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一、項(xiàng)目進(jìn)展 創(chuàng)意計(jì)劃階段 二、負(fù)責(zé)人及成員 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 入學(xué)/畢業(yè)時(shí)間 學(xué)號 楊鈺萍 機(jī)電工程學(xué)院/測控技術(shù)與儀器 2016.9/2020.6 201631034227 劉玉潔 機(jī)電工程學(xué)院/測控技術(shù)與儀器 2016.9/2020.6 201631034210 黃祺 機(jī)電工程學(xué)院/測控技術(shù)與儀器 2017.9/2021.6 201731034414 黎峰 機(jī)電工程學(xué)院/測控技術(shù)與儀器 2017.9/2021.6 201731034425 李正煜 機(jī)電工程學(xué)院/測控技術(shù)與儀器 2018.9/2022.6 201831034413 任星星 機(jī)電工程學(xué)院/測控技術(shù)與儀器 2016.9/2020.6 201631034306 楊柳 外國語學(xué)院/英語 2016.9/2020.6 201631131301 胡玉蓮 外國語學(xué)院/英語 2016.9/2020.6 201631131304 三、指導(dǎo)教師 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 職務(wù)/職稱 研究方向 陳波 外國語學(xué)院/測試計(jì)量技術(shù)及儀器 實(shí)驗(yàn)師 傳感器技術(shù) 四、項(xiàng)目簡介 本項(xiàng)目以電磁流量計(jì)的勵(lì)磁技術(shù)為切入點(diǎn)展開研究，了解了已有勵(lì)磁技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，合理推導(dǎo)雙向梯形波具有的優(yōu)點(diǎn)——既有穩(wěn)態(tài)部分利于數(shù)據(jù)采集與處理；又存在緩慢的上升和下降沿可減少微分干擾。故設(shè)計(jì)了雙向梯形波勵(lì)磁擬解決現(xiàn)有勵(lì)磁技術(shù)微分干擾過大的問題，并可提高電磁流量計(jì)在流速測量中的精度。該項(xiàng)目一旦成熟推向市場時(shí)，可實(shí)現(xiàn)系列化生產(chǎn)，對提高流量流速測量精度，擴(kuò)大電磁流量計(jì)的應(yīng)用范圍有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

碳納米管的優(yōu)越電磁波吸收性能， 在軍事領(lǐng)域及民用領(lǐng)域里有潛在的 巨大用途。碳納米管吸波材料對于國家安全、隱形作戰(zhàn)裝備研制、具有十 分重大的意義。碳納米管 /聚合物復(fù)合吸波材料還可廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域， 可用于抗靜電、電磁屏蔽，減少或者消除電磁波對人體的傷害及電磁設(shè)備 的干擾。 本研究顯示碳納米管 /聚合物復(fù)合吸波材料具有優(yōu)良的雷達(dá)波吸收性 能，具有廣闊的市場空間和應(yīng)用前景。

基片集成類導(dǎo)波結(jié)構(gòu)是近十幾年來微波毫米波學(xué)界發(fā)展起來的一種新型高性能平面集成導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，它具有極低的電磁泄露和互擾，其品質(zhì)因數(shù)和功率容量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)平面?zhèn)鬏斁€，國內(nèi)外數(shù)百所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)開展了大量研究，使之成為微波毫米波領(lǐng)域最受關(guān)注的研究分支之一。 學(xué)科洪偉教授課題組是國際上這一學(xué)術(shù)分支的主要倡導(dǎo)者和貢獻(xiàn)者之一，在IEEE系列刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文120余篇，在美、英、德、日、韓、波、葡等國家召開的國際會(huì)議上作大會(huì)報(bào)告、特邀報(bào)告20余次，論文被40多個(gè)國家的學(xué)者正面他引5000余次，獲授權(quán)國家發(fā)明專利50余項(xiàng)。 該研究成果在國內(nèi)外都產(chǎn)生了比較大的影響，獲2016年度國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。

