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附件省企联双创中心推介中科大第一批研究成果产业化项目名录(53项)

时间:2017-05-02 14:44:44    阅读: 2413

 

省企联双创中心推介中科大第一批研究成果产业化项目名录(53项)

一、电子技术类

     1、高速任意波与方波发生器

     22.0μm波段脉冲光纤激光器

     3、单DLP全色激光投影机

     4、基于热红外和可见光图像融合的视频火灾探测系统

     5、基于精准回射系统的浮空集成成像3D显示系统

     6、新型碲化镉基光控自动开关

     7、三维空间视线跟踪眼镜及系

二、生物医药类

     8、脑化学图谱-常压解吸电离质谱成像技术

     9、绿色生物能源伽马戊内酯的产业化研究

     10、光热材料五角星形金铜合金在肿瘤治疗中的优化

     11、靶向HIF1通路的抗肿瘤化合物筛选及其作用机制研究

     12、啮齿类动物学习与记忆行为学训练与检测自动批处理

     13、精准探究细胞内抗癌药物的靶向作用位点的全细胞喷雾--原位质谱平台的构建

     14、可佩戴式人体生物节律调节仪的研制

     15、一种诱导蜕膜NK细胞的培养体系及应用

     16、基因工程抗菌肽祛痘护肤品应用转化研究

     17、厚样品内超高分辨率成像系统

     18、细胞3D打印控制软件

     19、热催化氨化转化碳水化合物定向制备吡啶类化合物的研究

     20、抗菌肽模拟物的分子设计、合成以及应用研究

     21、乳腺磁共振弹性成像技术的研究

     22、建立阿尔兹海默症血管病理检测新方法

三、未来信息类

     23、“车停哪儿”智慧停车项目

     24、校园内互助学习平台的搭建、运营及推广

     25、全光纤测风激光雷达

     26、量子保密通信与光接入网GPON的融合

     27、城市管家

     28、可穿戴柔性光电器件的微纳制造

     29、新型功能仿生伪装材料的研制

     30、高粘度浮油收集技术及设备的研发

     31、白天太阳集热与夜间辐射制冷综合利用系统的研

四、先进制造类

     32、中子辐射剂量测量关键软件研发

     33、一种可穿戴式热电发电微系统的设计、制造及性能分析

     34、智能安保巡逻机器人系统

     35、菲涅尔式高倍聚光发电供热联产系统的研究

     36、钢基多金属无缝管高效低损爆炸复合技术研究

     37、基于空间光调制器的高精度低成本微纳米三维打印系统

     38一种用于固体推进式灭火装置内的新型推进剂的制备与性能研究

     39、基于飞秒激光微纳米技术的金属表面蝴蝶结构色研究

     40、基于圆结构光的内表面三维面形检测器

五、新材料类  

     41、高效一维铜基贵金属合金电催化剂的设计及规模化制备

     42、一种多功能有序气凝胶材料的设计制备、转化与应用研究

     43、一种新型高强、高粘、高导固态电解质的研发

     44Bi 基低温固体氧化物电池低成本制备技术

     45、水系钠离子电池电极材料及其电化学性能

     46、从污水中回收氮磷制备磷酸铵镁纳米肥料

     47、高性能气凝胶复合隔热材料制备新技术研究

     48、过渡金属基纳米材料的可控合成及其在油品脱硫中的应用

     49、过渡金属磷砷化合物的可控合成及电化学性能研究

     50基于过渡金属硫属化合物超薄二维结构的便携式柔性光探测器件设计

     51、环己烷氧化反应高效金属纳米催化剂研究

     52基于三元Cu-Mo-S光催化剂用于降解工业有机污染物及器件研究

     53、用于燃料电池阴极反应催化剂的设计与研究

一、电子技术

1、高速任意波与方波发生器

随着近年来电子科学技术以及相关研究领域的快速提升,高精度的任意波发生器和方波发生器在电子科学与技术、通讯、物理、化学、生物,甚至医学领域得到了广泛的应用。高分辨率的波形发生可以作为高精度的参考信号,也可以为基础科学的研究提供稳定和高精度的激励信号。典型的应用为电子顺磁共振、核磁共振、质谱及相关技术、超声波、雷达、医疗成像以及通信激光控制等。现有任意波发生器和方波发生器要么售价过高,要么精度和频率达不到要求,我们研制的这台波形发生仪器,不仅同时支持了任意波发生和方波发生,还将这两者的指标和成本做到了相对最优。

核心创新点如下:

1、将方波发生器的延时和宽度控制精度做到了12.5ps,指标高过几乎市面上的所有产品。

2、开创地将任意波发生器和方波发生器放在了同一个电子系统中,做到充分时钟同步。

3、任意波发生器的各项指标也做到的领先水平。

目前的市面上,相似指标的设备主要被国外的如安捷伦这样的公司垄断,要实现相同的指标采购价高达50万,极大地阻碍了我国相关科研领域的发展。

2 2.0μm波段脉冲光纤激光器

2.0μm波段光纤激光器以其处在人眼安全波段而在激光手术方面应用广泛,在大气传感、激光测距和空间光通信等方面也具有独特的优势。本项目研究的是2.0μm波段掺铥脉冲光纤激光器的产生及样机制作。目前,就2.0μm波段脉冲掺铥光纤激光器主要采用780nm波段连续光泵浦,结合可饱和吸收体以及类饱和吸收体锁模机制来实现脉冲输出,该方案受环境影响显著,脉冲输出特性由腔参数唯一确定,且输出脉冲功率和光-光转化效率都较低。

本项目旨在开发一款新型的2.0μm波段脉冲光纤激光器,它利用我们自主知识产权的技术(同步泵浦技术)产生脉冲更短、功率更高、更稳定的锁模脉冲。该方案拟利用技术成熟的1060nm1550nm脉冲光纤激光器作为泵浦源,通过腔长匹配实现同步泵浦锁模,由于腔内无需锁模元件,激光器结构更紧凑。预期将提供一款2.0μm波段脉冲光纤激光器样机,为激光医疗提供高性能低成本的医用激光器。该激光器在眼科及男科等有独特应用,需求量很大,市场前景广阔。同时,该激光器还可在大气传感、空间光通信等方面得到应用。

3、单DLP全色激光投影机

激光投影机是一种利用激光作为照明光源的新型投影显示设备,它的出现,使得投影机在亮度、色彩、分辨率、清晰度等方面均发生了革命性的变化,它独特的分离特征、卓越的色彩表现能力、超高亮度输出等特质使投影画面出现了无与伦比的卓越表现。

本项目旨在研发一种小型单DLP全色激光投影机,它涵盖了以下自主知识产权:1、可编程的全激光光源模组;2、高效消散斑技术;3、高光效光学引擎技术;4、一体化集成散热技术。系统中红绿蓝三色光源均由激光二极管组成,对比市面上已有的激光和LED混合光源,在色域广度、光能利用效率、系统集成度方面有明显优势。光源使用的电调制驱动电源,取代色轮实现颜色切换功能,大大简化了原有色轮分光的投影系统,并进一步提高光源的光效率及显示色彩饱和度。项目预期得到小型单DLP激光投影机样机,它将是今后会议室、家庭影院、多媒体教室等场所的新宠,市场前景十分广阔。

4、基于热红外和可见光图像融合的视频火灾探测系统

    针对目前市场中视频火灾探测产品误报率高的问题,项目组结合在图像火灾探测方面多年的研究基础,发展出一种热红外成像与可见光成像结合的视频火灾探测方法,利用图像融合技术实现双路视频的匹配融合,解决单一可见光图像受光照影响大和近红外图像在室外干扰多的问题。通过采用低分辨率热红外图像与高清可见光图像结合的方式,解决高分辨率红外热成像器件因价格昂贵而无法普及应用的问题。视频火灾探测的关键是识别算法,目前的产品使用的都还是简单的火焰检测,本项目采用基于闪烁、抖动运动特征的火焰动态模型和基于弥散运动、湍流特征的烟雾动态模型,研究准确率更高、适应性更好的火灾识别算法。最后利用嵌入式系统,将识别算法移植到摄像机前端,实现数据获取、数据处理一体化,增强系统的扩展性。该探测系统综合运用了图像处理、模式识别、机械电子、网络通信、火灾科学等多学科的专业知识,可实现多种复杂环境下的火灾探测,具有较大的应用潜力和市场价值。

5、基于精准回射系统的浮空集成成像3D显示系统

         显示行业是21世纪飞速发展的行业。从最初的彩电到现在的平板电脑智能手机,甚至融入了穿戴设备,显示技术的发展有目共睹。而当今显示技术的前沿发展方向有3D显示和交互性显示。3D显示具有立体逼真的视觉效果,而交互性显示具有很强的互动性。集成成像立体显示技术是近年来研究的热点,其具有裸眼观看,视差连续并同时具有水平垂直视差等优点,是非常有潜力的新型3D显示技术。然而,由于受到分辨率低,深度反转等问题的制约,集成成像离商业化还有一定的距离。本项目课题设计了一种精准回射系统,可以解决集成成像立体显示中的诸多问题,实现高分辨率、高深度感、无深度反转的实时浮空3D显示系统。由透镜阵列和角锥棱镜阵列组成的精准回射系统是本项目课题的创新点之一,不仅可以用于实现上述的高品质浮空3D显示,还有望在自由空间光通信上发挥作用。本项目课题提出的高品质浮空3D显示系统具有立体逼真的视觉效果、很强的深度感和互动性,可以用于人机交互显示领域,例如商场概念产品的3D互动性展示,体感3D游戏等等。将会在广告展示,游戏娱乐等行业占领一席之地。

