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一、項目進展 創(chuàng)意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業(yè) 入學/畢業(yè)時間 學號 楊鈺萍 機電工程學院/測控技術與儀器 2016.9/2020.6 201631034227 劉玉潔 機電工程學院/測控技術與儀器 2016.9/2020.6 201631034210 黃祺 機電工程學院/測控技術與儀器 2017.9/2021.6 201731034414 黎峰 機電工程學院/測控技術與儀器 2017.9/2021.6 201731034425 李正煜 機電工程學院/測控技術與儀器 2018.9/2022.6 201831034413 任星星 機電工程學院/測控技術與儀器 2016.9/2020.6 201631034306 楊柳 外國語學院/英語 2016.9/2020.6 201631131301 胡玉蓮 外國語學院/英語 2016.9/2020.6 201631131304 三、指導教師 姓名 學院/所學專業(yè) 職務/職稱 研究方向 陳波 外國語學院/測試計量技術及儀器 實驗師 傳感器技術 四、項目簡介 本項目以電磁流量計的勵磁技術為切入點展開研究，了解了已有勵磁技術的優(yōu)缺點，合理推導雙向梯形波具有的優(yōu)點——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。故設計了雙向梯形波勵磁擬解決現(xiàn)有勵磁技術微分干擾過大的問題，并可提高電磁流量計在流速測量中的精度。該項目一旦成熟推向市場時，可實現(xiàn)系列化生產(chǎn)，對提高流量流速測量精度，擴大電磁流量計的應用范圍有較大的現(xiàn)實意義。

基片集成類導波結構是近十幾年來微波毫米波學界發(fā)展起來的一種新型高性能平面集成導波結構，它具有極低的電磁泄露和互擾，其品質(zhì)因數(shù)和功率容量遠高于傳統(tǒng)平面?zhèn)鬏斁€，國內(nèi)外數(shù)百所大學和研究機構開展了大量研究，使之成為微波毫米波領域最受關注的研究分支之一。 學科洪偉教授課題組是國際上這一學術分支的主要倡導者和貢獻者之一，在IEEE系列刊物上發(fā)表學術論文120余篇，在美、英、德、日、韓、波、葡等國家召開的國際會議上作大會報告、特邀報告20余次，論文被40多個國家的學者正面他引5000余次，獲授權國家發(fā)明專利50余項。 該研究成果在國內(nèi)外都產(chǎn)生了比較大的影響，獲2016年度國家自然科學二等獎。

1 成果簡介隨著我國經(jīng)濟的高速發(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日益受到人們的關注。如何對上述問題進行簡單、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)，這就需要一種可實時實地檢測、操作簡便的多應用傳感器件。 表面等離子體波（ SPP）傳感器是一種基于光學檢測的傳感器件，被廣泛用于藥物篩選、食物檢測、環(huán)境監(jiān)測和細胞膜模擬等方面。相對于目前常見的化學、電子、力學等傳感器，SPP 傳感器擁有實時檢測、無需標記、對被檢測物無損害、探測方法簡單等眾多優(yōu)點。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。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 項目、自然科學基金重點項目、教育部清華大學自主研究項目等項目資助下， 創(chuàng)新性提出一種基于 SPP-介質(zhì)波導異質(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用進行了深入研究和探索。芯片的特點和性能如下：可集成，芯片體積小，可與便攜設備集成；可批量生產(chǎn)，價格低廉；靈敏度較傳統(tǒng)的集成型 SPP 傳感器件高出一個數(shù)量級；可實現(xiàn)對傳感區(qū)域的精確或者大范圍調(diào)節(jié)；可實現(xiàn)對納米量級大小的物質(zhì)的探測；傳感性能穩(wěn)定，應用領域廣泛。上述優(yōu)點表明該芯片可以工廠大批量生產(chǎn)經(jīng)營，也可以用于實驗室的科研研究，在化學，生物，醫(yī)學等多 個領域均有應用價值。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 應用說明可集成型 SPP 生化傳感芯片在實驗室經(jīng)多次驗證，可以實現(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。實驗結果表明，該芯片對于 BPA 的探測極限濃度可以達到 0.1ng/ml （歐盟公布食品準則中水含有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，環(huán)境監(jiān)測，藥品鑒別等多個領域具有應用價值， 因此本儀器具有較大的市場推廣空間。本傳感芯片價格低廉，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)濟和技術優(yōu)勢。