1 成果簡介隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境污染、疾病監(jiān)測、食品安全等民生熱點(diǎn)日益受到人們的關(guān)注。如何對上述問題進(jìn)行簡單、快速的監(jiān)控，將一些危害降至最低，保障人民生活和生產(chǎn)，這就需要一種可實(shí)時(shí)實(shí)地檢測、操作簡便的多應(yīng)用傳感器件。 表面等離子體波（ SPP）傳感器是一種基于光學(xué)檢測的傳感器件，被廣泛用于藥物篩選、食物檢測、環(huán)境監(jiān)測和細(xì)胞膜模擬等方面。相對于目前常見的化學(xué)、電子、力學(xué)等傳感器，SPP 傳感器擁有實(shí)時(shí)檢測、無需標(biāo)記、對被檢測物無損害、探測方法簡單等眾多優(yōu)點(diǎn)。為了降低成本、 穩(wěn)定性能、減小體積，集成型 SPP 傳感器件的成為了現(xiàn)今研究熱點(diǎn)。然而現(xiàn)有的集成型 SPP 傳感器件普遍存在靈敏度低，探測范圍小等問題，限制了其應(yīng)用的推廣。 課題組從 2006 年開始合作從事集成型 SPP 傳感器件研究，在清國家 973 項(xiàng)目、自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、教育部清華大學(xué)自主研究項(xiàng)目等項(xiàng)目資助下， 創(chuàng)新性提出一種基于 SPP-介質(zhì)波導(dǎo)異質(zhì)垂直耦合器的可集成生化傳感芯片，并對傳感芯片的傳感特性和應(yīng)用進(jìn)行了深入研究和探索。芯片的特點(diǎn)和性能如下：可集成，芯片體積小，可與便攜設(shè)備集成；可批量生產(chǎn)，價(jià)格低廉；靈敏度較傳統(tǒng)的集成型 SPP 傳感器件高出一個(gè)數(shù)量級；可實(shí)現(xiàn)對傳感區(qū)域的精確或者大范圍調(diào)節(jié)；可實(shí)現(xiàn)對納米量級大小的物質(zhì)的探測；傳感性能穩(wěn)定，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。上述優(yōu)點(diǎn)表明該芯片可以工廠大批量生產(chǎn)經(jīng)營，也可以用于實(shí)驗(yàn)室的科研研究，在化學(xué)，生物，醫(yī)學(xué)等多 個(gè)領(lǐng)域均有應(yīng)用價(jià)值。查新表明，國內(nèi)外目前尚未發(fā)現(xiàn)有相似原理的器件。 圖 1 (a) 集成型 SPP 傳感芯片與一元硬幣尺寸對比圖 (b) 傳感芯片的顯微鏡照片2 應(yīng)用說明可集成型 SPP 生化傳感芯片在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)多次驗(yàn)證，可以實(shí)現(xiàn)對折射率液體以及納米級薄層物質(zhì)的高靈敏探測，并初步應(yīng)用于對雙酚 a（簡稱 BPA，一種塑料生長常用原料，每年生產(chǎn)將近 2700 萬噸含 BPA 的塑料類物質(zhì)， BPA 具有胚胎致畸性和致毒性）的檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該芯片對于 BPA 的探測極限濃度可以達(dá)到 0.1ng/ml （歐盟公布食品準(zhǔn)則中水含有BPA 的最高濃度為 1ng/ml）。3 效益分析由于目前國內(nèi)尚無同類產(chǎn)品， 而且此產(chǎn)品在疾病檢驗(yàn)，環(huán)境監(jiān)測，藥品鑒別等多個(gè)領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值， 因此本儀器具有較大的市場推廣空間。本傳感芯片價(jià)格低廉，使用簡便，對樣品無二次污染，性能穩(wěn)定，甚至對納米量級的生化小分子探測均具有高靈敏度，相對于其他類型的傳感器件， 具有明顯的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢。

本發(fā)明公開了一種復(fù)合波片光軸對準(zhǔn)方法及裝置。將待對準(zhǔn)復(fù)合波片的兩片晶片裝在支架上之后分別安裝在固定、旋轉(zhuǎn)波片卡盤上；從光源發(fā)出的光經(jīng)過起偏器后形成線偏振光；通過待對準(zhǔn)的復(fù)合波片后，線偏振光偏振態(tài)發(fā)生變化；根據(jù)探測器探測到的透射光強(qiáng)信號可進(jìn)一步獲得待對準(zhǔn)復(fù)合波片相位延遲波動(dòng)量的變化幅值；比較相位延遲波動(dòng)量的變化幅值的相對大小；通過電控旋轉(zhuǎn)臺控制旋轉(zhuǎn)波片卡盤轉(zhuǎn)動(dòng)，直至將復(fù)合波片的光軸對準(zhǔn)到所要求的精度范圍內(nèi)。裝置包括光源，起偏器，固定波片卡盤，旋轉(zhuǎn)波片卡盤，旋轉(zhuǎn)檢偏器，探測器，電控旋轉(zhuǎn)臺，計(jì)算機(jī)，步進(jìn)電機(jī)和電控旋轉(zhuǎn)臺控制器。該方法可以實(shí)現(xiàn)對復(fù)合波片光軸進(jìn)行高精度對準(zhǔn)，裝置簡易，操作簡單。