6、新型碲化镉基光控自动开关

         二十一世纪,随着世界经济的快速发展,对能源的需求空前巨大,人类即将面临着能源危机的严重困扰。为了解决能源问题,除了开发新能源技术之外,就是节约能源。在日常生活中会发现,马路、走廊等安装的各种照明路灯,依靠人工控制开关比较麻烦,有时会出现忘记关灯的现象,造成极大的能源浪费。光控开关可以很好的解决这一问题,节约环保。

目前市场上出现了很多光控开关,但存在布线复杂、造价成本高、使用和维修不方便等缺点。本项目将碲化镉薄膜太阳电池作为光控开关核心器件,具有性能稳定、电路简单、开关灵敏等优势。碲化镉太阳电池在相当微弱的光照下就有600mV左右的开路电压,以此来作为供电电路开关的标准。由于碲化镉太阳电池在-40oC40oC的生活环境下都表现的相对稳定。通过光伏效应产生信号,无需外部能源,节能环保。并且申请人实验室已经有了长达8年的碲化镉太阳电池的研究经历,小面积电池转化效率达到15.2%,取得了碲化镉制备中的关键技术专利,制备工艺已经成熟,可以进入工业化阶段。

碲化镉太阳电池不作为发电器件而用作光控器件,可以应用在照明灯光控或者一些对光控开关要求极为灵敏的行业中,市场需求大。

7、三维空间视线跟踪眼镜及系统

视觉是人们获取信息的主要方式,视线具有直接性、自然性和双向性等特点。本项目设计并实现一种三维空间视线跟踪眼镜及系统,使用者戴上该眼镜后,可以跟踪计算其在三维空间中凝视点的坐标,并可以拍摄场景视频,将其中的凝视区域标注出来。

本项目首先设计并实现视线跟踪眼镜的硬件系统,同步拍摄4路眼部视频及1路场景视频;对5个摄像头进行标定,确定各摄像头的内参数和旋转平移矩阵;通过图像处理算法提取眼部图像中瞳孔和红外LED耀斑中心位置;通过立体视觉的方法估算双眼视线光轴方向,进而计算出双眼凝视点的三维坐标;通过凝视外部红外光源,校正每个眼球光轴和视轴夹角Kappa角大小,进一步减小跟踪误差。

本项目实现视线跟踪眼镜及系统样机,并对主要技术方案申请发明专利。用户戴上该眼镜即可跟踪凝视点的三维坐标并在场景视频中标出,无需繁琐的训练和标定,使用体验好;眼镜小巧轻便、用户可以自由活动,且硬件成本低;经过简单的标定之后,可以获得更高精度的视线跟踪效果。

基于本系统,可实现基于凝视点的目标锁定和信息服务,在人机交互、军事等领域有着广阔的应用前景。随着技术的进一步成熟,预期其将成为一种新兴的人机交互技术,未来的市场规模不可限量。

二、生物医药

8、 脑化学图谱-常压解吸电离质谱成像技术

“脑计划”目前是世界生物医学的重大课题之一,是继人类基因组计划之后另一个宏伟的科学研究计划。看清大脑的技术(脑成像技术)是研究大脑的基础,旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图以及针对无法治愈的大脑疾病开发新疗法。我们旨在利用常压解吸电离质谱成像技术(DESI)来检测病理和非病理情况下动物脑内的神经递质、神经调质、脂质、多肽、无机物等化学成分的数量以及分布,并对他们进行三维重构,最终获得各种化学物质在整个脑中的分布图,为神经系统疾病的治疗提供新的方向。课题组通过将神经生物学方法和化学质谱方法连用,来分析脑内特定的化学物质,并最终进行三维重构获得完整的脑图谱。目前,我们已经可以顺利检测到多种脂类成分,并进行二维成像。明年初我们期望可以对脑内主要的小分子如GABAglutamate等进行检测,并尝试绘制他们在脑内的分布图。脑内小分子物质的分布图谱将会对重大神经系统疾病如阿尔兹海默症(AD)、帕金森(PD)、抑郁症等提供新的研究思路和治疗理念。因此,我们展开了利用常压解吸电离质谱成像技术绘制脑化学图谱的研究。

9、绿色生物能源伽马戊内酯的产业化研究

煤、石油、天然气等传统不可再生资源的日益枯竭推动了生物能源技术的大力开发,生物质作为唯一的可再生碳资源,可通过催化转化为生物燃料伽马戊内酯(GVL)这一重要的生物质平台分子,其可用于食用香料等工业领域,同时还是一类极具潜力的新型生物能源,其相对燃料乙醇、甲醇更适合做燃料添加剂。添加了15%的伽马戊内酯调合油(石油+GVL)的发动机实验表明GVL的添加对发动机无不利影响,而且在提高了燃油辛烷值的同时,还减少了CO和颗粒的尾气排放。

研究目的和基本思路:基于GVL的重要用途,针对现有技术存在的如反应效率低,催化剂寿命短,生产成本高,体系不友好等问题,本项目拟开发新型多孔催化剂载体负载的贱金属催化剂用于催化转化制备GVL,通过催化剂微观结构如孔径尺寸、活性金属位点、酸性调节,实现高效催化氢化制备GVL

预期成果及其创新性、先进性、实用性:预期申请发明专利1-2项,发表国际高水平论文1-2篇。发展出更加低成本、长寿命、绿色环保、设备兼容性好的催化剂体系,高效制备生物能源GVLGVL可用作树脂溶剂及医药中间体、润滑剂、增塑剂、非离子型表面活性剂的胶凝剂、汽油的内酯类添加剂,纤维素酯和合成纤维的染色剂和香料等广泛用途。

10、光热材料五角星形金铜合金在肿瘤治疗中的优化

光热技术作为一种新型的生物学无创治疗技术,主要通过结合高光热效率材料和对应的近红外激光进行实现,操作简单方便,在肿瘤诊疗领域具有巨大的应用潜力。申请人曾发明过一种五角星形金铜合金的光热材料,由于其在近红外区有很好的光吸收效果,光热效应显著。申请人将其应用到小鼠乳腺癌治疗中,仅4天实现肿瘤的消退。该项工作发表在Nat. Commun.中,收到了包括《人民日报》和“CCTV”等国内重要媒体的报道。

在此项目中,申请人将立足于这个光热材料,独创性地利用一种便携式光热探测器件,将不同批次的光热材料用吸收系数、吸收截面等物理参数归一化、定量化,并优化肿瘤治疗效果,争取将应用扩大到宠物(猫、狗)身上。

该项目预期成果如下:1. 制作出一种便携式光热探测器件;2. 实现肿瘤治疗优化1-2例,争取扩充至大动物体系;3. 申请专利1-2项,发表论文1-2篇。

该项目中制作的光热探测器件,可作为光热治疗应用的一种通用标准。而光热治疗肿瘤效果的优化和拓展,是迈向人类肿瘤治疗的重要一步。

11、 靶向HIF1通路的抗肿瘤化合物筛选及其作用机制研究

低氧微环境所诱导的HIF1信号通路在肿瘤发生发展中起关键作用,针对HIF1在肿瘤微环境中特异性高表达的特点,筛选鉴定HIF1小分子抑制剂有望为临床抗肿瘤药物的研发提供潜在的前体化合物或可成药性小分子化合物。

利用从海洋微生物及草本植物中分离提取出的多种次级代谢产物,筛选具有特异性抑制HIF1信号通路的抗肿瘤化合物。目的在于研发一种新型的靶向HIF1通路的抗肿瘤化合物,并利用此化合物在解析肿瘤重要信号通路的分子机制方面获得突破。基本研究思路包括:1)鉴定和筛选特异性抑制HIF1信号通路的化合物;2)探索化合物抑制HIF1信号通路的分子机制;3)通过体内、体外实验检测化合物的抗肿瘤作用。

预期将筛选和鉴定出抑制HIF1信号通路的化合物,为肿瘤治疗提供新的解决策略,将申请专利1项,发表论文1-2篇。本项目创新性、先进性和实用性在于将天然植物、微生物中分离出的化合物应用于靶向HIF1信号通路的抗肿瘤治疗中,期待为疗效好、毒副作用低的新型抗肿瘤药物的研发提供前体化合物或可成药性小分子化合物。

此类化合物将有可能作为抗肿瘤药物进行深入的成药性及临床研究,进而可能被开发为新型的抗肿瘤药物, 产生广泛而积极的市场和社会效益。

12、啮齿类动物学习与记忆行为学训练与检测自动批处理

在神经科学研究中,当研究某种动物行为的神经机制或某种神经生物学现象的具体作用时,动物行为学实验都是不可或缺的。但由于动物行为学实验的实验周期长,结果变异系数大,易受外界环境或操作人员影响,使得动物行为学成为了神经科学研究中一个相对费时费力又容易受干扰的部分,所以本项目计划结合自身课题来设计制作一个高效高通量,且相对省时省力的学习记忆行为学训练与检测系统。

