用，2013湖南省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。