1 成果简介随着我国经济的高速发展和人民生活水平的提高，环境污染、疾病监测、食品安全等民生热点日益受到人们的关注。如何对上述问题进行简单、快速的监控，将一些危害降至最低，保障人民生活和生产，这就需要一种可实时实地检测、操作简便的多应用传感器件。 表面等离子体波（ SPP）传感器是一种基于光学检测的传感器件，被广泛用于药物筛选、食物检测、环境监测和细胞膜模拟等方面。相对于目前常见的化学、电子、力学等传感器，SPP 传感器拥有实时检测、无需标记、对被检测物无损害、探测方法简单等众多优点。为了降低成本、 稳定性能、减小体积，集成型 SPP 传感器件的成为了现今研究热点。然而现有的集成型 SPP 传感器件普遍存在灵敏度低，探测范围小等问题，限制了其应用的推广。 课题组从 2006 年开始合作从事集成型 SPP 传感器件研究，在清国家 973 项目、自然科学基金重点项目、教育部清华大学自主研究项目等项目资助下， 创新性提出一种基于 SPP-介质波导异质垂直耦合器的可集成生化传感芯片，并对传感芯片的传感特性和应用进行了深入研究和探索。芯片的特点和性能如下：可集成，芯片体积小，可与便携设备集成；可批量生产，价格低廉；灵敏度较传统的集成型 SPP 传感器件高出一个数量级；可实现对传感区域的精确或者大范围调节；可实现对纳米量级大小的物质的探测；传感性能稳定，应用领域广泛。上述优点表明该芯片可以工厂大批量生产经营，也可以用于实验室的科研研究，在化学，生物，医学等多 个领域均有应用价值。查新表明，国内外目前尚未发现有相似原理的器件。 图 1 (a) 集成型 SPP 传感芯片与一元硬币尺寸对比图 (b) 传感芯片的显微镜照片2 应用说明可集成型 SPP 生化传感芯片在实验室经多次验证，可以实现对折射率液体以及纳米级薄层物质的高灵敏探测，并初步应用于对双酚 a（简称 BPA，一种塑料生长常用原料，每年生产将近 2700 万吨含 BPA 的塑料类物质， BPA 具有胚胎致畸性和致毒性）的检测。实验结果表明，该芯片对于 BPA 的探测极限浓度可以达到 0.1ng/ml （欧盟公布食品准则中水含有BPA 的最高浓度为 1ng/ml）。3 效益分析由于目前国内尚无同类产品， 而且此产品在疾病检验，环境监测，药品鉴别等多个领域具有应用价值， 因此本仪器具有较大的市场推广空间。本传感芯片价格低廉，使用简便，对样品无二次污染，性能稳定，甚至对纳米量级的生化小分子探测均具有高灵敏度，相对于其他类型的传感器件， 具有明显的经济和技术优势。

本发明公开了一种复合波片光轴对准方法及装置。将待对准复合波片的两片晶片装在支架上之后分别安装在固定、旋转波片卡盘上；从光源发出的光经过起偏器后形成线偏振光；通过待对准的复合波片后，线偏振光偏振态发生变化；根据探测器探测到的透射光强信号可进一步获得待对准复合波片相位延迟波动量的变化幅值；比较相位延迟波动量的变化幅值的相对大小；通过电控旋转台控制旋转波片卡盘转动，直至将复合波片的光轴对准到所要求的精度范围内。装置包括光源，起偏器，固定波片卡盘，旋转波片卡盘，旋转检偏器，探测器，电控旋转台，计算机，步进电机和电控旋转台控制器。该方法可以实现对复合波片光轴进行高精度对准，装置简易，操作简单。