本發(fā)明公開了一種復合波片光軸對準方法及裝置。將待對準復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；通過待對準的復合波片后，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信號可進一步獲得待對準復合波片相位延遲波動量的變化幅值；比較相位延遲波動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，直至將復合波片的光軸對準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，計算機，步進電機和電控旋轉(zhuǎn)臺控制器。該方法可以實現(xiàn)對復合波片光軸進行高精度對準，裝置簡易，操作簡單。

超細硅酸鋁是一種新型的白色顏料，是一種可改善顏料的著色力，遮蓋力和附著力等增效作用的功能性硅酸鹽。明顯地改進涂料白度，干膜遮蓋力，儲藏穩(wěn)定性及耐候性，所制造的涂料用于公路標表線和斑馬線，可增大使用壽命和清晰度，是在發(fā)達國家中此種用途的首選顏料。此外，超細硅酸鋁還大量用于印染，皮革，油墨，造紙，塑料，橡膠等生產(chǎn)中。 將凈化處理后的水玻璃和工業(yè)硫酸鋁溶液分別稀釋，并制成一定濃度，在攪拌反應槽中進行反應生成硅酸鋁，經(jīng)陳化處理后，過濾，洗滌，干燥，粉碎及表面處理即可制成超細硅酸鋁產(chǎn)品。 年產(chǎn)5000噸的生產(chǎn)裝置，建設總投資約為1500－2000萬噸，產(chǎn)品遠遠滿足不了廣闊的市場需要。

本項目以制備超快高儲能柔性器件為導向，建立基于界面納米復合材料的新技術。通過水熱法和電化學方法在柔性導電基底上構建納米陣列/金摻雜二氧化錳的三維納米復合電極，作為正極；通過水熱法和熱處理法在柔性導電基底上生長多孔氧化鐵納米復合材料，作為負極，組裝全固態(tài)薄膜器件。利用納米復合材料的多方面優(yōu)勢加速電子/離子在活性材料中的傳遞，進而達到超快高儲能的目的。基于納米復合材料的全固態(tài)薄膜器件可展現(xiàn)出超快充電能力（10 V/s），比常規(guī)電容器的充電時間快10-100倍。這是國際上基于金屬氧化物贗電容薄膜型超級電容器研究領域的一個重大突破。此外，本項目以開發(fā)超快超柔儲能器件為導向，開發(fā)了一種熱力學誘導自發(fā)組裝和原位摻雜結合碳熱還原的方法來實現(xiàn)石墨烯納米篩粉體和薄膜的宏觀可控制備，解決了傳統(tǒng)石墨烯材料縱向物質(zhì)傳輸差的局限。通過控制碳熱溫度，可以調(diào)節(jié)石墨烯納米篩表面的孔密度，即孔徑大小可控（10~100 nm）。與傳統(tǒng)石墨烯薄膜電極相比，石墨烯納米篩表面豐富的孔結構使得其作為電極材料時擁有更大的比表面積，而且電解質(zhì)離子可以在垂直于平面的軸向上傳遞，縮短了離子傳輸路徑。

