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仿生表面織構(gòu)起源 傳統(tǒng)摩擦學認為光滑表面具有較低摩擦力和磨損，反之，非光滑表面會帶來較大的摩擦力和磨損。而自然界進化過程中，某些生物的表面微觀結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的自潤滑和抗磨減磨性能，如鯊魚皮表面微溝槽表現(xiàn)的超低流體阻力，穿山甲表面微結(jié)構(gòu)的優(yōu)異耐磨抗磨性能。因此，如能掌握其機理，則可進行工業(yè)應用。 鉆頭軸承及壓裂泵柱塞密封系統(tǒng)仿生織構(gòu)潤滑減磨設(shè)計及應用 織構(gòu)化鉆頭軸承 鉆頭作為破碎巖石形成井眼的重要工具之一，在高溫高壓、沖擊動載及貧脂潤滑的惡劣環(huán)境下，其核心部件鉆頭滑動軸承易發(fā)生黏著磨損從而最終導致鉆頭整體失效破壞，亟需降耗增壽的新技術(shù)來為其安全、可靠使用和延壽經(jīng)濟運行保駕護航。 發(fā)明了基于多物理場耦合的超快激光精準高效制備的冰霜輔助超快激光刻蝕分束技術(shù)（US17026096，ZL202011229792.1），形成了鉆頭軸承軸徑曲面仿生織構(gòu)的納秒/皮秒的激光加工與表征評價方法；目前正在與中國科學院上海光學精密機械研究所和中石化江鉆石油機械有限公司開展鉆頭軸承織構(gòu)工業(yè)化的超快激光加工與質(zhì)量檢測流水線建設(shè)和現(xiàn)場應用研究測試，可滿足織構(gòu)化鉆頭2000支的年產(chǎn)量需求。 建立了織構(gòu)鉆頭軸承潤滑減磨性能優(yōu)化設(shè)計的理論研究與實驗測試評價方法(ZL201310416270.6，ZL201710973537.X，.ZL201810946598.1）。以摩擦系數(shù)、磨損量、油膜厚度、溫升和無量綱承載能力等為評價指標，基于理論研究、單元實驗和全尺寸的臺架實驗，模擬測試工況下初步優(yōu)選的圓形、橢圓形、人字形溝槽織構(gòu)可使鉆頭軸承減磨性能和壽命提升50%以上。 織構(gòu)化柱塞密封系統(tǒng) 柱塞動密封系統(tǒng)是油氣增產(chǎn)壓裂作業(yè)實施中壓裂泵裝備的關(guān)鍵部件之一，其在超高壓、沖擊動載及交變往復運動工況下，壓裂泵柱塞動密封系統(tǒng)易發(fā)生磨損失效而導致密封刺漏等失效，是制約壓裂泵工作性能、可靠性和作業(yè)成本的關(guān)鍵因素， 亟需創(chuàng)新的設(shè)計方法來提升壓裂泵柱塞動密封系統(tǒng)的壽命及可靠性。 發(fā)明了柱塞表面仿生織構(gòu)大尺寸拼接刻蝕工藝規(guī)劃及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法（ZL201910892024.5）， 創(chuàng)新研發(fā)了柱塞織構(gòu)批量化激光分束加工的軟件控制系統(tǒng)和配套夾具系統(tǒng)。 發(fā)明了表面織構(gòu)化壓裂泵柱塞及其動密封系統(tǒng)性能抗磨減磨性能優(yōu)化設(shè)計的理論研究與試驗測試評價方法(ZL201310423514.3)，基于理論模擬、單元及全尺寸臺架實驗，初步優(yōu)選的圓形和橢圓形織構(gòu)布置于壓裂泵柱塞表面可實現(xiàn)柱塞動密封系統(tǒng)的摩擦系數(shù)和溫升降低45%以上，壽命延長30%以上，目前正在與中石油第四石油機械有限公司和中油國家鉆井裝備工程技術(shù)研究中心有限公司開展現(xiàn)場應用試驗測試。 未來應用前景及市場規(guī)模預測 該技術(shù)垂直應用領(lǐng)域為油氣勘探開發(fā)裝備、油氣集輸裝備、通用機械裝備的潤滑、密封、抗沖蝕與減阻等領(lǐng)域，摩擦消耗了一次能源的1/3以上，80%的裝備失效是由磨損引起的。兩者造成的損失相當于GDP2%-7%，2019年我國的GDP為99萬億元，按5%計算約為4.95萬億元。

本成果圍繞光伏并網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量展開。基于深度學習算法，研究諧波等電能質(zhì)量指標變化規(guī)律，運用特征提取技術(shù)處理時序數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電能質(zhì)量預測。研發(fā)基于態(tài)勢感知的電能質(zhì)量調(diào)控裝置，總諧波補償率不小于 90%，補償次數(shù) 2 - 50 次。成果形式包括研究報告、調(diào)控裝置示范應用，申請發(fā)明專利 3 項，發(fā)表論文 3 篇。應用場景涵蓋光伏電站、配電網(wǎng)等，可提升電網(wǎng)可靠性與經(jīng)濟性，減少設(shè)備損耗、優(yōu)化調(diào)控策略、降低棄光率，為新能源消納提供支撐。