目前市场上的学习记忆行为学系统很多,但能在训练中与动物进行复杂实时互动的系统几乎没有,要么是简单的互动如压杆取水等,要么虽涉及复杂数据的处理,但只能事后分析而不能实时根据动物的行为进行反馈,这相当程度上限制了实验设计与课题研究。之所以会有这种不足,是因为对复杂数据进行精确地处理需要较长的时间,无法实时返回分析结果。本项目计划使用GPU进行高速并行运算来弥补常规用CPU进行计算时的实时性短板,进而达到复杂数据实时处理,实时反馈互动的目的。

本项目将采用经典的穿梭盒主动逃避模型,通过模块化设计,改进之前制作的人工操作系统,制作多通道全自动系统,实现实时处理数据实时反馈与互动,以全自动高效率高通量高灵活度的进行实验。

13、精准探究细胞内抗癌药物的靶向作用位点的

  全细胞喷雾--原位质谱平台的构建

现阶段临床使用的抗肿瘤药物大多数具有毒副作用大,易产生耐药性,对实体肿瘤疗效差等缺点,因而筛选和设计毒副作用小和具有广谱抗癌活性的新型抗肿瘤药物具有重要的临床意义。目前常用的抗肿瘤药物筛选技术有基因工程技术法,核磁共振法等,这些方法主要是基于间接生化反应、光谱学等原理,但无法直接监测细胞内癌症相关蛋白的形态变化,所以无法在细胞内筛选抗癌药物和癌症相关蛋白的相互作用。质谱可以根据癌症相关蛋白的分子量信息的变化,直接检测抗癌药物与癌症相关蛋白的结合作用。但由于细胞内环境的复杂性以及高度可变性,迄今为止没有合适的质谱方法可以用于细胞内抗癌药物相互作用及其细胞内筛查。本项目基于我们实验室最近开发的原位质谱技术,首次开发并集成毫秒级的微电泳到纳升电喷雾中,为复杂生物体系蛋白质的检测提供新的、快速的检测手段。而且可以实现原位表征细胞内的蛋白质和药物的相互作用,从而实现抗癌药物的快速筛选。本研究有望推动质谱分析在生物医药开发及天然药物有效成分筛选等领域的快速发展。通过系统优化与技术整合后,本项目开发的基于原位质谱技术的细胞内抗癌药物筛选平台,在医药开发等行业具有一定的应用前景以及市场价值。

14、可佩戴式人体生物节律调节仪的研制

人体生物节律紊乱可造成注意力下降、睡眠障碍和负性情绪等问题。现代生活方式下,生物节律紊乱的发生比率升高,据WHO官方数据显示,全球成人中约有30%有睡眠障碍问题,而目前我国此类患者人数约有5亿(38.2%, WHO)。倒班工作和跨洋旅行也会造成生物节律的紊乱,从而影响工作的安全和效率。生物体的节律和睡眠受外界环境的影响,其中光是最有力的调控因素。光信号的变化通过视网膜传递到下丘脑的多个核团,其中的视交叉上核是掌控生物体节律的中心。基于这一神经结构基础,我们提出利用光来调整紊乱的节律,增强睡眠质量以及缓解负性情绪的设想。拟开发一款穿戴式装置,将特殊波长、强度和时程的光线投射到视网膜底部,实现使紊乱的昼夜节律在较短的时间内趋于正常,重置脑内的生物钟,进而改善睡眠,提高生活质量。

为此,团队计划先研制出光学系统可控的眼镜式调节仪,对有睡眠问题的人群进行其效果的调查分析,针对用户反馈进行光照模式的调整,为后续投入大范围临床应用奠定基础。本项目创新点在于:1、非药物、非接触式调节人体生物节律;2、首次运用特定波长照射以提升调节效果;3、首创环境光反馈技术,客户体验更舒适。该产品将在外观上实现小巧便携,不仅适用于有睡眠障碍的患者,也适用于倒班工作和跨国旅行的人们,估计该产品将具有广泛的市场应用前景。

15、一种诱导蜕膜NK细胞的培养体系及应用

我国不孕不育患者数量逐年增加,相当一部分孕龄妇女罹患反复性流产、先兆子痫和胚胎生长首先等妊娠疾病,蜕膜NK细胞(dNK)失调在其中扮演着重要的角色。一方面dNK细胞可以调节螺旋动脉重铸从而影响胎盘发育,另一方面dNK细胞可以通过KIR受体介导母胎免疫耐受。然而,目前还没有针对dNK细胞减少的疗法,其中的一个原因是无法获取大量dNK细胞。

建立一种体外诱导dNK细胞的方法,完成细胞的质量检测和临床前研究,提出通过细胞转输治疗妊娠疾病的潜在新方法。

分离脐带血CD34+细胞,使用多因子、多阶段、模拟组织微环境的培养方法,诱导其分化为dNK细胞并大量增殖。进一步建立适用于临床的无血清培养方案以及监测诱导情况的质控方案,最终转输到妊娠疾病患者体内进行治疗。

建立一套完善的诱导dNK细胞的方案,完成专利的申请与公开,开展细胞质量检测与临床前研究。这一诱导方案尚无先例,后续的细胞转输治疗也可能开启妊娠疾病疗法的新思路。dNK细胞的诱导和细胞转输治疗可能开启妊娠疾病疗法的新思路,也为研究dNK细胞提供便利。培养物可以制成试剂盒等产品,便于储存、运输和销售。

16、基因工程抗菌肽祛痘护肤品应用转化研究

痤疮是一种累及毛囊皮脂腺的慢性炎症,俗称青春痘、粉刺,与痤疮丙酸杆菌感染密切相关,容易反复发作且长期不愈,严重影响患者的生活质量。目前祛痘市场占据份额较大的产品是异维A酸胶囊,但是副作用大、易复发。颗粒溶素(GranulysinGNLY)为NK细胞和CTL细胞分泌的一种人体天然抗菌肽,对多种病原菌具有广谱杀伤作用,可能用于抗痤疮护肤品。而且颗粒溶素作为人体自身抗菌蛋白,与其他物种来源的抗菌肽相比,免疫原性与毒副作用更低,长期使用也不宜产生抗生素耐药。本实验室前期研究中,利用高密度发酵技术大量制备具有抗菌活性的重组颗粒溶素,生产工艺简单,成本低廉,且不存在内毒素污染等问题。目前已与合肥卡迪尔化妆品有限公司签订了GNLY抗青春痘的研发合作协议,初步的临床实验取得了比较满意的效果,本研究拟在此基础上,根据化妆品标准要求,开展以下研究:(1)建立痤疮丙酸杆菌感染体外细胞感染模型及GNLY抗痤疮丙酸杆菌的功效学研究;(2)建立GNLY皮肤给药动物模型,验证其安全性;(3)优化GNLY皮肤给药剂型的研究。本项目一旦实施成功,将具有快速转化应用的潜力,并具有很强的市场竞争力。

17、厚样品内超高分辨率成像系统

超高分辨率成像术是近十年发展起来的光学成像技术,这类技术(STED, SIM, PALM/STORM)打破了光学衍射极限所限定的显微成像的分辨率极限(Abbes law),将光学成像的分辨率推进到纳米级别,这一系列的工作已被高度认可,包括2014年诺贝尔化学奖。然而基于单分子定位的超高分辨率成像技术(PALM/STORM)由于对单分子定位精度的要求,以及考虑生物样品的不均匀性,通常采用全内反射照明,在提高信噪比的同时将成像深度限制于3μm以内。这极大地限制了此类技术在生物医学研究中的应用。我们通过在样品制备、免疫荧光标记、成像方法上一系列的创新,系统性地解决了超高分辨率成像技术在厚生物组织样品中的应用难题。我们的研究成果将以专利技术、科研论文以及仪器样机的形式呈现。由于是首次系统性高效地解决单分子定位超高分辨率成像技术在组织样品中的应用问题,能够广泛应用于生物组织样品的超微成像研究中,诸如脑组织的超微突触连接图谱构建、胚胎发育的精细过程研究等。目前市场上尚无同类技术或产品,而各大科研院校、系所、医院、生物医药公司、检测诊断机构对尖端成像技术的需求是迫切和显而易见的。

18、细胞3D打印控制软件

细胞3D打印技术是一种在体外构造具有生物活性的三维多细胞体系的先进技术,是快速成型技术和生物制造技术的有机结合。该技术用于研究细胞间的相互作用,细胞群体的空间关系,微组织功能等,为生物医学工程和现代生物科学相关领域的研究带来了全新的思维方法、实验手段和应用工具。

项目的预期成果是具有自主知识产权的细胞3D打印系统控制软件一套;软件支持最高8个打印通道(基质2、细胞6),实现对复杂细胞群体的构建能力,达到目前相关研究报道的最高水平;能够实现对系统清洗、维护、杀菌功能的控制,使用便捷,减少用户工作量,具有良好的实用性;能够对3D打印过程进行显微成像观察,方便用户实时了解构建情况,干预构建过程,为打印过程管理和产品筛选提供了的便捷的方法,显微成像和细胞3D打印的结合,国内外未见报道。