成果与项目的背景及主要用途： 吸波材料即雷达吸波材料（RAM），是指能够吸收衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能而消耗掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料。目前，随着电磁波污染的日益严重，吸波材料在民用领域具有极大的发展潜力。许多研究已证明，持续、高强度的电磁波照射会诱发细胞变异、诱发肿瘤、癌症等疾病，电磁波污染已成为世界各国本世纪重点治理的环境污染之一。不让电子设备发射电磁波是不可能的，所以消除电磁波污染最有效的办法就是使用吸波材料。这项属于电磁干扰（EMI）范畴的研究已在世界各国得到广泛重视和应用。 技术原理与工艺流程简介： 本项目研究制备含有不同含量及分布的碳纤维(毡)树脂基复合吸波材料，主要研究碳纤维(毡)排布方式、含量对于材料吸波性能的影响，通过调整参数，实现材料对电磁波的宽频吸收、高效吸收、选择吸收的目的；其次，通过对纤维(毡)表面改性、添加电磁损耗剂、改变基体种类等制备具有刚性和柔性基体吸波材料，同时对吸波机理进行研究，以求开发一种低成本、宽频、高效、轻质的吸波材料。试样的制备采用复合材料成型工艺压缩模塑。将环氧树脂与低分子量聚酰胺按质量比 2：1 搅拌均匀（E-44 型环氧树脂：低分子量聚酰胺树脂=100：50～100：100 质量比），在真空干燥箱中脱泡，然后浇注到事先预热的半溢式模具中，模具中预置碳纤维或碳毡。在透波层表面加一层 S-玻璃布，目的是达到与自由空间的阻抗匹配，在模具底部也加一层玻璃布，目的是抵消由透波层玻璃布引起的应力，使试样不致弯曲而造成测量误差。然后将浇注好的模具在 60℃，10MPa的压力下固化 2 个小时，得到所需的 180mm×180mm，厚度为 4mm 的正方标准试样。 技术水平及专利与获奖情况： 本研究通过两年多的大量实验，获得具有良好吸波性能和商用价值的环境功能材料。可用于消除环境空间中的有害电磁波。本课题组制备了材料样品，完成了 4 个专题的研究报告，发表论文 12 篇，申请专利两项。本研究已达到国际先进水平。 应用前景分析及效益预测： 随着电信业的飞速发展，吸波材料的应用已深入到通讯抗干扰、环保及人体防护等诸多领域。 成本估算： 环氧树脂/碳纤维复合吸波材料E-44 环氧树脂：15.4 元/公斤，低分子量聚酰胺树脂：24 元/公斤。碳纤维：300 元/公斤 每块试样用碳纤维：0.36 克 其他费用：电费，模具费，人工费 每块试样成本：约 4 元（180×180mm） 折合成本：约 120 元/平方米 应用领域：电磁波污染的防护，构筑微波暗室。 2、 连续碳纳米管纤维 成果与项目的背景及主要用途： 碳纳米管被誉为超级纤维，是 21 世纪的基础材料，具有优异的物理化学性质，其密度只有钢的六分之一，强度超过钢 100 倍，具有高导电导热性，导热性是铜的 5-8 倍，在高性能复合材料，能源电极，电场发射等多方面有重要的应用前景，世界各国和大公司都争先投入抢占碳纳米管市场，近年来产业发展迅猛。连续碳纳米管纤维是无数碳纳米管构成的长纱线，轻于碳纤维，有高柔性，具有碳纳米管所有结构和功能特性，可编织和成型，较碳纳米管更接近应用，在制备高性能复合材料方面，极具潜力，可用于宇航、汽车用高性能复合材料、风力发电叶片、导电导热材料、电力传输电缆、高强编织物，智能纺织和柔性光电器件等。 基于天津大学的气相法制备连续碳纳米管纤维技术，研发碳纳米管纤维量产化技术，制备万米连续碳纳米管纤维材料, 研发碳纳米纤维复合材料和相关新材料，在国内率先推出碳纳米纤维新产品，主导国内市场，开拓国际市场。 技术原理与工艺流程简介： 本方法是一步制备连续碳管纤维的方法，具有工业化应用前景。2010 年天津大学技术团队取得关键制备技术的突破，纺出千米连续的碳纳米管纤维，为产业化提供了基础。气相纺丝法是以含碳原理和催化剂输入到高温炉中，在气流中生长碳纳米管并组装成丝，用机械的方法纺出碳纳米管纤维的新方法。主要成果包括发明了乙醇/丙酮混合碳源，发明了水密封反应器和致密碳管纤维的纺丝方法。目前已经取得连续纺丝数小时数千米连续碳管纤维，在方法、技术和材料性能方面处于国际领先水平。 