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量子材料科學中心韓偉課題組在二維磁性體系中展開工作并取得了重要進展，觀測到了二維反鐵磁體系中磁振子的長距離輸運。MnPS3晶體是一種層狀反鐵磁材料，利用機械剝離手段得到了二維的MnPS3薄片。MnPS3薄片上制備了用于測量磁振子輸運的非局域器件，器件結構如圖A所示。器件左側Pt電極通過熱方法來注入磁振子，右側Pt電極探測在二維MnPS3中擴散傳輸的磁振子。在二維反鐵磁MnPS3中，實驗上觀測到了幾微米的磁振子擴散長度。并且從圖B中可以看出，隨著注入端和探測端距離的增加，探測到的非局域信號表現出e指數衰減的形式，跟一維漂移擴散模型的理論模型一致。在此基礎上，他們還系統研究了MnPS3厚度對磁振子弛豫性質的影響。隨著MnPS3厚度從40nm降低至8nm，磁振子弛豫長度由4μm減小到1μm（圖C），這可能是由較薄的MnPS3中較強的表面雜質散射效應導致的。 二維材料中的磁振子輸運實現為二維磁性材料在磁振子電子學的應用與發展奠定了基礎，也有望推動磁振子在量子尺度下的新穎量子物理性質研究。圖：二維反鐵磁體系中磁振子輸運研究。（A）二維反鐵磁MnPS3中的磁振子輸運測量結構示意圖。（B）自旋信號R_NL^*隨電極間距的依賴關系，與理論預言的e指數衰減吻合。（C）磁振子弛豫長度隨MnPS3厚度的依賴關系。

徐虎課題組發現具有量子谷Berry Phase的拓撲聲子態在二維六角晶格材料中普適存在。隨著研究的深入，拓撲材料的分類越來越豐富和多樣化。到目前為止，拓撲材料的研究主要集中在費米子相關的系統。隨著研究水平的進一步發展，拓撲的玻色子系統也越來越引起人們的關注，例如光子晶體、聲子晶體等人工晶體中的拓撲現象等。但是，固體中的THz頻率段的拓撲聲子的研究相對緩慢。理論研究表明，拓撲聲子對研究量子聲子霍爾效應、拓撲聲子熱器件等具有重要作用。因此，在現實材料中尋找拓撲聲子態是相關領域亟待解決的問題。 在研究中，徐虎課題組研究人員采用基于密度泛函理論的晶格動力學計算，根據二階力常數矩陣構造類似于電子系統的緊束縛哈密頓量，從而可以獲得聲子系統的Berry 相和拓撲邊緣態。在此基礎上，他們結合高通量計算，發現具有量子谷Berry相的Dirac聲子態在二維六角晶格材料中普適存在(圖3a)。研究結果對進一步研究拓撲聲子態以及其實際應用具有重要作用。 近兩年，徐虎課題組致力于拓撲材料的理論預測和設計方面的研究工作，以南方科技大學物理系為第一單位發表1篇Phys. Rev. Lett.，1篇Nano Lett.和8篇Phys. Rev. (其中5篇為Phys. Rev. B Rapid Communications)。

本發明公開了一種產生渦旋電磁波的單極子天線陣列及其饋電系統，屬于無線通信技術領域。本發明包括介質基板、接地面、饋電系統和單極子天線陣列。所述介質基板是形狀為圓形的絕緣介質基板，其表面上方是由金屬材料印刷而成的微帶電路。微帶電路主要分為兩個部分，一部分是 1 路分 N 路的饋電系統，另一個部分是由 1/4 波長金屬貼片作為陣元組成的 N 陣元單極子天線陣列。本發明實現了一種體積小、易生產、具有平面結構、易集成的產生渦旋電磁波的天線。同時還設計了一套完整的饋電系統，解決了陣列天線的饋電問題，只需在輸入端口施加激勵即可得到所需的 OAM 模態，方便操作，使用簡單。

1、 一種具有高度可見光透過率與隔熱特性的陶瓷基玻璃涂層或玻璃貼膜。 玻璃改造后可見光透過率高于 70%，屏蔽 99%以上的致癌性紫外線，且有 效阻止通過玻璃的熱能交換過程，可用于建筑或汽車玻璃的節能改造， 提升建筑的適居度與節能效果。 2、 該項目各技術環節環保無毒，產品成本遠低于市面現有技術，性能優于 現有技術，設備投入與實施成本低。