高精度、多通道细胞3D打印作为生物3D打印的制高点,国内外均无成熟产品销售。

19、热催化氨化转化碳水化合物定向制备吡啶类化合物的研究

吡啶类化合物是当前含氮杂环化合物中开发应用范围最广泛的品种之一,除了可以用做溶剂外,还广泛应用于医药、农药、香料、橡胶、染料等行业。近年来,伴随着化学工业的发展,对吡啶类化合物的需求量在日益增长,目前每年全球吡啶类化合物的交易额在几十亿元,其下游衍生物的每年的市场价值更是高达数百亿元。目前吡啶类杂环化合物主要由化石产品经多步复杂反应转化而成,严重制约了其大规模生产。如何利用可再生资源并发展便捷、绿色的新方法生产含氮杂环是当前世界范围内的研究热点。本项目提出了全新的热催化氨化法,以氨气为活性氮源,同时耦合原料的催化热裂解反应和氨化反应从而实现定向转化存量巨大的碳水化合物类生物质到吡啶类化合物。我们将利用全因子法设计氨气氛围下的热催化氨化实验来考察不同条件下吡啶类化合物的收率和选择性以及其他中间产物的分布规律,系统研究反应设备设计、反应方式、反应温度、催化剂结构、特性及用量、氨气/氮气比例、反应时间等因素对吡啶环生成的影响和调控机制;同时结合量子化学理论分析方法探索从碳水化合物向吡啶类化合物的基本路径和相关机理,为大规模从存量巨大的碳水化合物高效获得吡啶类化合物提供理论指导及实践基础。

20、抗菌肽模拟物的分子设计、合成以及应用研究

抗生素滥用引起的耐药性问题越来越严重,尤其是多重耐药(MDR)细菌已经成为全球公共健康最大的威胁之一。新型抗生素的研发并没有伴随MDR 细菌的增加而增加,所以对新型抗生素研发的需求就显得非常迫切。抗菌肽是生物体免疫系统产生的一类小分子多肽,具有抗菌活性高、抗菌谱广、不易导致耐药性、可供选择的范围广等特点,近年来的研究十分活跃。但抗菌肽难以大量制备、在体内易降解、毒性较高等因素一直制约着其进入临床应用。本研究拟将传统抗生素和抗菌肽的抗菌机理结合起来,设计合成一类柔性非肽类小分子作为抗菌肽模拟物,通过抑菌实验、体外细胞实验和动物实验表征它的抗菌效果和毒性,并进一步研究其抗菌机理,探索其分子结构与抗菌效果及毒性的关系。本研究将提供一种设计抗菌药物的新思路,为应对全球性的多重耐药细菌问题做出贡献。并且由于此类小分子合成方法简单,成本低,抗菌效果好,也可以作为抗菌添加剂用于各类卫生护理用品,有效阻断多重耐药细菌的传播,预防多重耐药细菌导致的感染性疾病。

21、乳腺磁共振弹性成像技术的研究

乳腺癌是全球女性最常见的恶性肿瘤之一,近年来乳腺癌发病率逐年上升,尤其在京津沪等大城市,乳腺癌已位居女性恶性肿瘤的第一位,严重危害广大妇女的健康。当前乳腺肿瘤的筛查最依赖的手段是影像学检查,主要有钼靶X线检查、常规超声检查、CT以及MRI检查。磁共振弹性成像(MRE)是在常规MRI基础上发展起来的一种无创、可定量测量组织弹性或硬度的新成像技术,既继承了MRI可任意三维成像、从多个切面观察肿物、无辐射性损伤的优点,又克服了目前常规影像检查不能提供病灶的硬度信息的缺点,有利于乳腺癌的正确分期及治疗方案的制定。MRE能依据组织硬度的不同,将乳腺内的脂肪组织与较致密的实质性组织作出区分,尤其对乳腺肿瘤的特异性检测有其独到的优势。目前,对乳腺MRE的研究已相对成熟,但各医疗设备公司尚未推出MRE技术的配套装置、现成序列和图像处理软件。本项目拟通过对乳腺磁共振弹性成像技术的研究,研发一款能提高乳腺特异性诊断的磁共振弹性成像检测系统。该项目的研究对发展符合我国国情的乳腺磁共振弹性成像方法,推动新型诊断技术广泛应用有重要意义。

22、建立阿尔兹海默症血管病理检测新方法

本课题希望能够建立视网膜血管模型作为阿尔兹海默症(AD)中血管病理检测的新方法,为临床阿尔兹海默症的诊断和治疗提供新方法。临床检查中,视网膜血管能够利用常规的眼科检查就可以观测到,前期科学研究表明,阿尔兹海默症病理的发生与进展都与脑内血管的改变有着密切的联系,本课题希望利用现有的AD老鼠模型以及临床上AD病人的视网膜血管检测结果进行比较,找到在阿尔兹海默症病理发生与发展不同阶段视网膜血管的异常表型,并且与脑内血管的异常表型进行比较,评估视网膜血管与脑内血管异常的同步性,评估视网膜血管作为阿尔兹海默症血管病理改变检测方法的准确性及可行性。这一研究进展为临床阿尔兹海默症血管病理检测提供了新的思路和方法,并且视网膜血管检测在临床上已经十分成熟,临床上可通过这一指标快速对血管病理进行诊断,对阿尔兹海默症的病理进展也能够块而准确地掌握,对临床疾病诊断与治疗提供很大的帮助。另一方面,这个模型的建立能够帮助临床及基础研究中研究血管相关因素在阿尔兹海默症发生与进展中的作用,也可用于开发一些血管相关治疗药物用于阿尔兹海默症的治疗。

三、未来信息

23、“车停哪儿”智慧停车项目

通过精确位置的信息共享机制,能够让停车这件事变得容易。

本项目旨在解决日常停车普遍难以解决的问题,充分利用地图导航技术、语音输入技术、室内实时定位技术、室内实时导航技术、车库出入口自动管理技术等多项信息或导航技术,依托团队自主研发与申请的7项技术(目前正在申请4项,3项正在研发中),进一步改进技术、完善管理系统、升级APP,使之形成一套较为完整的系统硬件和软件支撑体系。

    预期成果:①提高车库室内定位和导航技术的精确度,由当前的10米提高至5米;②研发基于目的地距离计算的计费系统;③糅合已有和正在研发的相关技术,完善管理系统;④APP软件全面升级。

创新性、先进性、实用性:①技术创新,4项申请已受理的专利技术、3项正在研发准备申请专利的技术;②功能创新,停车智能化、自动化、便捷化;③实用性强,地图采集简化、动态实时更新,能实现用户交互。

技术应用及市场前景分析:4亿辆汽车保有量与7800万个停车位的矛盾,意味着停车难,意味着市场的巨大需求:①车主需要实时寻找合适的空车位信息;②管理部门需要信息服务平台管理停车位,降低拥堵程度;③停车场运营方需要平台及时发布车位信息,降低车位空置率。因此,我们项目面向的是一个技术壁垒较高的蓝海市场,我们有技术,市场有需求。

24、校园内互助学习平台的搭建、运营及推广

校园内互助式学习平台是一个立足于中国科学技术大学校园内新型学习模式实践平台。本项目借鉴最新的共享经济理论,利用互联网技术和移动通讯技术,力图打破目前大学校园内知识单向传递的局面,创建基于学生群体的新型知识共享体系,打造一种人人为师的学习模式,提升学习者的学习效率,同时,教学相长,也可以促进教授者自身的成长。与此同时,本项目对活跃校园文化,改善校园学习生态也将发挥重要作用。

由于在新型学习模式方面的的重要探索意义,本项目前期在研究生院和校团委的大力支持,已经开发完成 “我想学”网站初级版(xue.ustc.edu.cn)。希望在此项目资助下,完善网站的设计,完成移动端开发,启动并运行开展网站的推广工作,同时,研究正式运行时需要克服的技术问题和管理问题,为正式运营提供理论保障。

25、全光纤测风激光雷达

精确的风场观测对于提高航空航天的安全性、提高风力发电的效率、检测大气污染物、提高长期天气预报的准确性等方面具有重要的意义。在航空领域,大气湍流、风切变、微下击暴流、飞机尾流是导致飞行事故的重要因素,高时间分辨率和高空间分辨率的风场探测可为飞行安全提供保障。

    目前,多普勒测风激光雷达被公认为是大气风场遥感的最有效方法,也是世界气象组织列出的最具技术挑战性的激光雷达之一。在激光雷达的实际应用中,有两个问题必须解决:首先,在人员密集场所,如机场、气象站,必须保障人眼绝对安全;其次,在机载平台,激光雷达的总体功耗、体积、重量受限,且机载平台工作环境恶劣(强振动、温差大、气压不稳定)。

为了解决以上问题,本项目提出了1.5微米全光纤测风激光雷达解决方案。该激光雷达基于高量子效率、低噪声的上转换单光子探测技术、全光纤Fabry-Perot 干涉仪鉴频技术、高效滤波技术、时分复用技术和二维扫描技术,其具有(1)工作波长为1.5微米,人眼安全系数最高;(2)高探测效率、低噪声;(3)紧凑小巧,防振等优点,尤其适合在人员密集场所(如机场)和机载平台运行。该激光雷达可用于航天、风力发电、国家气象、环保、灾害防御以及国防军事等领域。