应用前景分析及效益预测： 碳纳米管的价格范围较大 2-20000 元/克，价格取决于碳管种类和纯度，有些容易合成，有些受制备限制，尚未量产化。目前市场上多壁管 2000 元/公斤，天津大学科技成果选编高纯碳管价格十倍以上。高纯单壁碳管尚未量产，目前仍以克量计，纯度 80%的单壁管价格为 60 美元/克，高纯（>90%）单壁管在 1000-2000 美元/克以上。连续碳管纤维为双壁管，纯度 90%，短期可参考单壁管价格 60-2000 美元/克。 应用领域： 高性能复合材料、导电导热材料、储能材料、功能电子和织物，产业领域航空航天、能源、环境、化工和纺织等。 合作方式及条件： 技术合作与专利转让 与国际知名企业和研究单位建立合作,引领碳纳米管纤维新产业的发展

本项目结合计算机视觉、自然语言处理、内镜影像学、早期肿瘤诊疗学技术，创建消化道肿瘤内镜下智能早诊早筛体系，大幅提高内镜检查质量和消化道肿瘤早诊早筛水平。 一、项目分类 显著效益成果转化 二、成果简介 消化道肿瘤是严重威胁全球人群健康的重大疾病。早诊早治是改善患者生存率的重要策略，然而，项目组多年流行病学研究揭示，我国消化道早期肿瘤检出率低、漏诊误诊率高，检查质量参差不齐，严重危害患者生命。 基于此，本项目结合计算机视觉、自然语言处理、内镜影像学、早期肿瘤诊疗学技术，创建消化道肿瘤内镜下智能早诊早筛体系，大幅提高内镜检查质量和消化道肿瘤早诊早筛水平。具体为：1）首创消化内镜全局智能监测与无盲区扫查技术，开辟内镜质控新路径。使胃镜检查盲区率降低45%、肠镜检查合格率提高1.78倍、腺瘤检出率提高1.12倍，确立我国在该领域的领先地位；2）发明“逻辑拟人化”消化道高危病灶动态探查方法，使胃瘤变漏诊率降低78%，推动智能内镜临床应用；3）创建实时监测与智能反馈内镜检查质量方法，使医生胃癌前状态检出率提高1.33倍，肠腺瘤检出率提高0.88倍，显著提高消化内镜检查质量；4）研制消化内镜人工智能辅助诊断主机，实现实时动态多模态预测，系统延迟小于 48ms，全面满足临床需求。 在消化内镜人工智能领域发表论文影响因子排名世界第一，引领研究方向，共发表相关研究论文52篇，其中中华系列论文25篇，SCI论文27篇，影响因子9分及以上21篇，单篇最高45分。制定专家共识及行业指南3项、国家专业医疗质量控制指标18项。该项目获批国家发明专利34项，成功转化发明专利14项，所孵化产品获国家医疗器械创新审批，获中国、欧盟II类注册认证共7项。在中德500余家三甲及基层医院落地应用，覆盖近2000万人；技术相关应用直接经济效益达5亿元，社会经济效益显著。 获2021年湖北省技术发明一等奖、2021年欧洲消化疾病周国家学术奖、2020年中国十佳消化道领域临床研究奖等。樊代明院士和李兆申院士评价该成果极大推动我国消化道早癌防治事业的发展。

本发明公开了一种耦合热溶萃取和热解制备高品质生物油和气体的方法，首先采用热溶萃取法对生物质进行脱氧提质萃取，得到无水无灰、高碳含量、低氧含量和含有大量芳香碳结构的低分子量萃取物；然后将所述的低分子量萃取物进行热解，收集气体产物、液体产物(生物油)和固体产物(焦)。本发明通过耦合热溶萃取和热解技术所得到的生物油碳含量高、氧含量低、热值高，并且生物油腐蚀性低、高附加值的芳香烃类化合物含量高，可以大大减少生物油的后处理工艺。另外，所得到的气体产物的热值增大。本发明工艺简单，无需催化剂和氢气，生产成本低，产物附加值高，具有较高的经济效益、环境效益和广阔的应用前景。