火電廠煙氣脫硫技術目前國內(nèi)外約有上百種工藝，但是有實際應用價值的僅十幾個工藝。“爐內(nèi)噴鈣尾部活化” (LIFAC) 技術是芬蘭在 20 世紀 80 年代發(fā)明的一項技術，其特點是初投資少，占地面積小，系統(tǒng)簡單，運行費用低，在較低的 Ca/S 比的條件下可達中等脫硫效率 (70-80%) ，比較適合于我國現(xiàn)役火電機組脫硫改造。“直噴超細水合 CaO 粉煙氣脫硫”技術是在 LIFAC 技術基礎上進行改進，它的特點是用鍋爐廢水在高壓下水合 CaO ，使之形成水合石灰［ Ca(OH)2 · CaO ］，并在特殊的霧化方式下使之形成 10 μ左右的超細水合石灰顆粒，直接將其噴入鍋爐爐膛進行脫硫。該方法爐內(nèi)脫硫在 Ca/S ≈ 1.6 條件下，脫硫率達到了 78% 。預計在配水膜、布袋除塵后可以達到 85% 左右的脫硫率。可以去掉 LIFAC 的尾部活化和煙氣再熱系統(tǒng)。大大地降低了初投資。按目前價格計算投資成本約為 250 元 / 千瓦，不大于電站投資 5% ， Ca/S 比＜ 1.6 ，達到脫硫率 70-80% 。

本系列振動磨料機主要用于各種礦物類超微細固體顆粒的制備生產(chǎn)。基于超微顆粒的塑性變形特征，本機型以適當?shù)募虞d和激勵方式，使顆粒釋放塑性變形能而斷裂細化。因此，與國內(nèi)外同類技術相比，本機型可節(jié)能30-40%，降噪40%左右，節(jié)約介質(zhì)70%左右。本機型有效地抑制了亞諧波和高次諧波振動，具有穩(wěn)定性強，可靠性高等優(yōu)點。其主要技術指標 (以石灰石及磨料機規(guī)格82升為例): 1.作業(yè)方式：干法連續(xù)(無分級)      　2.入料顆度：≤1000μm 3.出料顆度：D90≤10μm             4.產(chǎn)量：40-50kg/h 5.比功率消耗：≤85kwh/t

隨著我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)（如高速鐵路、大飛機）和高端裝備制造業(yè)（如部分高速精密機床）的發(fā)展，高端軸承進口增長較快。目前高鐵軸承全部進口，部分高速精密機床軸承還需進口。從長遠看，對我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的成長將產(chǎn)生不利影響。鈦鎳合金是一種金屬間化合物，具有優(yōu)良的耐磨性、耐蝕性。鈦鎳合金TiNi60是一種Ti、Ni質(zhì)量原子比為40: 60的金屬間化合物，具有低密度、高硬度、優(yōu)異的耐蝕性以及良好的摩擦學性能且在熱處理前易于加工，可望在高速軸承中得到應用。TiNi60的密度為6.7 g/cc，比普通軸承鋼密度小30%左右，密度小這一特點，可實現(xiàn)軸承的輕量化和高速化。本項目主要是解決現(xiàn)用滾動軸承材料難以滿足高速滾動在高鐵、高速機床等高技術領域應用中高強度、低摩擦、高耐磨性要求的問題，采用高真空感應熔煉技術制備出優(yōu)異性能的高速滾動軸承材料-鈦鎳60合金，并采用可生物降解潤滑劑的超滑技術對高速球軸承會為耐磨、減摩起到事半功倍的作用，為高端軸承的國產(chǎn)化奠定基礎，為我國裝備制造業(yè)的發(fā)展貢獻力量。本項目的前期工作，針對球軸承材料TiNi60采用蓖麻油潤滑獲得了超低摩擦系數(shù)（最低達到0.004）。該項技術完全由本課題組研發(fā)，完全具有自主知識產(chǎn)權，此外該技術具有生產(chǎn)過程環(huán)保、能耗小、制造成本低、產(chǎn)品易系列化和原材料無危險性、毒性等突出特點。因此可以肯定該項技術、該類產(chǎn)品的出現(xiàn)為我國軸承市場注入了新鮮的“血液”。可以預見該技術的市場前景是非常廣闊的，其產(chǎn)品的市場競爭優(yōu)勢也是非常明顯的。