26、 量子保密通信与光接入网GPON的融合

量子保密通信的无条件安全性使其成为实现信息安全不可替代的解决方案。发展至今,量子保密通信的各项技术趋于成熟,并将逐步走向实用化。但是,由于实际的光纤链路资源有限,租赁和铺设新的光纤成本很高,我们将研究量子密钥分发(Quantum Key DistributionQKD)与经典无源光通信网络(Passive Optical NetworkPON)的波分复用技术。经典光通信中的光强比量子光脉冲的幅度高约7个数量级,所以要实现两种通信的融合,并且保证经典强光不会对量子信号光产生干扰,就需要细致设计滤波方案以及达到足够高的隔离度。同时,强光脉冲还会在光纤中产生拉曼散射,对量子通信造成干扰。我们将通过减小量子信号光的波长带宽,降低拉曼噪声对QKD的影响。

通过滤波和细致的波分复用方案,预期可以实现QKDGPON的波分复用。同时,通过采用新的方法以降低波分复用过程对QKD信道的损耗,从而提高QKD的性能。该成果将成为国际上首个不用对光纤链路进行改造、实际可行的QKDPON波分复用原型。该原型只需要采用少数波分复用器件,成本低廉,操作简便,为QKD的广泛应用铺平道路,尤其对于如今普遍采用的光纤到户情景,研究成果将使得量子保密通信到达每个用户,市场前景十分广阔。

27、 城市管家

随着城市化进程的加快,发生在城市里的不文明行为也越来越严重:随处可见的违章停车,屡禁不止的占道摆摊,还有被随意倾倒在街角的垃圾。城市面积与人口不断增加,有限的监管人员难以顾及如此庞大的城市,并且响应速度慢;为了更好地治理城市,政府进行了大量的基础设施建设,而“建设容易,维护难”;文明城市建设一直是政府单一主导的,虽有市民热线、政务公开网站等旨在提高市民参与度的信息系统,却难以真正让城市居民便捷地参与其中。本项目通过互联网的技术手段,建立一个以市民为主体,群众广泛参与的信息平台,帮助解决上述的城市管理问题。“城市管家”项目由三部分组成:手机APP、,云平台、管理服务中心。

手机APP供普通用户使用,用户一旦发现乱摆卖、井盖脱落、噪音扰民等城市管理问题,都可以用这个APP随手拍照,将情况反馈到“城市管家”。同时,用户可以就热点事件、重大城市不文明问题进行讨论,形成舆论效应。云平台是“城市管家”的存储、分析核心,市民上传的事件都存储在云平台。通过手机APP,“城市管家”能够收集到大量不同地点、不同时间发生的事件。在大数据的语境下,“城市管家”致力于数据挖掘、可视化技术研究,充分发挥数据的价值。

管理服务中心则提供系统级的管理功能以及数据可视化功能。管理服务中心以web的形式呈现,云平台所产出的大数据分析结果,将通过服务中心进行可视化展示。

28、 可穿戴柔性光电器件的微纳制造

当今,人类社会逐渐进入物联网时代,物联网时代要求光电器件等电子元件可用于非平面上(如人、衣服等)。然而,传统光电器件(如太阳能电池和发光二极管等)必须加工成坚硬的板块状物件,限制了其未来的应用。相比之下,柔性器件重量轻且可折叠、卷曲、粘贴在非平面上(如汽车玻璃、屋顶、衣服等)。目前,,由于有机分子独特的韧性,有机光电器件已经较早地应用于柔性器件的设计与加工中。但是,其光电转换效率等性能远低于无机光电材料。可见,克服无机半导体晶片极脆易碎的缺点,是开发高性能柔性无机光电器件的关键问题。

本项目将从微纳米制造的角度,通过结合“自下而上”和“自上而下”两方面的纳米科技方法,在材料的设计合成与微纳加工、光电转换机制与器件设计集成等层次上,对无机半导体的微纳化和薄膜化、柔性化开展系统而深入的研究工作,最终研发出可用于可穿戴及物联网的柔性无机光电器件。

29、新型功能仿生伪装材料的研制

追求仿生伪装材料与环境植被背景全波段融合是伪装装备的最高目标,但现有伪装材料难以实现植被红外热特征和全太阳光谱(2502500nm)反射特性的模拟。考虑到蒸腾作用对植被红外热特征的重要影响及水分对其太阳光谱反射特性的重要作用,我们拟采用吸湿性高分子研制新型功能仿生伪装材料实现植被红外热特征仿真的同时,实现植被全太阳光谱反射特性的模拟。基于对伪装材料组份配比的优化使其辐射温度与植被辐射温度的温差在2℃以内,其光谱反射率与植被光谱反射率的相似度达0.9以上。目前市场中伪装材料的颜色能与植被颜色匹配,但在近红外区域其反射率与植被反射率并不匹配。另一方面常规红外伪装材料采用红外发射率控制技术,不能保证其辐射温度与环境背景的辐射温度全天时融合。而我们研制的伪装材料能同时模拟植被的热特征和全太阳光谱反射特性,其具创新性和先进性。该伪装材料具柔韧性,这使其可以制备成不同形式的伪装材料满足军事伪装的需求,且其制备工艺简单,后期有望实现批量化生产,所以其具实用性。目前市场中的伪装材料的伪装效果并不理想,而该伪装材料可增强军事装备的伪装隐身性能,所以我们的伪装材料有望成为军事伪装材料领域的新兴力量,其具有良好的市场前景。

30、 高粘度浮油收集技术及设备的研发

石油和危险有机化学品的泄漏不仅给环境带来巨大的破坏,还造成大量能源燃料的浪费。多孔疏水亲油材料所表现出优异的油水分离性能,在处理水面浮油领域广受关注。但这种材料具有吸油容量有限、浮油回收复杂等缺陷。最近,本研究组在这类材料的基础上,发明了一种基于界面自控原理的新型浮油收集设备,实现多孔疏水亲油材料对浮油连续并高效的收集, 解决了上述难题。然而,该设备只适用于粘度低于100 mPa s的浮油,无法对高粘度石油的快速收集。

为此,本项目旨在进一步优化界面浸润性质和设备结构,实现设备对高粘度浮油的快速高效收集。为了解决高粘度浮油在多孔材料中扩散率低下问题, 本项目一方面制备超疏油超亲水薄膜,让低粘度的水透过该薄膜,避免浮油在孔中扩散,最终提高浮油收集速度。另一方面,我们将设计新型多孔疏水疏油材料,接枝含氟润滑剂,降低浮油在孔中的扩散阻力,进而,提高设备对高粘度浮油的收集速度。预期,我们改进后的吸油材料,可快速收集粘度高于5000 mPa s的重质原油,吸油速度提高15倍以上,油水分离效率高于99%。基于本材料的设备成本低,可在复杂海况下使用等优势,可用于水上石油和有机化学品泄漏的清理回收,以及石化企业有关水面浮油的回收,提高企业经济效益。

31、 白天太阳集热与夜间辐射制冷综合利用系统的研究

本项目针对目前传统的平板太阳能集热器在夜间无法工作,而平板型辐射制冷装置在白天无法工作的局限性,基于二者在工作时间段的互补性和结构上的高度相似性,创造性的提出在同一套装置上将太阳能集热与辐射制冷有机结合起来的思想。本项目拟采用理论与实验相结合的研究方法,制备太阳能集热-辐射制冷复合表面和风屏材料,建立太阳能集热-辐射制冷复合系统的综合数学模型,搭建实现太阳能集热-辐射制冷复合系统实验平台并进行实验测试。本项目拟研发的平板型太阳能集热-辐射制冷复合装置将克服昼夜更迭对太阳能集热和辐射制冷的限制,充分利用全天各时间段进行工作以提高装置的利用率,降低初始投资成本,缩短投资回收期,具有非常强的先进性和实用性,以及良好的市场应用和转移转化前景。该复合装置在结构上与市场上的平板型太阳能集热器具有高度的相似性,同时拥有后者所不具备的夜间辐射制冷功能,该装置的应用将是对平板型太阳能集热器市场的有力补充,对降低建筑物采暖与空调能耗、减少温室气体排放、保护生态环境做出贡献,对国家提出的建立“资源节约型”和“环境友好型”的两型社会具有积极的推动作用。

四、先进制造

32、中子辐射剂量测量关键软件研发

     中子辐射剂量探测在中子治癌、核电站安全检测系统、环境检测系统、辐射生物学等众多领域都有着极其重要的意义。中子剂量测量的精度是探测的核心问题,关键技术是中子能谱获取,即从探测器有限的数据信息中反演出中子能谱信息。国内由于缺乏关键算法的知识产权,使得国内中子能谱反演软件长期依赖于国外,从而造成我国的中子剂量测量高端设备因软件知识产权原因无法在市场上与国外产品展开竞争。本项目针对目前中子辐射剂量测量中关键技术难点-反演软件展开研究,总体目标是研发出具有自主知识产权、用户界面友好、经过实验验证的中子能谱解谱软件,为现有的国内中子剂量高端测量系统提供关键算法软件,使得国产设备具有完整的软硬件知识产权参与市场竞争。