本发明公开了一种耦合热溶萃取和热解制备高品质生物油和气体的方法，首先采用热溶萃取法对生物质进行脱氧提质萃取，得到无水无灰、高碳含量、低氧含量和含有大量芳香碳结构的低分子量萃取物；然后将所述的低分子量萃取物进行热解，收集气体产物、液体产物(生物油)和固体产物(焦)。本发明通过耦合热溶萃取和热解技术所得到的生物油碳含量高、氧含量低、热值高，并且生物油腐蚀性低、高附加值的芳香烃类化合物含量高，可以大大减少生物油的后处理工艺。另外，所得到的气体产物的热值增大。本发明工艺简单，无需催化剂和氢气，生产成本低，产物附加值高，具有较高的经济效益、环境效益和广阔的应用前景。

声子极化激元是极性材料中晶格振动与光场之间的强耦合，有望应用在低损耗纳米光学元器件中。相关的理论研究由黄昆先生于上世纪五十年代提出，目前已经较为成熟。但是实验测量表面声子极化激元直到近年才有较大的进展，主要是因为表面声子极化激元的测量同时需要高的空间分辨率和能量分辨率。目前测量表面声子极化激元的主要方法为近场光学方法（s-SNOM），该方法可以在中红外和太赫兹区间对声子极化激元进行很好的探测。但在远红外区间，由于目前缺少合适的远红外激光光源和探测器，相关材料体系的表面声子极化激元的研究受到很大限制。 近日，北京大学物理学院2016级本科生亓瑞时和王任飞利用扫描透射电子显微镜的电子能量损失谱，对ZnO纳米结构中的远红外表面声子极化激元进行了细致的探测。通过在纳米尺度上测量纳米线、纳米片不同空间位置的电子能量损失，探究了表面声子极化激元的性质，得到了表面声子极化激元的色散关系，并研究了其尺寸效应、几何效应等。图1. 左：利用电子束激发和探测纳米线表面声子极化激元。右：测量得到的色散关系。 利用电子显微镜中的电子束来激发和探测声子极化激元具有很多的优点，包括（1）电子显微镜方法具有亚埃的空间分辨率；（2）电子激发具有更高的效率（电子与材料相互作用的散射截面更大）；（3）电子能激发一些非光学活性的模式；（4）电子能量损失谱能得到高q（波矢）值下的信息；（5）电子能量损失谱具有很宽的激发、测量窗口，原则上可以测量从meV量级的振动谱信号至keV量级的芯电子激发谱信号。因此，电子能量损失谱有望极大地推动包括表面声子极化激元在内的相关实验研究。 该工作于2019年7月19日在线发表于学术期刊Nano Letters（DOI:10.1021/acs.nanolett.9b01350），第一作者为北京大学物理学院2016级本科生亓瑞时、王任飞，指导老师为量子材料科学中心和电子显微镜实验室的高鹏研究员。该项研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、量子物质科学协同创新中心等基金的支持。 论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b01350

造成我国安全阀技术水平相对落后的关键问题是安全阀热态试验技术的落后。安全阀是 “小阀门、大台架”。安全阀热态试验台架包含锅炉、容器、控制阀和控制系统，造价近亿 元，试验技术远比安全阀本身复杂得多。目前，安全阀热态试验主要是依照美国标准ASME PTC 25，此标准规定了对试验过程和测试精度的要求，但如何实试验过程则是一大挑战。安全 阀热态试验装置最早出现在美国。目前美国Tyco公司分别在Stafford、Wrentham等地建有热态 试验台架。建于Wrentham的试验台架始建于1949年，后来逐步完善，试验介质为饱和蒸汽， 设计压力10.3MPa。建于Stafford的试验台架，试验介质为饱和蒸汽，最大试验压力10.2MPa。 美国以上试验台架存在进行大口径、大排量安全阀热态试验中存在安全阀频跳问题。即安全阀 在一次测试过程中会出现多次的开启与回座，试验过程将对安全阀的密封面将造成显著的损 伤。