1、主要功能及應用領域 透明電極在太陽能電池、有機發光二極管、觸摸屏等光電器件中具有重要的應用價值，目前應用最多的用氧化銦錫（ITO）為制造的透明電極，但ITO存在脆性大，無法彎曲，近年來隨著光電器件對透明電極需求的增加，銦的價格也大幅提高。由于石墨烯產業化后的預期成本低，成為柔性透明電極的主要材料之一，但在實際中由于大面積石墨烯總會存在一定的缺陷，影響了其導電率，本項目結合石墨烯和納米金屬網孔的優勢制備出石墨烯和金屬網孔復合膜柔性透明電極。 2、特色與先進性技術指標 特色：利用低成本、無污染的溶膠在透明基底形成網狀模板，利用模板制作金屬網格；通過轉移石墨烯在金屬網格上制作一種石墨烯/金屬網格復合電極。其復合電極表現出優異的光電特性。通過結合單層石墨烯的高透光性和金屬網格的導電性，有效地彌補了化學氣相沉積法（CVD）-石墨烯多晶結構的缺陷和金屬網格不利于制作依賴垂直電流傳輸器件的的缺點，從而提高透明復合電極的光電特性。 圖1 制備的石墨烯及拉曼圖，可以看到非常清楚的2D峰，右圖為金屬網孔的顯微圖。 3.技術指標 復合電極：面電阻為 21.2 、透光率為92%（在550nm波長測得），下圖表明其寬帶的透射光譜特性。 圖2 復合電極的透過率 將復合電極制作在PET基底上，使其可以表現出優異的機械柔軟性。在將透明電極從正向到反向彎曲，其彎曲角度從-150o達到150o時，其電導率也只下降3.4%，反復彎折100次，電導率幾乎沒有什么變化。 4、產業化的關鍵性問題 高性能的透明電極在許多光電器件是必不可少的，例如觸摸屏、光伏電池、有機發光二極管等。目前商業上，由于氧化銦錫（ITO）薄膜的高光學透過率、低面電阻和成熟的制造工藝，在作為透明電極方面已廣泛地應用在各種光電器件中。但銦是稀有金屬，在地殼中的分布量比較小且分散，主要以微量存在于錫石和閃鋅礦中，且隨著液晶顯示器和觸摸屏等產品的普及，因此銦的價格在急劇上漲。此外，氧化銦錫透明電極缺乏柔韌性，不易彎曲，化學穩定性差，不適合應用于柔性透明電極。 傳統上制備金屬網采用光刻法及蝕刻工藝。但是，通過采用光刻法制備的金屬網格不僅成本較大、工藝復雜、效率低，而且在制備的工藝條件、設備要求也較高。 本實驗采用了低成本高效率的方法制備金屬網格，再通過CVD法生長大面積石墨烯并轉移在金屬網格上。實驗過程中工藝簡單、成本低、效率高，并可制備大面積-高質量的透明電極。

項目成果/簡介:該項目的核心技術來源于中國海洋大學和北京格瑞智博生態科技研究院合作研究的國家發明授權專利，是原創性創新性技術，技術壁壘非常高，難復制，擁有我國獨立自主知識產權，達到國際先進水平，它的問世必將推動我國食品保鮮膜的高速發展。我國塑料保鮮膜市場25000噸左右。該項目生產的海藻食品保鮮是原創性技術產品，可逐步有效替代塑料保鮮膜產品，市場容量達到108億元，市場接受度高，比較容易推廣，因此具有廣闊的市場優勢。項目階段:完成實驗室階段效益分析:我國塑料保鮮膜市場25000噸左右。該項目生產的海藻食品保鮮是原創性技術產品，可逐步有效替代塑料保鮮膜產品，市場容量達到108億元，市場接受度高，比較容易推廣，因此具有廣闊的市場優勢。知識產權類型:發明專利知識產權編號:ZL201410539503.6技術成熟度:已有樣品技術先進程度:達到國際領先水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:無