33、一种可穿戴式热电发电微系统的设计、制造及性能分析

随着能源危机和环境问题的出现,新型能源和绿色能源越来越受到关注,但是拥有巨大数且不受天气或地理影响的一种潜在能源-“人体体热”常常被人们忽略。近年来,可穿戴智能设备和微电子器件的兴起,以及新型高效率热电材料的发现,使得收集并利用人体体热发电成为研究热点。本项目基于这一研究开发趋势,致力于解决自行车行驶安全以及头盔的热舒适性等问题,提出一种可穿戴式热电发电微系统-人体温差自发电指示头盔。

本项目通过模拟和实验相结合的方法,利用人在运动过程中与外界环境形成的温差作用,由半导体材料将热能产生电能,驱动头盔安全转向指示灯工作。同时,分别针对不同季节、不同运行条件发电性能进行研究,提出一种优化设计方案,完成可穿戴式热电发电器件的设计、制造及性能测试,为自行车行驶安全提供一种可靠的保障。

本项目将人体热电发电技术与自行车的绿色安全骑行结合起来,创新地将热电技术运用于自行车的主动式安全警示系统,提出了人体热电发电微系统与头盔相结合的新型设计理念。同时,利用局部热量发电解决了现有头盔在长时间运动情况下的热舒适性问题。此类产品在目前的市场上没有相关产品,可有效提高骑行人员的人身安全,具有很大的市场应用前景。

34、智能安保巡逻机器人系统

随着科技的进步及电子、信息、计算机和控制技术的发展,数字化智能小区越来越多地出现在我们的身边,而小区的安全巡逻在物业管理方面占有非常重要的地位。传统的小区巡逻方式是采用保安定点定时巡逻,不仅增加了安保人员的工作量,而且随之增加了小区的物业管理费用,频发的盗窃现象更是让广大居民不满。针对这种现象,我们提出采用智能安保机器人进行定点定时巡逻或不间断流动巡逻,这不仅减少了安保人员的工作量,降低管理成本,而且在酷夏或者严冬等条件相对恶劣的情况下大大降低安保人员的劳动强度。

目前国内外已经研制出不少巡逻机器人,但都由于其成本高昂和适应性较低而难以实际应用于社区和园区等复杂环境。我们提出通过结合多个成本较低的传感器,利用多传感信息融合的技术达到良好的定位导航效果,有效地降低巡逻机器人的成本,同时又能够实现较高的多传感环境适应性,实现安全可靠的巡逻。智能安保巡逻机器人是对传统安保行业的一次巨大的变革,同时由于其具有极强的可塑性,又可应用于如餐厅服务、助残等各种场所,预计将会创造数十亿美元的市场。

35、菲涅尔式高倍聚光发电供热联产系统的研究

我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中要求可再生能源要低成本规模化开发利用,聚光光伏技术则是光伏利用领域中具有前瞻性和挑战性的应用方式之一。但是,目前在聚光光伏的发展中并没有将自身的优势转化为市场份额,主要原因之一就是缺乏高倍聚光系统换热冷却装置的核心技术。从投资角度看,目前聚光光伏缺乏统一的判定标准来评估投资的安全性和可靠性,其根本原因就是缺乏对聚光光伏系统的科学预测和评估。

本项目立足于所在团队已有研究成果,旨在进一步探究系统的基本原理,并建立完善的系统评价和性能预测体系。同时优化系统的组件设计,提出和试制高性能的聚光发电供热联产系统组件。针对提出的组件搭建实验平台并进行相应的测试和优化,编制相应的操作指南。

该项目所提出的菲涅尔式高倍聚光发电供热综合利用系统为项目申请人所在团队首次提出,在国内尚属首例。该系统整合了已有的高倍聚光光伏技术(CPV)和PV/T技术,同时独立提出适合该系统的高效换热器,在工程上解决了传统CPV系统功能单一、成本偏高的问题。同时本项目旨在针对所提出的系统建立完整的热电性能评价分析和预测模型,该模型本身对于聚光光伏电站的投资和优化发展都有着良好的借鉴价值。

36、钢基多金属无缝管高效低损爆炸复合技术研究

金属管材是目前国民经济建设中具有广泛应用的材料,但单一材料管材难以满足多种需求,如普通碳钢管防腐性差,纯铜导热管成本过高,可饮用自来水管由于成本问题难以使用纯铜或不锈钢材料。复合管兼具多种材料特性,能够解决这些问题,具有广阔的市场前景。复合管的传统爆炸复合方法是直接利用炸药在管内起爆、同时在管外添加强约束,这种方法仅能生产小尺寸、小长度的复合管材,且存在烧蚀问题,影响管体质量。申请人首次提出多层金属管一次性爆炸复合方法,并成功实现铝-钢双层管、铝--铝多层管的爆炸复合,证实了该思路的可行性。    

本项目针对市场需求,重点研究了以钢管为基管的铝、铜、钛等多金属管的复合技术。项目采用实验研究、理论分析和数值计算相结合的研究手段,对多金属复合管技术所用的爆炸索、传压介质、复合参数、复合机理等开展详细研究工作,以期通过该项目建立爆炸复合管技术较完备的理论体系,建立钢基复合管完备的技术体系,为技术产业化奠定基础,也为传统爆炸复合技术和理论提供新的内容。

37、基于空间光调制器的高精度低成本微纳米三维打印系统

基于飞秒脉冲激光诱发多光子吸收的微纳米三维打印系统具有许多不可比拟的独特优势,如具有真三维、高分辨、热影响小和加工材料广泛等优点,可以用来打印任意结构的三维微纳米器件,在生物、光学、超材料等学科领域具有很好的应用前景。由于加工灵活性较高,飞秒激光加工还没有像EBLFIB等加工方法形成广泛的商用加工系统,严重的制约了其产业化发展。目前通常的飞秒激光加工平台采用的核心移动控制部件分为两种:高精密位移平台或高精度转镜,为了保证加工过程中的亚微米级精度,这两种部件的价格都在十万元量级甚至更高。

针对传统微纳米加工平台的高成本问题,我们提出一种以低价空间光调制器为核心的低成本飞秒激光三维打印平台,并且针对空间光调制器在焦点位置控制上的固有缺陷进行改进,可以实现扫描加工三维结构和无掩膜光刻加工二维结构。如果投放市场,我们预期它的低成本优势会对市场上现有的国际公司研发的产品形成冲击,以打破技术壁垒,使得更多的研究组可以用上廉价优秀的微纳米三维打印平台。

38、一种用于固体推进式灭火装置内的新型推进剂的制备与性能研究

寻找新型哈龙替代灭火剂是现代灭火技术的重要课题,固体推进式灭火技术(SPGG)作为一种新型哈龙替代灭火技术,凭借体积小,常压保存,快速释放灭火剂,在飞机灭火领域显现出很好的应用前景。但作为SPGG驱动源的推进剂存在燃温高、燃速不稳定等缺点,抑制灭火效果,成为了严重制约SPGG发展的两大障碍。

本研究将采用新研制的高氮化合物,通过正交实验法研究推进剂配比组分、粒径等因素对推进剂燃温、燃速、燃速压力指数、活化能等热化学参数的影响。本研究预期得到一套优化的新型推进剂,将大幅降低燃温,且不会导致燃速降低、燃烧不稳定等负面效应。与传统配方相比更适合SPGG灭火装置的应用,提高灭火效果。

本研究所得新型推进剂配方将增强SPGG灭火装置的灭火效果,扩大该技术的应用前景,填补SPGG在国内市场灭火技术领域的应用空白,缩短与发达国家之间的差距。本研究将形成一套成熟的工艺制备体系,若加以推广,可在推进式灭火、汽车安全气囊、装甲车辆灭火等领域取得广泛的应用。

39、基于飞秒激光微纳米技术的金属表面蝴蝶结构色研究

      蝴蝶翅膀表面多层的周期性结构使其对入射光有衍射、干涉等多种调制作用,使得蝴蝶翅膀产生新奇的结构色。但目前人工制备这些复杂结构并实现所需的光学特性仍是非常大的挑战。飞秒激光加工技术可以实现金属表面无涂敷的结构色,在金属表面加工出亚毫米、微米及纳米级结构来实现可控的光学性质。纵观国内外在金属表面产生结构色的研究现状,可以看出尚有一些重要的科学技术问题有待深入研究,例如各种金属表面结构色(如从红到紫)产生困难以及与飞秒激光的加工参数之间的定量关系还不明确等。本项目拟进一步研究飞秒激光对金属表面的作用机理,针对多种金属材料产生结构色的加工工艺做出系统探索。   

    项目研究基本思路是利用飞秒激光加工技术在铝、不锈钢、镍等金属表面扫描加工明显结构色的微纳结构,分析加工参数如激光脉冲能量、扫描速率、扫描间隔、激光波长以及加工环境如空气、真空、溶液与金属表面微纳米结构形成的对应关系,建立金属表面微纳米结构与表面彩色之间的关联。项目预期对结构色实现覆盖整个可见光波长范围的单一色、彩虹色的可控加工。本项目的飞秒激光加工方法具有快捷、大面积加工和一步成形等优点,在防伪、密码识别、信息存储和工艺品艺术设计等领域具有广泛的应用前景。

