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耦合分子振子同步化的能量代價及其最優設計原理的研究
北京大學物理學院/定量生物學中心歐陽頎課題組在Nature Physics發表題為“The energy cost and optimal design for synchronization of coupled molecular oscillators”（文章網址：https://www.nature.com/articles/s41567-019-0701-7）文章，揭示了互相耦合的分子振子達到同步化所需的熱力學代價，表明分子振子的同步化需要額外能量耗散，并揭示了能量耗散與所能達到的最優同步化效果及耦合的最佳設計之間的關系。 振子之間的同步化現象在自然界是非常普遍的現象，許多非線性理論與實驗很好地回答了很大一部分非線性振子中的同步化問題。然而，對于分子振子而言，他們的振蕩節律由隨機的、大噪聲的生化反應所決定，與之前相對成熟的非線性理論所涉及的情況有所不同。這類分子振子的同步化規律，尤其是同步化所需的熱力學代價尚不明確。 歐陽頎課題組與美國IBM T. J. Waston 研究中心/北京大學定量生物學中心杰出訪問教授的涂豫海教授展開合作研究，首次在理論上闡明了實現分子振子同步化所需的熱力學代價。該研究提出一個簡單而普適的隨機理論模型，假設不同的分子振子之間被一些額外的分子間化學反應耦合起來從而使彼此的相位相互靠近，用以描述一般的可產生同步化振蕩的分子振子。在這個理論模型中，研究者們找到了單分子穩定振蕩狀態的概率密度的解析解，由此計算了不同條件下的能量耗散，并通過平均場近似得到了該振蕩出現同步化現象的條件。通過比較不同條件下的能量耗散，研究者發現，若要實現分子振蕩的同步化，除去驅動單個分子振蕩的能量以外，還必須要有一部分不為零的額外的能量耗散。除此以外，當外界條件給定能量耗散的大小時，雖然可以通過調整模型中的參數達到各種不同的同步化效果，但是可以達到的最優的同步化效果由給定的能量耗散所限制。當能量耗散小于一個臨界值時（這個臨界值大于驅動單個分子振蕩的能量）同步化是不可能的，給定的能量耗散越大，所能達到的最優同步化效果越好。該結論具有一定的普適性。隨后研究者在藍藻的生物鐘系統中檢驗了該理論，驗證了生物體內的分子振蕩體系確實需要額外的能量來實現同步化。 北京大學物理學院博士生，歐陽頎課題組的張東良為該文章的第一作者，涂豫海教授為通訊作者，合作者包括歐陽頎教授和美國加州圣地亞哥分校的博士后曹遠勝博士。
北京大學
2021-04-11
一種固態風扇耦合吸附凈化的中大型空氣凈化系統
本實用新型公開了一種固態風扇耦合吸附凈化的中大型空氣凈化系統，包括柜體、吸附凈化單元以及輸氣單元，輸氣單元提供空氣在系統中循環的動力，空氣流量可以大于15m3/h，輸氣單元包括連接柜體和吸附凈化單元的風管、提供氣體循環動力的第一固態風扇、氣體分配器以及驅動電源，氣體分配器包含至少三根并聯的送風管、與送風管連接的固態風扇安裝管以及用于安裝送風管的送風管布置器；固態風扇安裝管內設有與送風管連接的管道，每個管道內安裝有一個或多個第一固態風扇。本實用新型氣流輸運過程無振動、無噪音；固態風扇與送風管道易于一體化耦合，可以大大減小送風管路的直徑，節約安裝成本和安裝空間；輸運過程流速和流量等參數易于調節。
浙江大學
2021-04-13
容性、感性表面耦合機制小型化高性能高頻段通信天線罩
本實用新型公開了一種容性、感性表面耦合機制小型化高性能高頻段通信天線罩。主要由周期單元陣列組成頻率選擇表面，每一周期單元分為介質層和金屬層，介質層包括上下兩層介質層及其中間的一層介質層，金屬層包括上下兩層介質層外表面的完整金屬貼片和相鄰介質層之間的金屬縫隙貼片；自由空間的電磁波經過所述天線罩選擇性濾波后輸出所需工作頻段的電磁波。本實用新型適用于角度、極化穩定性高的超寬帶通信天線罩設計，通帶內插入損耗小且穩定，通帶后擁有高抑制的寬阻帶，帶通到帶阻工作狀態轉化速度快，角度、極化穩定性極佳。在現代通信、雷達及軍事國防等領域應用價值巨大。