成果與項(xiàng)目的背景及主要用途： 吸波材料即雷達(dá)吸波材料（RAM），是指能夠吸收衰減入射的電磁波，并將其電磁能轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉或使電磁波因干涉而消失的一類材料。目前，隨著電磁波污染的日益嚴(yán)重，吸波材料在民用領(lǐng)域具有極大的發(fā)展?jié)摿ΑＴS多研究已證明，持續(xù)、高強(qiáng)度的電磁波照射會(huì)誘發(fā)細(xì)胞變異、誘發(fā)腫瘤、癌癥等疾病，電磁波污染已成為世界各國本世紀(jì)重點(diǎn)治理的環(huán)境污染之一。不讓電子設(shè)備發(fā)射電磁波是不可能的，所以消除電磁波污染最有效的辦法就是使用吸波材料。這項(xiàng)屬于電磁干擾（EMI）范疇的研究已在世界各國得到廣泛重視和應(yīng)用。 技術(shù)原理與工藝流程簡介： 本項(xiàng)目研究制備含有不同含量及分布的碳纖維(氈)樹脂基復(fù)合吸波材料，主要研究碳纖維(氈)排布方式、含量對于材料吸波性能的影響，通過調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)材料對電磁波的寬頻吸收、高效吸收、選擇吸收的目的；其次，通過對纖維(氈)表面改性、添加電磁損耗劑、改變基體種類等制備具有剛性和柔性基體吸波材料，同時(shí)對吸波機(jī)理進(jìn)行研究，以求開發(fā)一種低成本、寬頻、高效、輕質(zhì)的吸波材料。試樣的制備采用復(fù)合材料成型工藝壓縮模塑。將環(huán)氧樹脂與低分子量聚酰胺按質(zhì)量比 2：1 攪拌均勻（E-44 型環(huán)氧樹脂：低分子量聚酰胺樹脂=100：50～100：100 質(zhì)量比），在真空干燥箱中脫泡，然后澆注到事先預(yù)熱的半溢式模具中，模具中預(yù)置碳纖維或碳?xì)帧Ｔ谕覆▽颖砻婕右粚?S-玻璃布，目的是達(dá)到與自由空間的阻抗匹配，在模具底部也加一層玻璃布，目的是抵消由透波層玻璃布引起的應(yīng)力，使試樣不致彎曲而造成測量誤差。然后將澆注好的模具在 60℃，10MPa的壓力下固化 2 個(gè)小時(shí)，得到所需的 180mm×180mm，厚度為 4mm 的正方標(biāo)準(zhǔn)試樣。 技術(shù)水平及專利與獲獎(jiǎng)情況： 本研究通過兩年多的大量實(shí)驗(yàn)，獲得具有良好吸波性能和商用價(jià)值的環(huán)境功能材料。可用于消除環(huán)境空間中的有害電磁波。本課題組制備了材料樣品，完成了 4 個(gè)專題的研究報(bào)告，發(fā)表論文 12 篇，申請專利兩項(xiàng)。本研究已達(dá)到國際先進(jìn)水平。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測： 隨著電信業(yè)的飛速發(fā)展，吸波材料的應(yīng)用已深入到通訊抗干擾、環(huán)保及人體防護(hù)等諸多領(lǐng)域。 成本估算： 環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù)合吸波材料E-44 環(huán)氧樹脂：15.4 元/公斤，低分子量聚酰胺樹脂：24 元/公斤。碳纖維：300 元/公斤 每塊試樣用碳纖維：0.36 克 其他費(fèi)用：電費(fèi)，模具費(fèi)，人工費(fèi) 每塊試樣成本：約 4 元（180×180mm） 折合成本：約 120 元/平方米 應(yīng)用領(lǐng)域：電磁波污染的防護(hù)，構(gòu)筑微波暗室。 2、 連續(xù)碳納米管纖維 成果與項(xiàng)目的背景及主要用途： 碳納米管被譽(yù)為超級纖維，是 21 世紀(jì)的基礎(chǔ)材料，具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，其密度只有鋼的六分之一，強(qiáng)度超過鋼 100 倍，具有高導(dǎo)電導(dǎo)熱性，導(dǎo)熱性是銅的 5-8 倍，在高性能復(fù)合材料，能源電極，電場發(fā)射等多方面有重要的應(yīng)用前景，世界各國和大公司都爭先投入搶占碳納米管市場，近年來產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。連續(xù)碳納米管纖維是無數(shù)碳納米管構(gòu)成的長紗線，輕于碳纖維，有高柔性，具有碳納米管所有結(jié)構(gòu)和功能特性，可編織和成型，較碳納米管更接近應(yīng)用，在制備高性能復(fù)合材料方面，極具潛力，可用于宇航、汽車用高性能復(fù)合材料、風(fēng)力發(fā)電葉片、導(dǎo)電導(dǎo)熱材料、電力傳輸電纜、高強(qiáng)編織物，智能紡織和柔性光電器件等。 基于天津大學(xué)的氣相法制備連續(xù)碳納米管纖維技術(shù)，研發(fā)碳納米管纖維量產(chǎn)化技術(shù)，制備萬米連續(xù)碳納米管纖維材料, 研發(fā)碳納米纖維復(fù)合材料和相關(guān)新材料，在國內(nèi)率先推出碳納米纖維新產(chǎn)品，主導(dǎo)國內(nèi)市場，開拓國際市場。 技術(shù)原理與工藝流程簡介： 本方法是一步制備連續(xù)碳管纖維的方法，具有工業(yè)化應(yīng)用前景。2010 年天津大學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)取得關(guān)鍵制備技術(shù)的突破，紡出千米連續(xù)的碳納米管纖維，為產(chǎn)業(yè)化提供了基礎(chǔ)。氣相紡絲法是以含碳原理和催化劑輸入到高溫爐中，在氣流中生長碳納米管并組裝成絲，用機(jī)械的方法紡出碳納米管纖維的新方法。主要成果包括發(fā)明了乙醇/丙酮混合碳源，發(fā)明了水密封反應(yīng)器和致密碳管纖維的紡絲方法。目前已經(jīng)取得連續(xù)紡絲數(shù)小時(shí)數(shù)千米連續(xù)碳管纖維，在方法、技術(shù)和材料性能方面處于國際領(lǐng)先水平。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測： 碳納米管的價(jià)格范圍較大 2-20000 元/克，價(jià)格取決于碳管種類和純度，有些容易合成，有些受制備限制，尚未量產(chǎn)化。目前市場上多壁管 2000 元/公斤，天津大學(xué)科技成果選編高純碳管價(jià)格十倍以上。高純單壁碳管尚未量產(chǎn)，目前仍以克量計(jì)，純度 80%的單壁管價(jià)格為 60 美元/克，高純（>90%）單壁管在 1000-2000 美元/克以上。連續(xù)碳管纖維為雙壁管，純度 90%，短期可參考單壁管價(jià)格 60-2000 美元/克。 應(yīng)用領(lǐng)域： 高性能復(fù)合材料、導(dǎo)電導(dǎo)熱材料、儲能材料、功能電子和織物，產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域航空航天、能源、環(huán)境、化工和紡織等。 合作方式及條件： 技術(shù)合作與專利轉(zhuǎn)讓 與國際知名企業(yè)和研究單位建立合作,引領(lǐng)碳納米管纖維新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