40、基于圆结构光的内表面三维面形检测器

深孔类零件在工业领域有着广泛应用,其内表面的加工精度和缺陷情况对管道的工作状况有直接影响,因此内表面形貌检测技术对此类零件的产品检测和故障监测有重要作用。深孔内表面的小直径、封闭性使得检测器必须非常紧凑;同时其较大的长度又对检测方式的数据采集效率提出了非常高的要求。基于圆结构光的内表面检测器很好地符合了这些要求,因而非常适用于精密微细管道的内表面检测。这种检测器将圆结构光投射装置(椎透镜和激光器)与CCD相机串联布置,通过结构光和相机成像光线的交会计算获取内表面点的三维坐标。目前国内外学者设计研究的圆结构光内表面检测器尚存在诸多不足,如标定方法复杂,所用数学模型引入系统误差以及依赖大量程的精密位移平台等,这些缺点的克服需要对测量领域的诸多科学问题进行研究。因此,本项目从实际应用层面和理论层面而言都有较大的研究意义。

五、新材料

41、高效一维铜基贵金属合金电催化剂的设计及规模化制备

发展传统化石能源替代技术的需求日益紧迫,燃料电池因许多优异的特性而成为了其中最可行的替代选项。但是,贵金属—燃料电池中最好的催化剂因为昂贵的成本和低效的性能而成为了制约燃料电池商业化的最大障碍。虽然国际同类顶尖工作中已经报道了许多高效的贵金属催化剂,但是其中罕有可规模化制备的催化剂。因此,本项目旨在以规模化制备高效一维贵金属合金电催化剂为目标,采用直径均一的高质量铜纳米线为模板,发展一种通用的部分牺牲模板技术,通过调节前驱物种类与比例制备具有不同组分和界面结构的合金催化剂,以达到在不影响催化性能的情况下提高贵金属利用率从而降低成本的目的。前期进行的实验证明这种思路是可行的。同时,我们期望能以我们发展的克级合成铜纳米线的方法为基础进一步探索反应条件,在优化催化剂的同时提升制备规模,为后续的催化剂商业应用创造条件。目前燃料电池的市场需求日趋明朗,市场空间日益增大,包括我国在内的许多国家都出台了支持政策来推动燃料电池行业的发展,近期也有多款燃料电池车开始售卖。可以预期随着基础研究的推动,燃料电池技术有望逐步取代传统化石能源,成为下一代的通用清洁能源。

42、一种多功能有序气凝胶材料的设计制备、转化与应用研究

当前,将多种单一性能的材料加以集成制备多功能复合材料并研究其潜在应用在材料科学、化学、物理等领域占有着越来越重要的地位,其中多功能复合气凝胶材料制备与应用一直是研究热点。本项目研究目的在于,将无机矿物硅酸钙纳米线与天然海藻提取的海藻酸钠高聚物共混并通过取向冷冻干燥技术或超临界干燥技术,获得宏观三维、柔性、结构有序、高比表面积、多活性位点的二元气凝胶组装体,并对其潜在应用进行探索研究。由于该材料表面特殊的微纳结构以及丰富的羟基、羧基活性基团,可以实现对金属离子的吸附、络合等,在一定程度上解决或缓解重金属离子或腐殖酸等水污染问题;而且,进一步利用上述吸附金属离子的气凝胶再结合其他技术(水热、烧结等)又可以探索将其二次利用转化为具有其他功能性(磁性等)的多功能气凝胶材料,并进一步研究其潜在应用可行性。这种气凝胶材料的前后连续使用,体现了材料多级化高效利用的特点,这也是材料发展的趋势。

该材料不仅有望在水污染处理方面具有重要应用,而且其后期再次利用转化成的新型多功能气凝胶在智能驱动、能源转化、生物医药等方面同样有着广泛的应用前景。由于两种原材料无毒无害、价格低廉,加上制备工艺纯熟,目标材料性能优越,有望进行推广应用,服务于社会。

43、一种新型高强、高粘、高导固态电解质的研发

电致变色窗是指能够在电场的作用下调节进入室内光线、热辐射等一种新型节能智能窗,通常为三明治结构,包括工作电极,对电极,电解质。其中,电解质起离子传输,参与电极氧化还原反应的作用,决定了器件响应速度,光学性质,循环寿命等电致变色性能。目前大多数电解质研究还主要基于小尺寸器件液体电解质体系,该体系下的大尺寸器件,存在易泄露,封装工艺困难等问题,不适合规模化生产。针对以上问题,我们拟定采用聚甲基丙烯酸甲酯/聚乙二醇/丙烯酸羟乙酯与高氯酸锂/碳酸丙二醇酯体系,合成开发一种新型有机固体电解质,通过紫外光固化最终得到一种具有高导,高强,高粘固态电解质;并将其应用在电致变色器件中取代液体电解液,同时优化器件组装工艺,组装成全固态节能变色窗,并对其性能进行表征与评价。新型固态电解质能够提高变色窗的安全性,简化生产工艺,可促进大范围应用于建筑用玻璃(如玻璃墙)。大规模的建筑需求使其具有较高的经济效益;本身可实现节能减排,降低能耗,又使其具有一定的环保意义。

44Bi 基低温固体氧化物电池低成本制备技术

限制传统 SOFC 商业化的一个主要因素是其较高的工作温度。考虑低温下( ≤600°C)极化损失的增加,发展新型低温高性能关键材料,如高电导率电解质和高活性电极材料势在必行。等价离子掺杂 Bi2O3 体系是目前发现的在低温下氧离子电导最高的电解质材料,但在还原性气氛下,Bi 基电解质极易分解成金属 Bi,从而不能在 SOFC条件下工作。    本课题考虑该材料特点,低成本制备 Bi 基电解质薄膜及抗还原气体阻隔层,从而保证 Bi 基材料工作,并获得低温段高电池性能。针对 600°C 以下工作的阴极材料品种较少且性能不佳的状况,基于实验室多年的研究积累,在某些钙钛矿及衍生结构材料中通过掺杂、元素替代等手段探索开发新的热匹配性好、催化活性高及低温电导大的阴极材料,以满足高性能低温 SOFC 的要求。 成熟的低温SOFC 技术可更快促进产业化,特别是燃料电池汽车领域将会迎来技术性革新,极大地降低 SOFC 电堆发电体系的启动及运行成本,具有更加广阔的市场应用前景。

45、水系钠离子电池电极材料及其电化学性能

水系钠离子电池安全性高,钠储量丰富,原材料价格便宜,非常适用于大型基站和电网储能。然而,现有的钠离子正极材料如Na0.44MnO2,容量低仅有40 mAh g-1,负极材料磷酸钛钠导电性差,导致其容量衰减严重;此外由于水的电压窗口低使得电池的输出电压低。针对此问题,我们在前期工作中提出NaMnO2 作为正极材料具有60 mAh g-1 的容量,和碳包覆磷酸钛钠负极材料组成全电池在5 C 的放电倍率下,循环500次容量保留75%。该工作发表在一区杂志《材料化学杂志A》上(Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3(4) 1400)。此外,通过溶胶凝胶法制备石墨烯包覆磷酸钛钠负极材料具有长循环稳定性,发表在一区电化学权威杂志上(Journal of The Electrochemical Society, 2014, 161, A1181-A1187.)。另外通过向水电解液中加入乙二醇等有机溶剂提高了全电池的输出电压,该工作申请了国家发明专利(专利申请号:201410625085.2)。在此基础上,我们拟通过调节锰基氧化物中钠离子的含量和结晶水的含量以提高正极材料容量;通过掺杂或原位包覆碳的方法制备高导电性、长循环寿命的磷酸钛钠负极材料。同时通过向电解液中添加乙二醇、乙醇、酯等有机溶剂形成混合电解液体系,进一步提高全电池输出电压以提高能量密度。本项目的开展可以提高水系钠离子电池的能量密度,并有望在太阳能路灯领域率先实现应用。

46、从污水中回收氮磷制备磷酸铵镁纳米肥料

磷酸铵镁,也称鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O),是一种理想的氮磷缓释肥料。鸟粪石结晶回收工艺是通过鸟粪石沉淀实现同时去除污水中的氮和磷,并将产物鸟粪石回收用作肥料。该工艺既能减少污水中氮磷排放带来的富营养化,又能实现氮磷的回收利用,缓解磷矿石危机。目前国内外研究大多是为了降低工艺成本和提高产量,很少关注回收产物的品质,得到的鸟粪石尺寸粗大,只能用作普通肥料,肥效差,经济效益有限。因此,已有的鸟粪石结晶工艺运行成本高,收益小,成为工艺推广的主要障碍。与传统肥料相比,纳米肥料因其纳米结构效应而更易被作物根系吸收,肥效显著提高。因此,探索合成纳米级鸟粪石将有助于提升回收鸟粪石的经济附加值。目前,国内外尚无合成鸟粪石纳米肥料的报道。本项目探索一种鸟粪石纳米线的制备工艺,通过调节pH和盐度等结晶过程参数,实现将污水中的氮磷回收为高纯度鸟粪石纳米线,从而用作纳米肥料。我国作为农业大国,化肥施用量大,但普通化肥养分淋溶损失大,导致肥料利用率低,推广纳米肥料将有助于解决这一问题。但目前的纳米肥料生产工艺复杂,成本高,未能体现出其市场优势。本项目采用的鸟粪石纳米肥料生产工艺简单,成本低,具有显著优势,有望打开国内化肥市场。