一、仿生納米藥物系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)建與應用實例1 二、仿生納米藥物系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)建與應用實例2 本發(fā)明公開了一種納米藥物控釋體系的制備方法，包括以下步驟：(1)制備納米級紅細胞膜囊泡；(2)制備具有光敏性的載藥氧化石墨烯；(3)制備靶向分子；(4)制備納米藥物控釋體系。本發(fā)明通過紅細胞囊泡的包埋可避免納米載體被體內(nèi)某些蛋白包被形成所謂的“蛋白冠”，保證靶向分子的活性；其次紅細胞囊膜泡為人體內(nèi)存在的生物相容性好，無毒副作用，不會引起排異反應；再次紅細胞的包埋囊泡可有效降低氧化石墨烯的表面自由能，增加納米藥物控釋體系的分散性；而且在氧化石墨烯上吸附了光敏劑吲哚菁綠，可結(jié)合光熱治療，進一步增強了納米藥物控釋體系的抗腫瘤效果。

關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。骨軟骨生物醫(yī)學研究日益深入，但另一方面，減少動物的使用又是一個巨大挑戰(zhàn)，也是人類文明進步的趨勢。因應這一挑戰(zhàn)，體外模型，包括多種類器官，被開發(fā)出來并用于體外生物醫(yī)學研究，有效減少了實驗動物使用數(shù)量，并提升了研究的準確性。本項目通過制備仿生模型，為骨軟骨的缺損和再生研究提供了體外、準確的研究手段。

項目成果/簡介:一、仿生納米藥物系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)建與應用實例1二、仿生納米藥物系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)建與應用實例2本發(fā)明公開了一種納米藥物控釋體系的制備方法，包括以下步驟：(1)制備納米級紅細胞膜囊泡；(2)制備具有光敏性的載藥氧化石墨烯；(3)制備靶向分子；(4)制備納米藥物控釋體系。本發(fā)明通過紅細胞囊泡的包埋可避免納米載體被體內(nèi)某些蛋白包被形成所謂的“蛋白冠”，保證靶向分子的活性；其次紅細胞囊膜泡為人體內(nèi)存在的生物相容性好，無毒副作用，不會引起排異反應；再次紅細胞的包埋囊泡可有效降低氧化石墨烯的表面自由能，增加納米藥物控釋體系的分散性；而且在氧化石墨烯上吸附了光敏劑吲哚菁綠，可結(jié)合光熱治療，進一步增強了納米藥物控釋體系的抗腫瘤效果。知識產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利知識產(chǎn)權(quán)編號:ZL201711377861.1技術(shù)先進程度:達到國內(nèi)先進水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:國家級計劃/專項類別:國家自然科學基金面上項目，湖南省自然科學基金面上項目獲得經(jīng)費:65.00萬元

圍繞無人駕駛、智能制造領(lǐng)域，本項目針對傳統(tǒng)機器視覺難以同時兼顧大視場、高分辨、實時性的技術(shù)瓶頸，從源頭打破常規(guī)成像規(guī)則，鑒于昆蟲復眼具有大視場高靈敏的優(yōu)勢，以及人眼視覺具有變分辨率和冗余數(shù)據(jù)壓縮的優(yōu)勢，將兩者相結(jié)合，提出一種復合仿生三維成像感知方法，通過突破變分辨掃描發(fā)射、多通道并行接收、圖像重構(gòu)與成像感知算法等關(guān)鍵技術(shù)，形成了具有體系化的前沿技術(shù)成果，研發(fā)出了諸如收發(fā)探測模塊，多通道仿生曲面相機系統(tǒng)、在線光電檢測系統(tǒng)等實物成果。核心技術(shù)受到國家、省部級項目資助5項。

01. 成果簡介 本項成果應用于電廠，在電廠凝汽器改造過程中采用該仿生優(yōu)化管束布置形式，可以實現(xiàn)換熱性能增強20%以上。該仿生優(yōu)化管束布置的凝汽器，其換熱管在管板上的布置呈仿生雙連樹形布置，由仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)管束、仿生雙連樹密集管束區(qū)管束、漸縮空冷區(qū)管束等組成；仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)由上部傾斜向上的仿生樹枝形管束、下部水平的仿生樹枝形管束和底部向下的仿生樹枝形管束等組成。本項成果具有管束汽流流場均勻無渦流、殼側(cè)汽阻小、熱負荷分布均勻、凝結(jié)水過冷度小、凝汽器的傳熱系數(shù)和運行真空度都較高的優(yōu)點，其換熱系數(shù)可按HEI計算值高10%-20%，可大幅節(jié)能。 圖1 仿生優(yōu)化布置管束凝汽器數(shù)值模擬流場  圖2 某600MW機組凝汽器施工現(xiàn)場 在國家發(fā)改委示范工程項目的支撐下，分別在萊城電廠2臺機組、蒲城電廠1臺機組（330MW），華電鄒縣電廠2臺機組（600MW）等進行了工程示范，改造后的凝汽器壓力降低0.8-1.5kPa，節(jié)約標煤約2-4g/kWh，節(jié)能效果明顯。02. 應用前景 電廠凝汽器改造。03. 知識產(chǎn)權(quán) 相關(guān)成果已授權(quán)中國發(fā)明專利2項。04. 團隊介紹 團隊主要研究領(lǐng)域為傳熱強化與節(jié)能理論技術(shù)及工程應用研究, 負責人為副研究員。承擔國家十二五重大專項子課題、973課題、重點基金、國家發(fā)改委示范工程項目課題、科技支撐計劃子課題、國際合作等項目，曾獲國家科技進步二等獎、教育部科技進步一等獎。科研成果發(fā)表論文80余篇，申請專利70余項。05. 合作方式 商務合作。06. 聯(lián)系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn

01. 成果簡介 仿生體模從力學、聲學等物理性質(zhì)上模擬人體軟組織，能夠直觀反映出組織的影像學特征，因此可廣泛應用于超聲設(shè)備校準、臨床操作訓練等。針對超聲成像和超聲彈性成像，目前已經(jīng)發(fā)展了一些體模制備方法。為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，如材料毒性，難以降解，以及仿生制備非均勻體模（如腫瘤體模和皮膚體模等）界面強度不夠等問題，本研究經(jīng)過多年的反復試驗，在理論分析和數(shù)值仿真指導下進行實際制作千余次，發(fā)展出一種無毒、可降解多功能仿生體模制備技術(shù)，所制備的體模性能參數(shù)包括但不限于： 體模尺寸：體模最小特征尺寸可從數(shù)毫米到數(shù)十厘米之間變化，覆蓋各種人體組織的特征尺寸； 體模熔點：體模熔點可在20攝氏度到90攝氏度之間調(diào)控，覆蓋腫瘤熱消融時的升溫目標(典型值約為43—65攝氏度)。 體模楊氏模量：體模的楊氏模量可在3KPa到500kPa之間調(diào)控，覆蓋人體主要組織(如皮膚、血管、肝臟等)的楊氏模量變化范圍。 仿生微結(jié)構(gòu)：體模內(nèi)部可包含直徑3mm～20mm的球體或截面直徑3mm～20mm的圓柱體。能夠仿生模擬含腫瘤、神經(jīng)纖維等結(jié)構(gòu)的軟組織。 可3D或4D打印：實驗表明，本體模材料可作為3D或4D打印的打印墨水，從而打印出具有復雜微結(jié)構(gòu)并可對外界激勵作出響應的仿生體模。      腫瘤仿生體模   皮膚體模 02. 應用前景 臨床醫(yī)用軟材料耗材，超聲設(shè)備校準、臨床操作訓練等。03. 知識產(chǎn)權(quán) 相關(guān)成果已申請發(fā)明專利保護。04. 團隊介紹 團隊主要研究領(lǐng)域為超聲彈性成像、軟材料和生物材料力學、接觸力學、計算力學等，項目負責人為教授、博士生導師。參與和承擔973、國家自然科學基金重點項目和面上項目等科研項目多項。科研成果發(fā)表SCI論文120余篇，申請專利20余項。05. 合作方式 商務合作。06. 聯(lián)系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn y-zheng17@mails.tsinghua.edu.cn

關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。骨軟骨生物醫(yī)學研究日益深入，但另一方面，減少動物的使用又是一個巨大挑戰(zhàn)，也是人類文明進步的趨勢。因應這一挑戰(zhàn)，體外模型，包括多種類器官，被開發(fā)出來并用于體外生物醫(yī)學研究，有效減少了實驗動物使用數(shù)量，并提升了研究的準確性。本項目通過制備仿生模型，為骨軟骨的缺損和再生研究提供了體外、準確的研究手段。

研發(fā)階段/n內(nèi)容簡介：本項目以PVC樹脂或植物纖維粉（稻殼、秸稈等）為主要原料，添加熱穩(wěn)定劑、填充劑、發(fā)泡劑和發(fā)泡助劑等輔助材料，通過高效塑化擠出和可控結(jié)皮發(fā)泡技術(shù)，生產(chǎn)硬質(zhì)PVC微孔板材(包括普通板、印刷板和、覆膜板等，寬度400-1600mm，厚度3-25mm)。具有質(zhì)輕、節(jié)能、難燃低煙、耐腐防潮、保溫減震等特點和能釘、鉆、刨、鑿、鉚、粘等木材加工特性，廣泛用于裝飾裝潢、商貿(mào)廣告、建筑、汽車、家具、交通運輸?shù)刃袠I(yè)，對推動以塑代木、以塑代金屬、節(jié)能環(huán)保等具有深遠意義。經(jīng)濟效益：結(jié)皮PVC－U微發(fā)泡