本發(fā)明公開了一種基于 TiO2/ZnO 納米異質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的紫外光探 測器結(jié)構(gòu)，其最底層為基底材料，其上為叉指電極，并覆蓋一層 ZnO 薄膜，薄膜之上為 ZnO 納米棒，納米棒表面為 TiO2 納米結(jié)構(gòu)。本發(fā) 明還公開了所述紫外光探測器的制備方法：（1）在基底薄片上鍍上金 屬電極形成叉指電極；（2）鍍上 ZnO 薄膜；（3）合成 ZnO 納米棒陣 列；（5）在 ZnO 納米棒表面形成 TiO2 納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的紫外光探 測器在保持 ZnO 紫外探測器超高光電流增益的同時(shí)引入 TiO2 納米結(jié) 構(gòu)，形

本發(fā)明公開了一種基于 TiO₂/ZnO 納米異質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的紫外光探測器結(jié)構(gòu)，其最底層為基底材料，其上為叉指電極，并覆蓋一層 ZnO 薄膜，薄膜之上為 ZnO 納米棒，納米棒表面為TiO₂納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開了所述紫外光探測器的制備方法：（1）在基底薄片上鍍上金屬電極形成叉指電極；（2）鍍上 ZnO薄膜；（3）合成 ZnO 納米棒陣列；（5）在 ZnO 納米棒表面形成TiO<sub>

研究團(tuán)隊(duì)多年來一直從事光機(jī)設(shè)計(jì)與圖像檢測技術(shù)研究以及相關(guān)儀器的開發(fā)，已成功系統(tǒng)：1）開發(fā)公安技偵系統(tǒng)專用針孔無畸變系統(tǒng)10°視場、針孔直徑0.8m、入瞳位于鏡頭前2.5m、畸變小于1%高清針孔攝像系統(tǒng)；2）導(dǎo)引頭紅外自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)±5°范圍內(nèi)目標(biāo)源標(biāo)定誤差小于3”；3）超低溫衛(wèi)星外掛成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在-90°環(huán)境下正常工作，直接裸露在衛(wèi)星外面，無需提供溫度調(diào)控裝置；4）生物菌落識別與自動(dòng)篩選裝置。