目前國內發電廠主要是燃煤發電，煤炭的燃燒使發電廠廢氣中含有大量的二氧化碳（CO2），占工業CO2 總排放量的30%左右，造成了嚴重的大氣污染和溫室效應。燃煤電廠中二氧化碳的處理已成為目前急需解決的問題，因此燃煤電廠廢氣中二氧化碳的捕集成為目前的研究熱點之一。燃煤電廠尾氣脫CO2 理論上有吸收分離法、吸附法、膜分離法、膜基吸收法和低溫蒸餾法等。國際能源署在上世紀90 年代對上述幾種脫CO2 法的調查研究表明,對煙道氣脫CO2 較有前途的是“膜基氣體吸收法”。膜吸收技術是膜技術與氣體吸收技術相結合的膜過程,通常使用疏水微孔中空纖維膜將氣體與吸收液隔開。用于分隔氣液兩相的疏水微孔膜的可用材料廣泛，可以為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯等。利用膜吸收技術捕集CO2 與傳統的吸收塔相比，膜吸收可以對氣、液兩相流速寬范圍獨立控制，而且氣液接觸面大，能耗低，避免了液泛、霧沫夾帶、溝流、鼓泡等現象發生。另外，膜吸收技術更有利于燃煤電廠尾氣中CO2 的回收后再次利用，利用膜吸收技術回收的CO2 純度高，可達到95%以上，可應用于食品、醫藥等行業，為社會創造了更多的經濟價值和社會效益。 本技術以疏水中空纖維膜為氣液兩相間分隔界面，其較強的疏水性能可以防止液相的泄漏，另外所用膜材料能耐受強酸強堿的長期腐蝕，給膜吸收設備提供了更長的使用壽命。而所采用的中空纖維膜組件還具有氣液接觸面積大、設備體積小等優點。以MEA、MDEA 等醇胺溶液為吸收劑，膜解吸過程相對簡單,與傳統的方法相比具有設備投資低、分離效率高、使用周期長等優點，是具有廣大前景并值得推廣的技術。 技術指標：所用吸收劑：MEA、DEA 等醇胺類吸收劑；處理前CO2 含量≤10%；處理后CO2 含量≤0.3%；去除能力：99%；吸收劑回用方式：加熱解吸循環；吸收劑熱解吸溫度：60～80℃；裝置使用壽命1～2 年。應用范圍：可廣泛應用于燃煤發電廠尾氣中CO2 的回收處理、煙道氣處理及相關領域。市場分析膜吸收法捕集CO2 技術能耗低，占地面積小，在操作上存在很大的優勢；另外，吸收CO2的吸收劑可經過加熱等方法進行循環利用，捕集的CO2 濃度較高，市場前景相當廣闊。效益分析：本技術設備簡單、投資少、操作成本低，與傳統技術相比能耗大大降低，而且回收的CO2純度較高，經過凈化之后可再次應用于醫藥、食品、化工等行業，具有顯著的經濟效益。

透明電極在太陽能電池、有機發光二極管、觸摸屏等光電器件中具有重要的應用價值，目前應用最多的用氧化銦錫（ITO）為制造的透明電極，但ITO存在脆性大，無法彎曲，近年來隨著光電器件對透明電極需求的增加，銦的價格也大幅提高。由于石墨烯產業化后的預期成本低，成為柔性透明電極的主要材料之一，但在實際中由于大面積石墨烯總會存在一定的缺陷，影響了其導電率，本項目結合石墨烯和納米金屬網孔的優勢制備出石墨烯和金屬網孔復合膜柔性透明電極。