47、高性能气凝胶复合隔热材料制备新技术研究

气凝胶是具有极高的比表面积、极低的密度和热导率的一种轻质纳米多孔材料,其三维纳米多孔结构可有效地阻挡热量传递,在隔热保温领域有着极大的应用潜力。常见气凝胶是以有机硅源作为前驱体,利用超临界干燥技术制备,而有机硅源成本普遍远高于无机硅源;超临界干燥技术虽工艺较简便,但能耗高、危险大,且不利于形成连续的生产线;气凝胶复合隔热材料一般是利用针刺技术将事先制备好的气凝胶粉体渗入玻璃纤维等基体中,针刺成型气凝胶隔热毡,该工艺制备的气凝胶毡垫存在“掉粉”严重和热导率偏高的问题。因此,开发低成本、高性能气凝胶复合隔热材料制备工艺将成为气凝胶作为高效隔热材料应用的首要问题。

本研究采用廉价的无机硅源作为前驱体,在常压下制备二氧化硅气凝胶,并进一步地将纤维作为增强相,通过溶胶-凝胶法引入气凝胶从而开发高性能气凝胶隔热复合材料,克服当前市场上气凝胶隔热毡存在的问题。由于采用廉价硅源,制备成本上将远低于当前市售气凝胶,构成成本优势;改进的气凝胶复合材料制备工艺不仅克服“掉粉”严重,而且隔热性能高于当前的同类产品,构成性能优势;本研究所开发的材料还具有超疏水、不燃烧等优良特性,将成为未来保温隔热领域的优势产品。

48、过渡金属基纳米材料的可控合成及其在油品脱硫中的应用

汽油中的硫燃烧转化为SOx, 排放到大气中会引起酸雨, 造成严重的环境污染. 随着环保法规的日益严格, 世界范围内对车用燃料的质量要求更加苛刻, 要减少大气污染, 降低汽油中的硫含量是非常关键的. 同时, 噻吩类物质中硫的含量占总硫含量的60%以上, 因此, 噻吩脱硫是油品脱硫一个重要的研究分支. 本项目旨在构筑铁、钴和镍基纳米催化剂并将其应用于氧化噻吩脱硫, 同时可以方便的将其从石油及其制品中分离出去, 从而达到深度脱硫的目的. 本项目独特之处是基于非共价相互作用, 以水为溶剂,利用超分子构筑及解构可控合成过渡金属基纳米材料, 其后通过热处理移除超分子主体. 我们预期研制出铁、钴和镍基高效催化剂, 反应时间在1 h之内, 用量少于0.3 g/L, 催化效率达到90%以上. 本项目材料制备过程绿色环保, 同时催化剂成本低, 工业应用前景广阔. 我们相信该项研究将为合成新一代形貌可控的过渡金属基纳米催化剂提供新的思路, 并可为能源、催化、环保和绿色化学等领域提供重要的启示。

49、过渡金属磷砷化合物的可控合成及电化学性能研究

当前社会所面临的能源环境问题愈发重要,过渡金属磷砷化合物半导体纳米材料,由于其优异的光学、电学及催化性质等,而受到研究者的广泛关注。本研究的工作将致力于发展一种简便易行而且可控的材料制备方法来合成过渡金属磷砷化合物,并深度探究该种类材料在锂离子电池负极材料、光电器件及光、电催化等方面的潜在应用价值。本项目拟利用三苯基膦(PPh3),三辛基膦(TOP)三苯基胂(AsPh3)等化合物提供磷源和砷源,探索出一种可控的合成过渡金属磷砷化合物纳米结构的新化学方法和体系。根据热力学计算(反应热焓和自由能变化等)可知,所设计的实验方案切实可行,并可以通过控制反应条件制备出多种类型的金属磷砷化合物,如IIIV族半导体,镍钴等3d过渡金属磷、砷化合物,碳包覆的纳米材料。同时还可以通过调控前驱源的种类,让二元金属磷砷化合物向着三元、多元方向发展,通过结合不同元素的作用,发挥协同作用,可以大大的提升该类化合物的应用前景,这在以前的工作中很少被研究。而相比于传统的高温固相反应,本研究方案可以在比较温和的条件下便利的合成高结晶高质量的金属磷砷化合物纳米材料,有效地拓展了金属磷砷化合物纳米材料的制备途径。

50、基于过渡金属硫属化合物超薄二维结构的

便携式柔性光探测器件设计

随着国民经济和国家科技的快速发展,尤其是便携式电子产品的普及,传统光探测产业的发展无法满足社会需求,迫切的需要发展新型高效光探测材料及其光探测性能优化,便携式柔性光探测器件的研发尤为重要。二维超薄结构是构筑新一代便携式柔性纳米器件的关键材料。本项目拟以具有独特光电性能的过渡金属硫属化合物二维超薄结构为研究对象,设计基于材料结构特点的普适性合成方法,柔性光探测器的组装及其光探测性能的优化。基于现代物理表征手段,探索超薄晶体精细结构对其光探测性能的影响机制;通过电化学和光谱学技术,研究材料在光电激励下的电荷转移过程,进而对二维超薄结构的光探测性能的优化。通过对所获得二维超薄结构进行可控宏观二维组装和转移,实现具有较快响应速度、较高灵敏度和高开关比基于二维超薄结构薄膜的光探测性能器件的构筑。预期成果将为二维超薄结构新领域的发展提供理论和方法指导,为制备高质量便携式柔性光探测元器件提供关键材料。此外,过渡金属硫属二维超薄结构光探测性能研究将为光探测产业的发展提供一个全新的方向,材料本身的来源广泛、价格低廉和环境友好等特性,可成为替代传统光探测材料,制备高效、便携、柔性光探测器件的理想选择。

51、环己烷氧化反应高效金属纳米催化剂研究

环己烷氧化反应制备环己酮和环己醇(简称KA油)是工业上的一类重要反应。产物KA油是通过氧化生成己二酸和己内酰胺进而制备尼龙-6和尼龙-66的主要中间体,也是重要的有机化工原料和工业溶剂,在涂料、洗涤剂、农药、医药领域均有广泛应用。基于已有的工作基础(Nano Lett. 2015, 15, 2875-2880)及相关专利(No. 2014107984035),申请人拟采用一步合成和液相种子介导生长的制备路径,结合球差矫正的高分辨透射电镜等分析手段,制备出针对环己烷氧化反应具有高活性和选择性的金属纳米催化剂。该项目研究方法新颖,在催化剂的制备中,采用液相晶种介导生长方法制备金属纳米异质结构,不仅可以提高纳米晶在制备过程中的可控性和均匀度,还有望构筑出多种结构新颖且性能优化的金属纳米晶异质结构体系。

预期随着本项目的完成,申请人将发展出能够有效调控金属纳米晶表面组分和表界面特征的合成方法,筛选出具有高活性和高选择性的环己烷氧化催化剂,并发表高质量SCI论文1-2篇,申请专利1-2项。积极寻求与国内环己烷氧化制备环己醇/环己酮的化工企业合作,争取达成相关研究专利转让,以期实现工业化应用。

52 、基于三元Cu-Mo-S光催化剂用于降解工业有机污染物及器件研究

随着我国工业化信息化逐渐深入,环境污染问题日益突出,成为当前热点话题。本项目旨在探究工业有机污染物的降解方法和相关器件的研究,拟通过绿色、环保的水热合成方法制备出可用于高效降解工业有机污染物的新型Cu-Mo-S三元化合物,并结合已经商业化生产的TiO2,作为高效催化剂,利用在废水处理系统设备中。

本项目首创性使用球状氧化亚铜为模板,与硫代钼酸铵反应得到不同形貌的新型Cu-Mo-S三元化合物,此外,由于所需原料具有较低的合成成本,具有大批量生产及应用条件。目前较多的光降解催化剂都需要通过相对复杂、高能耗的方法合成得到,根据本项目已有研究基础,我们将探索更为简便的合成方法以降低在合成过程中的能源损耗,达到真正的绿色、环保、节能。

目前用于工业有机污染物降解的手段主要有吸附方法、化学催化方法、生物处理法。化学催化方法由于诸多技术难题尚未攻克,因此并未得到有效的推广。本项目得到的具有低成本、高效率、优异的重复性能特性的产物,将具有十分巨大的市场潜力。

53、用于燃料电池阴极反应催化剂的设计与研究

     质子交换膜燃料电池因具有高能量转换率、零污染等优势被认为是最有前景的洁净能源技术之一,但其发展却受到了一些现有技术缺陷的阻碍,主要技术瓶颈在于缺乏催化电池阴极端氧气还原反应的高效铂基催化剂。为了改善这一现状,我们在本项目中提出借助次贵金属纳米晶为支撑材料,发展一套在其表面依次沉积金原子和超薄甚至单层铂镍合金壳层的技术,用以构造M-Au-PtNi核壳结构多金属纳米催化剂,进而提高催化剂中铂原子的利用率及其单位质量活性;通过精确调控催化剂的表面晶面、化学组分等特征,筛选出高效且廉价的新型纳米催化剂,使其单位质量活性达到0.66 A/mg,即为美国能源部2015年既定目标的1.5倍。本项目的成功实施,不仅能在理论和实验上取得原创性成果,而且能得到拥有自主知识产权的新型纳米催化剂,并有望应用于商业用途。


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