[大国重器-中科院重大科技基础设施]​中国散裂中子源

发布时间:2020-09-21 15:31:51 | 来源:中国网·中国发展门户网 | 作者: | 责任编辑:张蔚蓝

关键词:中科院,科技基础设施,散裂中子源

综述及基本情况

散裂中子源是体现一个国家的科技水平、经济水平和工业水平等综合实力的大型科学研究装置,是开展多学科交叉前沿研究及高新技术研发的先进大型实验平台,能够为我国的多学科创新在国际前沿领域占据一席之地提供良好的机遇。中子散射广泛应用于物理、化学、生命科学、材料科学技术、资源环境、纳米等学科领域,并有望在如量子调控、蛋白质、高温超导等重要前沿研究方向实现突破。强流质子加速器相关技术的发展也将为一些重要的应用,如质子治癌、加速器驱动的次临界洁净核能源系统(ADS)等,打下坚实的基础,储备丰富的工程建设和运行经验。散裂中子源的建设不仅会对我国工业技术、国防技术的发展起到有力的促进作用,也会带动和提升众多相关产业的技术进步,产生巨大的社会经济效益。

中国散裂中子源(CSNS)是国家“十二五”重点建设的重大科技基础设施,是国际前沿的高科技、多学科应用的大型研究平台。2018 年 8 月 23 日,CSNS 作为我国首台散裂中子源、粤港澳大湾区首个国家重大科技基础设施,按指标、按工期、高质量地完成了工程建设任务,综合性能进入国际同类装置先进行列,正式对国内外各领域的用户开放,并很快有相关高水平用户实验成果文章发表。

CSNS 填补了国内脉冲中子源及应用领域的空白,为我国物质科学、生命科学、资源环境、新能源等方面的基础研究和高新技术研发提供强有力的研究平台,将对粤港澳大湾区国际科技创新中心建设提供重要科技支撑,对满足国家重大战略需求、解决前沿科学问题具有重要意义。同时,散裂中子源的建设,显著提升了我国在磁铁、电源、探测器及电子学等领域的相关产业技术水平和自主创新能力,使我国在强流质子加速器和中子散射领域实现了重大跨越。

研究进展与成果

我国首台散裂中子源顺利通过国家验收

CSNS 是国家“十一五”立项、“十二五”重点建设的重大科技基础设施和高科技多学科应用研究平台。CSNS 于 2011 年 9 月动工,2018 年 3 月全面竣工、8 月正式通过国家验收,按期高质量地完成了国内首台散裂中子源的建设任务。装置整体设计先进,研制设备质量精良,靶站最高中子效率和 3 台谱仪综合性能达到国际先进水平。CSNS 顺利通过国家验收后,于 2018 年 9 月正式对用户开放。目前围绕国际科技前沿和国家重大需求,CSNS 取得了多项成果,包括新型锂离子电池材料、斯格明子的拓扑磁性、逆自旋霍尔磁性薄膜、高强合金的纳米相、太阳能电池柔性薄膜、芯片中子单粒子效应等,同时也开展了航空材料、可燃冰、页岩、催化材料等初步研究。

新型富锂正极材料构效关系的解析

阳离子无序富锂氧化物材料因其超高的充放电比容量已被作为下一代高能量密度锂离子电池的候选正极材料。然而,电压下降、容量衰减等电化学问题严重限制了其商业化应用。阳离子无序富锂正极材料存在的电化学问题与其脱-嵌锂过程中的结构演化密切相关。因此,明确富锂材料的结构演化机制以及发展精准高效的结构表征技术对于优化设计高性能锂离子电池正极材料具有重大意义。

中国科学院物理研究所王芳卫课题组与中国散裂中子源研究人员合作,开发了一种氟掺杂化学组分为 Li1.2Ti0.35Ni0.35Nb0.1O1.8F0.2 的新型阳离子无序富锂正极材料。该材料具有超高的比容量以及较好的高倍率循环稳定性。利用中子对某些低原子序数元素敏感的特性,研究人员精准确定了该新型富锂材料的初始晶体结构信息,精准分析了该材料在脱-嵌锂过程中的阴离子骨架结构的演化。这一重要结果为揭示阳离子无序富锂正极材料结构与电化学性能之间的构效关系提供了基础,同时也为后续高性能锂离子电池新材料的设计提供了非常好的理论基础与研发思路。该系列研究成果发表于 Energy Storage Materials。(中国科学院院刊供稿)


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