成果與項目的背景及主要用途：本技術、設備與配套的產品應用于污水處理 領域。其成果主要包括：新型膜組件反應器、新型處理工藝和具有安全環保優勢 的免維護系統。 其中新型膜組件反應器是以聚偏氟乙烯（PVDF）為材料，以耐腐蝕材料為 骨架，具有獨立知識產權；新型處理工藝和具有安全環保優勢的免維護系統能夠 具有：出水清澈透明、容積負荷高、占地面積小、抗沖擊負荷能力大、剩余污泥 產量低、系統運行管理簡單、運行成本低、易于集成并實現自動化等特點。 本產品具有聯合組裝曝氣功能，應用該它可以很好的將區域污水、洗浴廢水、 生物難降解廢水和醫藥制藥廢水等進行處理。處理后的出水水質完全滿足國家城 市雜用水的水質標準。是目前國內外公認的、在區域（小區、開發區等）中水回 用領域中最先進的處理技術之一。 技術原理與工藝流程簡介：近年來，隨著膜生產技術的提高和生產成本的降 低，膜技術在污水處理領域中的應用特別是與生物反應器相組合的膜生物反應器 （MBR：Membrane Bio-Reactor）作為一種新型高效污水處理技術在國際上受到 了廣泛關注。以超濾或微濾膜與傳統的活性污泥生化處理技術相結合而成的膜生 148天津大學科技成果選編 物反應器，以膜分離過程取代重力沉降過程，不論污泥顆粒的沉降性能如何，均 可完成固液分離過程，并且可以避免因生物體流失而造成的系統運行失敗。此外， 采用膜分離與活性污泥法相結合的膜生物反應器處理含碳有機物，能使有機物深 度氧化，并且能完全保留生物體，使污泥保留的時間相當長，從而完全保留體系 中緩慢生長的硝化細菌，可同時通過硝化與反硝化作用成功除氮，在低溫時亦能 維持高處理能力。MBR 反應器能夠維持高處理能力而使處理廠規模縮小，還可 通過維持低 F／M 比例減少剩余污泥產量。 對于各類污水，使用本產品進行處理是一種特別有效的方法，它可以將生物 降解的物質分離出去，而將微生物留在生物處理池中。這樣可以使生物池內微生 物的含量處于最佳濃度，反應速度最快。和其他污水處理方法相比，使用膜生物 反應器進行再生水處理不僅可以節約大量水資源，還可以減少設備占地，節約能 源，減少設備和運行和管理費用，避免二次污染，有著很好的環境效益、社會效 益和經濟效益。 技術水平及專利與獲獎情況： 已經獲得的相關專利： 1．帶有電位測控的工業廢水處理系統（發明專利） 2．膜反應器（實用新型） 已經申請的相關專利： 1．超聲波膜反應器（2004200289565.4） 2．工業廢水氣動攪拌機（200420056558.3） 已經獲得的獎項：高校節水技術（天津市科技進步二等獎） 應用前景分析及效益預測：通過本產品的應用，可以帶來巨大的環境效益、 生態效益、經濟效益及社會效益，通過中水回用項目，使天津大學成為國內第一 所具有一流的教育環境、一流的節水技術（包括節水器具）全面綜合開發的研發 基地，為實現天津市創建環境保護模范城市的奮斗目標，為天津市的發展以及全 國各高校的建設提供了一定的借鑒作用。該項目經濟效益顯著，其年投資與效益 分析約為 1:0.4 左右，即可以得到約 40%的回報。 應用領域：環境保護、污水回用。 7 水和廢水處理的膜分離技術與設備 8 再生水原水水質監控評估與安全預警技術 9 消毒副產物生成潛力和檢測技術 10 新興微量有機污染物分析技術 11 高效能、抗板結的新型微電解材料 

技術簡介： 聚丙烯是廉價易得的熱塑性聚合物，具有耐溶劑和耐細菌降解的優良性能。 通過熱致相分離的方法可以將聚丙烯制備成孔徑為 0.1~0.3μm 不同孔徑的中空 纖維微孔膜。熱值相分離法制備的膜具有孔徑分布窄、孔隙率高，強度高和耐有 機溶劑的特點。可用于海水淡化預處理、水處理、空氣凈化、液體調味劑和液體 36天津大學科技成果選編 飲料除濁、膜蒸餾、膜萃取等過程中。 通過降低稀釋劑含量和調整制膜工藝，可以生產血液氧合器(人工肺)用膜， 替代進口。 應用前景分析： 水是人類生存最主要的物質，隨著社會進步和人民生活水平的提高，水用量 增大、品質提高。膜法水處理是目前公認的成本最低的水處理技術，具有很好的 應用前景。 課題組可以提供成熟的熱致相分離聚丙烯中空纖維膜制備技術。 經濟效益預測： 聚丙烯是最廉價的膜材料，由聚丙烯生產的膜成本低于聚偏氟乙烯、聚砜等 膜材料生產的膜，聚丙烯膜的生產具有較好的經濟效益。 技術成熟度:產業化項目