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陳溫福院士團(tuán)隊(duì)孟軍教授課題組在生物炭-微生物協(xié)同治理抗生素污染方面取得新進(jìn)展

本技術(shù)基于物料多樣性的可調(diào)控自適應(yīng)流態(tài)化快速熱解制備生物炭技術(shù)，提高轉(zhuǎn)化效率與速率。發(fā)明了多相燃料脈動(dòng)燃燒循環(huán)利用供熱的快速熱解技術(shù)。我們研發(fā)出移動(dòng)式集成化快速熱解裝備。該裝置以專項(xiàng)作業(yè)車為載體，實(shí)現(xiàn)了稻殼等水稻廢棄物的就地回收。技術(shù)已實(shí)現(xiàn)將碳排放量減少 87%，研究成果總體技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。裝置可實(shí)現(xiàn)二氧化碳的長期封存，將水稻廢棄物變廢為寶，循環(huán)產(chǎn)出高附加值化學(xué)品。

衛(wèi)星在軌運(yùn)行和返回過程中需經(jīng)歷極端高低溫環(huán)境，構(gòu)件尺寸的穩(wěn)定是保證衛(wèi)星在軌高精度、返回高安全、任務(wù)高可靠的關(guān)鍵。針對(duì)衛(wèi)星搭載的某寬帶微波載荷與衛(wèi)星本體材料之間熱膨脹系數(shù)不匹配極易導(dǎo)致的載荷在軌及返回過程中載荷接收精度不穩(wěn)定、信息傳輸不連續(xù)等問題。我校陳駿教授團(tuán)隊(duì)以原創(chuàng)的負(fù)熱膨脹技術(shù)研發(fā)了具有輕質(zhì)、熱膨脹系數(shù)低、力學(xué)性能優(yōu)異、尺寸穩(wěn)定性好的高性能低膨脹鋁基復(fù)合材料，并研制了系列關(guān)鍵連接內(nèi)置件、環(huán)件等高性能低膨脹構(gòu)件，首次將負(fù)熱膨脹技術(shù)應(yīng)用到我國的衛(wèi)星上，填補(bǔ)了高性能低膨脹金屬構(gòu)件在工程應(yīng)用領(lǐng)域的空白。該技術(shù)使得某寬帶微波載荷與衛(wèi)星本體之間熱膨脹匹配性增強(qiáng)、界面應(yīng)力大幅度減小，保證了衛(wèi)星在軌與返回過程中信號(hào)高精度傳輸與接收，助力衛(wèi)星成功返回。 圖1 實(shí)踐十九號(hào)衛(wèi)星成功返回（圖片來源國家航天局） 圖2 高性能低膨脹鋁基復(fù)合材料及構(gòu)件應(yīng)用于全球首顆可重復(fù)使用返回式技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星（圖片來源央視新聞?lì)l道）

微型飛行器小體積、輕質(zhì)量、高機(jī)動(dòng)，能夠在狹小空間執(zhí)行拍照、探測和運(yùn)輸?shù)忍胤N任務(wù)，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域擁有廣泛應(yīng)用前景。然而，此類飛行器普遍存在飛行時(shí)間短的痛點(diǎn)問題，尤其當(dāng)重量小于10克時(shí)，其飛行時(shí)間一般不超過10分鐘。這是因?yàn)槟壳拔⑿惋w行器的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部件一般采用傳統(tǒng)的電磁電機(jī)，而電磁電機(jī)在微型化后轉(zhuǎn)速高、發(fā)熱大，能量轉(zhuǎn)化效率急劇下降，甚至降到10%以下。微型電磁電機(jī)效率下降后，如果采用供電方便的自然太陽光作為能量來源，受限于太陽能電池的面積，很難滿足飛行需求。 為了解決上述難題，北航科研團(tuán)隊(duì)從微型發(fā)動(dòng)機(jī)的原理方面尋求突破，提出一種新的靜電驅(qū)動(dòng)方案，研制出了在微小尺寸下轉(zhuǎn)速低、發(fā)熱小、效率高的微型靜電電機(jī)，并首次實(shí)現(xiàn)了微型飛行器在純自然光供能下的起飛和持續(xù)飛行，在微型飛行器的發(fā)展進(jìn)程中具有里程碑意義。 該飛行器主要由靜電發(fā)動(dòng)機(jī)和超輕質(zhì)高壓電源組成，具備低功耗（0.568瓦）和高升力（30.7克每瓦）優(yōu)勢，首次實(shí)現(xiàn)了微型飛行器在純自然光供能下的起飛和持續(xù)飛行。 靜電發(fā)動(dòng)機(jī)的核心是靜電電機(jī)，它是一種依靠靜子和轉(zhuǎn)子間的庫侖力來產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的新型微型電機(jī)，具備結(jié)構(gòu)簡單和無需繞組的優(yōu)勢，其高電壓（千伏級(jí)）、低電流（微安級(jí)）的工作特性也使其在工作過程中發(fā)熱少且無明顯紅外特征。相比傳統(tǒng)電磁電機(jī)，靜電電機(jī)表現(xiàn)出了顛覆式的效率和功耗特性，在小質(zhì)量（5克以內(nèi)）情況下，其能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)傳統(tǒng)電磁電機(jī)的10倍以上，產(chǎn)生相同升力所需功耗僅為電磁電機(jī)的1/10以內(nèi)，因此即便采用小尺寸太陽能電池，也可以為微型飛行器提供飛行所需功率。 電機(jī)雖然效率高、功耗低，但仍需要千伏級(jí)高壓電流來驅(qū)動(dòng)，然而傳統(tǒng)高壓電源由于體積和重量過大，無法搭載在微型飛行器上。因此團(tuán)隊(duì)還針對(duì)飛行應(yīng)用場景，研制了千伏級(jí)超輕質(zhì)高壓電源，主要包括太陽能電池和升壓電路兩部分，其中升壓電路可以在1.21克的重量下，將太陽能（或鋰電池）輸入的低壓直流電，轉(zhuǎn)換為4 - 9千伏的高壓直流電，相比美國斯坦福大學(xué)研發(fā)的同類技術(shù)升壓比提高了92%。 在微型靜電電機(jī)和超輕質(zhì)高壓電源的助力下，本項(xiàng)目研發(fā)出的飛行器整機(jī)僅有巴掌大?。ㄒ碚?0厘米），重量比一張A4紙還輕（4.21克），尺寸和重量分別是此前世界最小、最輕太陽能飛行器的1/10和1/600。更進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)還提出一款翼展8毫米，質(zhì)量9毫克的超微型靜電飛行器，飛行功耗不到1毫瓦，展示了靜電電機(jī)在飛行器進(jìn)一步微型化中的巨大潛力。