浙江大學
2021-04-13
用于富集甲烷氧化耦合高氯酸鹽還原菌群的MBBR反應器
本實用新型涉及生物降解處理技術，旨在提供一種用于富集甲烷氧化耦合高氯酸鹽還原菌群的MBBR反應器。其反應器本體由兩根中空的玻璃管組成，分別為主管和副管，內部沿長度方向填充了長條形的疏水性微孔聚乙烯膜；上端通過橡膠管相連，底部通過循環蠕動泵相連，內部循環方向是由副管底部流向主管底部；副管的上端設出樣口，底部設有進樣口，定量進樣泵通過管路接至進樣口；甲烷鋼瓶出口通過橡膠管分別接至主管底部和頂部及副管頂部。本實用新型所采用的MBBR反應器能為生物膜生長提供良好的微環境。具有成本低，有效期長，降解效果穩定等優點，適合長時間地處理大量低高氯酸鹽污染的廢水。
浙江大學
2021-04-13
無尾家電金屬異物檢測與磁耦合諧振式無線電能傳輸系統
無尾家電金屬異物檢測: 當無線電能傳輸系統能量交換區中混入金屬時，由于渦流效應金屬溫度會 急劇升高，進而產生嚴重的安全事故，因此對混入能量傳輸區域金屬的檢測需 亟待解決。本項目組經過多年的研究，積累了豐富金屬檢測經驗，提出了基于 混沌理論和改進平衡線圈技術的檢測方法。基于該技術，2013-2014年項目組與 海爾公司合作開發了“無尾家電金屬異物檢測”系統，成功應用于700W無尾攪拌 器系統中，實驗證明系統具有很高的靈敏度和抗干擾性，可實現金屬異物檢測 精度小于5mm，確保了家電的安全性。磁耦合諧振式無線電能傳輸系統: 自從2007年美國麻省理工學院(MIT)的Marin Soljacic教授等人利用磁耦合諧 振技術成功地在2m外點亮一只60W的燈泡，無線電能傳輸技術(WPT)迅速成為 一個世界范圍內的研究熱點。磁耦合諧振原理是目前電能傳輸的最好方式，可 實現大功率、高效率、遠距離的電能傳輸，克服有線供電取電不靈活問題。基 于該原理，本項目組成功開發了樣機系統，其最大功率10kW，整體傳輸效率85% 以上，垂直傳輸距離達200mm，水平自由度100mm，具備金屬異物檢測功能。 能量傳輸平臺采用扁平化設計，使該系統占用空間體積更小，可非常方便地應 用于家電無尾傳輸、汽車無線充電、AVG車、機器人等領域。
山東大學
2021-04-13
濱岸攔截- 河道修復耦合的礦區流域重金屬污染控制與治理技術
針對礦區地表徑流和河道的重金屬污染問題，結合礦區流域特點，在礦區徑流匯集區構建以改性生物質材料、天然礦物以及甲殼質和微生物為填充材料三級攔截箱，當地表徑流流經攔截箱時，在填料和微生物的共同作用下，吸附徑流中重金屬離子，實現地表徑流中重金屬有效削減。在河道構建挺水、浮水和沉水植物搭配的水生植物修復帶，并輔以自主研發的生態浮床，利用不同植物對各重金屬的富集特征及各植物間的協同強化作用，構建水生植物生態削減緩沖屏障，以進一步削減河道水體重金屬。通過濱岸攔截溝和河道植物修復帶，實現河道水體中重金屬 V、Cr、As、Cd、Pb、Hg 濃度穩定低于地表 II 類水標準。
北京科技大學
2021-04-13
一種具有雙相交換耦合并保持高矯頑力的復合永磁鐵氧體
（專利號：ZL 201510023278.5） 簡介：本發明公開了一種具有雙相交換耦合作用并保持高矯頑力的復合永磁鐵氧體，屬于磁性鐵氧體制備技術領域。該復合鐵氧體是采用水熱法單獨制備、并經過酸洗的SrFe12O19和CoFe2O4鐵氧體納米粉末按照一定質量比壓成圓片，然后分別在700～900℃的溫度下煅燒2h制備而成，含兩相的鐵氧體即對外顯示單一相磁性行為，即存在交換耦合作用。該復合鐵氧體由于采用高飽和磁化強度和矯頑力的CoFe2O4鐵氧