另一方面，安全阀设计和制造工艺不合理也会造成安全阀的频跳，此是安全阀所需严格避 免的产品缺陷。而由于试验装置和方法的不足所带来的安全阀测试中的频跳将会掩盖产品本身 的问题，这去在安全阀的实际使用中埋下重大安全隐患。 中国合肥通机械检测院和国家特种泵阀工程技术研究中心具有安全阀的型式试验资质， 但没有以蒸汽为介质的热态试验系统。国内共有3套热态安全阀试验台架建，都采用实验台架 整体升压直至安全阀起跳，进而测量安全阀机械性能的方法，安全阀业内称之为“自由膨胀 法”。三套台架分别建在上海阀门厂、哈尔滨锅炉有限公司、中国船舶工业711所。 “自由膨 胀法”不符合ASME PTC 25标准的要求，存在如下的缺点： (1) 自由膨胀无法满足高参数、大排量安全阀试验过程中稳定排放的要求； (2) 采用自由膨胀法，造成整定压力和排放压力测量值相同，无法准确测量排放压力； (3) 安全阀测量的额定开高比实际值偏低。 另外，一个非常严重的问题是中国尚没有安全阀热态试验台架能够测量安全阀的排量系 数。安全阀的排量系数是安全阀设计的核心，决定了安全阀的设计。我国由于没有可以测试安 全阀热态排量系数的试验台架和技术，所以长期只能走模仿外国产品特别是美国产品的道路。 设计大多只进行强度校核，没有核心技术，产品技术一直处于低端水平。 华东理工大学经过多年攻关开发出了先进的高参数并符合ASME标准的安全阀热态试验台 架， 打破了国外的垄断。

卷取温度控制系统是热连轧系统的重要组成部分，直接关系到最终产品质量，特别是带钢的组织结构和力学性能的好坏，进而影响其产品在市场上的竞争力。  层冷控制系统由L2过程控制系统和L1基础自动化控制体统组成。L2级系统完成数学模型计算、自适应控制、动态设定、冷却策略的选择和冷却速率控制等功能；L1级系统完成头尾跟踪、故障阀设定、开关阀控制和头尾微冷控制等功能。 工作模式有三种：全自动模式、手动模式、测试模式。      控制冷却系统设备：上高密度集管、下高密度集管、集管控制阀组、倾翻机构和阀组、车间高位水箱、高压侧喷装置、压缩空气吹扫装置等组成。 层流冷却下带钢的传热过程十分复杂。首先，整个冷却过程中温降大，钢板的对流换热系数及其热物性参数必然随温度产生显著的变化。其次，高温钢板的层流冷却，较其他冷却方式更为复杂。高密度管层流喷出的水流在一定压力下冲击到钢板表面，在冲击区钢板表面不形成水蒸气膜，因此，产生强烈冷却效果。沿钢板长度方向，在近冲击区一定范围内，冷却水呈层流区，在较远处呈紊流区，在层流区和紊流区之间形成过渡区。在垂直板面方向，除了水流冲击区以外的其它区域，从板面向上，同样出现层流区、过渡区和紊流区。因此，就整体层流冷却来看，经历了膜态沸腾、过渡沸腾和核沸腾冷却阶段，钢板传热过程是非稳态的。 根据层流冷却实际生产工艺情况，应用传热学原理，对带钢在时间和厚度方向差分，建立有限差分模型，计算带钢在整个冷却区的开阀和关阀状况，确定带钢在每个集管下是空冷还是水冷，从而控制带钢在冷却区的温度。由于模型的建立是基于机理性的，所以模型计算具有比较高的精度，包括：预设定模型、动态设定模型、钢种物性参数模型，包括导热系数和比热容计算模型、水冷时对流换热系数计算模型、自适应模型等。 根据不同钢种的工艺要求，系统提供多种冷却方式供选择，包括：全长冷却、头部不冷、尾部不冷、前向冷却、后向冷却、头部微冷、尾部微冷、稀疏冷却、非对称冷却等。该系统已经成功稳定的应用在日钢1580热连轧生产线并取得了的很好的控制效果，还将应用于武钢1700mm热连轧、西南不锈1450mm热连轧、重钢1780mm热连轧等多条生产线。 该项目适用于所有的新建和欲改造的板带轧机的层流冷却设备。同时，通过技术集成和转移，可为轧钢技术装备国产化作出较大贡献。