中國發(fā)明專利ZL202110169888.1：采用蒸汽誘導(dǎo)相分離與分步噴涂技術(shù)相結(jié)合的方法制備三維網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)、超疏水的復(fù)合膜，壓降低于100Pa、水接觸角大于150°，因而高透氣且易于自清潔，所負(fù)載納米材料可實(shí)現(xiàn)同步殺菌滅毒，可應(yīng)用于拔插式重復(fù)利用空氣凈化濾芯。

目前主流的抗菌膜制備方法是在基膜表面接枝抗菌物質(zhì)，常用的抗菌材料包括氧化石墨烯、碳納米管、抗菌聚合物、金屬離子等，但這些材料普遍存在著接枝方式復(fù)雜，且對(duì)環(huán)境有危害的缺陷。相比而言，季銨鹽類抗菌劑具有抗菌效果好，環(huán)境友好等特點(diǎn)，目前水溶性的小分子或高分子季銨鹽抗菌劑已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水處理、食品、醫(yī)療衛(wèi)生和包裝材料等領(lǐng)域。然而，將季銨化合物直接接枝到膜表面所制備的抗菌膜仍存在制備流程復(fù)雜，成本較高等問題，這也使得目前開發(fā)的大部分季銨鹽功能膜無法大規(guī)模應(yīng)用于實(shí)際水處理系統(tǒng)。因此，為解決以上問題，開發(fā)新型親水抗菌功膜的制備方法是目前業(yè)內(nèi)所亟需的。 本成果中提出的制備方法將氯甲基化聚合物制備為中空纖維多孔膜，并制作為管殼式膜組件，之后采用過濾操作模式直接將叔胺化合物接枝到組件中的中空纖維膜絲上，從而制備出具有優(yōu)良抗菌性能的季銨化功能膜組件。該制備方法簡單便捷，且接枝穩(wěn)定性高，適合長期大規(guī)模應(yīng)用于實(shí)際膜法水處理體系中，且制備的超濾膜具有良好的親水性和抗菌性?？咕ぶ苽浜唵伪憬?，常溫常壓過濾操作即可完成接枝，且接枝穩(wěn)定性高，成本低，對(duì)水體中微生物去除率99.9%以上，尤其能抑制微生物在膜上（內(nèi)外表面，孔道壁面）生長。 圖1.性能參數(shù)

納米氮化硼材料兼具氮化硼和納米材料的雙重優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于航空航天、高端電子散熱材料、吸附劑、水凈化、化妝品等領(lǐng)域。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種能夠?qū)崿F(xiàn)形貌和尺寸均一且具有超大比表面積多孔氮化硼納米纖維的規(guī)模化制備技術(shù)，目前市場尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。該技術(shù)合成工藝簡單可控、成本低、過程綠色環(huán)保，處于國際領(lǐng)先地位。 1 產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域 圖2 高性能氮化硼納米纖維粉體 圖3 氮化硼納米纖維粉體微觀形貌

1. 痛點(diǎn)問題 本項(xiàng)成果涉及新型疫苗的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，具體涉及生物大分子藥物及疫苗的研發(fā)過程中的抗原精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。 2. 解決方案 基于AI的大分子藥物及疫苗抗原設(shè)計(jì)。