安徽工業大學
2021-01-12
甘油催化氫解制1,2-丙二醇和1,3-丙二醇及其生產工藝
成果在甘油氫解中的反應條件溫和，甘油的單程轉化率大于 55%， 1,2-丙二醇和 1,3-丙二醇的選擇性之和大于 90%，其余副產品也具有比原料甘油高得多的市場價格。
揚州大學
2021-04-14
一種全尺度多功能危險可燃固體廢棄物連續熱解焚燒處置裝置及研究平臺
本成果涉及的是一種全尺度危險固體廢棄物連續熱解焚燒裝置及焚燒過程，屬于可燃危險固體廢棄物處置及焚燒技術領域。該處置裝置及研究平臺的主要工藝設備，按照功能包括上料、熱解燃燒、余熱利用、煙氣凈化、煙氣排放、電器控制監控系統和附件等七部分。
通過采用廢棄物熱解氣化原理，廢棄物在立式熱解爐內欠氧條件下熱解、氣化，熱解爐內氣體溫度控制在200-400℃左右，爐渣中心溫度可達800-1100℃左右，將有機廢棄物轉化成可燃燒的CO和CH4等可燃成分和無機水蒸汽、酸性氣體和爐渣，可燃氣體進入混合室后，與切向進入的空氣強烈混合后送入二次室燃燒，二次室出口煙氣溫度可達850-1100℃，煙氣停留時間2-5s，煙氣中有機物得以完全燃燒，同時抑制了不完全燃燒產物（焦油、煙炱和碳等）的產生，可達到減容的目的，也為煙氣凈化和灰渣回收創造成了條件；G-L換熱器可實現補充熱風助燃，充分余熱利用；急冷塔霧化降溫系在升溫時、正常運行時、殘燒時均能實現自動運行；布袋除塵器能實現有效自動除去煙氣中小顆粒粉塵；活性炭噴射裝置能有效吸附煙氣中有害物質；當設備全部投入運行時，煙囪無黑煙，可另外設計新型熱解、焚燒和煙氣處理等工藝模塊，并與已有設計模塊融合，能夠改造、升級和替換。
技術優勢：
本成果將熱解和高溫焚燒技術優化組合，把低溫氣體和高溫熔融結合起來，將廢棄物的焚燒分為熱解-預混-焚燒三步進行，實現熱解焚燒、能量回收和煙氣凈化綜合工藝流程和工藝條件，具有前瞻性，整體工藝無害化突出，減容性和資源化顯著，物料適用性廣泛，過程中不涉及危險反應介質和有毒有害溶劑，可實現“本質綠色化”。
南京工業大學
2021-01-12
一種全尺度多功能危險可燃固體廢棄物連續熱解焚燒處置裝置及研究平臺
本成果涉及的是一種全尺度危險固體廢棄物連續熱解焚燒裝置及焚燒過程，屬于可燃危險固體廢棄物處置及焚燒技術領域。該處置裝置及研究平臺的主要工藝設備，按照功能包括上料、熱解燃燒、余熱利用、煙氣凈化、煙氣排放、電器控制監控系統和附件等七部分。
通過采用廢棄物熱解氣化原理，廢棄物在立式熱解爐內欠氧條件下熱解、氣化，熱解爐內氣體溫度控制在200-400℃左右，爐渣中心溫度可達800-1100℃左右，將有機廢棄物轉化成可燃燒的CO和CH4等可燃成分和無機水蒸汽、酸性氣體和爐渣，可燃氣體進入混合室后，與切向進入的空氣強烈混合后送入二次室燃燒，二次室出口煙氣溫度可達850-1100℃，煙氣停留時間2-5s，煙氣中有機物得以完全燃燒，同時抑制了不完全燃燒產物（焦油、煙炱和碳等）的產生，可達到減容的目的，也為煙氣凈化和灰渣回收創造成了條件；G-L換熱器可實現補充熱風助燃，充分余熱利用；急冷塔霧化降溫系在升溫時、正常運行時、殘燒時均能實現自動運行；布袋除塵器能實現有效自動除去煙氣中小顆粒粉塵；活性炭噴射裝置能有效吸附煙氣中有害物質；當設備全部投入運行時，煙囪無黑煙，可另外設計新型熱解、焚燒和煙氣處理等工藝模塊，并與已有設計模塊融合，能夠改造、升級和替換。
技術優勢：
本成果將熱解和高溫焚燒技術優化組合，把低溫氣體和高溫熔融結合起來，將廢棄物的焚燒分為熱解-預混-焚燒三步進行，實現熱解焚燒、能量回收和煙氣凈化綜合工藝流程和工藝條件，具有前瞻性，整體工藝無害化突出，減容性和資源化顯著，物料適用性廣泛，過程中不涉及危險反應介質和有毒有害溶劑，可實現“本質綠色化”。
南京工業大學
2021-01-12