中国粉体网讯 在材料科学与冶金工程领域的前沿探索中，武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室（以下简称“实验室”）以其卓越的科研实力、突出的创新成果，成为推动行业进步的重要力量。
省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室于2013年12月由科技部和湖北省人民政府批准依托武汉科技大学建设，2014年正式挂牌成立。它是在耐火材料与高温陶瓷省部共建国家重点实验室培育基地（2003年）和钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室（2005年）基础上建设发展起来的，依托材料科学与工程、冶金工程、矿业工程、机械工程、化学工程与技术等湖北省重点学科，学科基础极为坚实。其中，材料学为国家重点（培育）学科、湖北省优势学科，拥有从本科到博士的完整人才培养体系以及博士后科研流动站，为实验室持续输送着大量专业人才。
实验室以高温工业为背景，以耐火材料与冶金为特色，紧密围绕国家节能减排、可持续发展要求，针对行业及地方经济建设中的关键、重大和共性问题开展科研工作。从国家“六五”计划起，就深度参与耐火材料领域的所有重大科研项目，先后承担并完成了国家科技攻关（支撑）、国家“973”、国家“863”等众多项目。截至目前，已拥有126项国家发明专利，近5年斩获7项国家科技奖，科研成果转化率高达80%以上，这些成果广泛应用于钢铁等行业，有力推动了产业升级。
根据官网数据显示，近年实验室获得国家和省部级奖励40余项，其中国家技术发明二等奖4项；国家科技进步一等奖1项、二等奖5项；湖北省科技进步一等奖9项、二等奖6项、三等奖3项等众多奖项。2012年被科技部评为“优秀省部共建国家重点实验室培育基地”，2013年被人力资源和社会保障部、中国钢铁工业协会授予“全国钢铁工业先进集体”。
核心研究方向与成果突破
在研究方向上，针对国家节能减排、可持续发展重大需求，综合国内外耐火材料与钢铁冶金领域的最新进展与发展趋势，结合湖北经济建设发展规划，实验室确定了四大主要研究方向。
一是耐火材料设计理论与制备技术，通过耐火材料在微纳米尺度非均一化设计和控制新理论，创新性地提出分步控制技术、原位控制技术和隔热控制技术，自主研发了方镁石-复合尖晶石材料、TiN/Sialon复合耐火材料等新产品，并在30余家大中型钢铁、水泥企业广泛应用。
二是耐火材料高温服役行为及功能化，全面深入研究炉衬材料微结构、服役过程中热机械应力与温度场关系、耐火材料与熔体相互作用，建立直接—间接侵蚀理论，开发微孔致密高强等关键技术，解决了传统钢铁冶金设备中耐火材料的诸多问题，相关技术在耐火材料企业转化为生产力，产品用于56家钢铁企业，提升了设备寿命和钢质量。
三是冶金过程理论与高性能钢铁材料，研究耐火材料与钢水作用机理等，首次发现液相隔离层，提出耐火材料参与冶金过程促进钢水净化理论，开发钢包炉衬无碳长寿化等技术及新产品，在国内企业推广应用，提高了钢的洁净度。
四是特色冶金资源高效利用，提出利用钢中微纳米级粒子控制焊接接头性能理论，研发相关技术实现大线能量焊接用钢创新与产业化；基于含钒页岩研究，建立石煤自催化-高效解离理论，首创提钒新方法，实现节能减排和降耗增效。
值得一提的是，武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室、先进材料与纳米技术研究院霍开富教授团队，在先进能源材料和储能技术方面也取得了系列重要研究进展。
针对合金型负极材料在循环过程中大体积变化导致的巨大应力问题，该研究团队在前期三维蚁巢状多孔硅研究基础上（Nature Communications, 2019, 10, 1447），设计和制备出三维微纳分级结构多孔锗（p-Ge）。这项工作为设计高性能、低体积膨胀的合金负极提供了新的见解。
微纳分级多孔Ge电化学储锂优势和服役机制图
针对多孔硅表面离子传导率低以及界面不稳定等问题，该研究团队在多孔硅表面设计MgSiN₂功能层，充放电过程中在多孔硅表面原位构筑高离子电导率Li₃N 和Li-Mg合金复合界面，增强多孔硅界面离子传导率和结构稳定性，提升其电化学储锂性能。通过原位/半原位实验表征手段，揭示了MgSiN₂功能层电化学转化机制。这项工作为硅基负极材料的界面设计提供了新途径。
pMSi@MgSiN2合成与服役机制图及储锂性能
针对锂硫电池中多硫化物穿梭和反应动力学缓慢等问题，该研究团队设计了一种新型三维分级的莫特-肖特基电催化剂，利用碳的多重空间限域效应抑制LiPS穿梭，莫特-肖特基电催化剂及自发的电荷重构促进反应动力学。
莫特-肖特基电催化剂增强硫电化学转化机制图
MoN和MoC是具有代表性的金属氮化物和碳化物，然而，二维平面内 MoC/MoN异质结的可控制备和赝电容存储性能目前尚未见报道。该研究团队发展了熔盐辅助合成方法，可控制备出二维MoC/MoN纳米片，并通过原位红外、拉曼光谱、石英微晶天平研究了MoC/MoN电容性能，揭示 MoC/MoN 的赝电容来自氢离子与Mo-N的嵌入和脱出，为开发高性能过渡金属氮化物电极材料提供理论指导。
二维MoC/MoN面内异质结与界面作用示意图及相应体积容量
针对商用碳酸酯基电解液与高活性锂负极和高压正极兼容性差，导致电池失效，甚至引发安全事故的问题，该研究团队提出了DME和LiNO₃双添加剂调控溶剂化结构的策略，在正负极表面形成稳定的电极-电解质界面，有效抑制电化学过程中电极与电解液之间的副反应。
安全、高压电解液双向调控正负极界面示意图
人才领航，设备助力：实验室创新发展的两翼
实验室拥有一支高素质的科研人才队伍。由4名教育部新世纪人才、10名湖北省“楚天学者”领军，团队汇聚众多优秀科研人员，其中8人享受国务院政府津贴。团队成员在国际学术舞台十分活跃，在国际学术会议中担任学术委员和分会主席达38人次。同时，实验室注重后备人才培养，通过举办材料学部第四届耐火材料研究生学术论坛等活动，提升研究生科研热情与学术能力。
在科研设施建设上，实验室大力投入，主要建设精细表征公共设备平台、绿色功能型耐火材料特色设备平台、高端金属材料特色设备平台三大公共设备平台，并计划投入15502.29万元购置双球差校正300kv透射电镜、三维原子探针等21台（套）重大科研仪器设备，提升科研能力。
交流合作
作为国际耐火材料研究与教育联盟（FIRE）中唯一的中国高校成员，实验室积极开展对外交流与合作。与武钢、宝钢、攀钢、濮耐等国内大中型企业建立稳定合作关系，与美国、德国等国家和地区的科研机构及公司广泛交流合作，多次举办国际国内学术会议。首席教授李楠荣获国际耐火材料最高荣誉——国际耐火材料学会杰出终身会员，提升了实验室国际知名度。在国内，与黄冈市等地方企业紧密合作，促进科技成果转化。
展望未来，武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室将继续秉持创新精神，不断提升科研实力，加强人才培养与国际合作，在材料科学与冶金工程领域持续深耕，为推动行业发展、服务国家战略贡献更大力量。
参考来源：武汉科技大学、省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室官网
(中国粉体网编辑整理/九思)
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