通过对建筑物窗体的研究，自主研发出一种能够智能控制调节温度的VO2智能控温薄膜及其镀膜玻璃，是一种可以响应温度改变自身结构和光学性能的材料，可以使得窗体对太阳光辐射的反射率和透射率随外界温度的改变而发生变化，在可见光保持一定透过率（>50%）的前提下，使得夏天进入房间的太阳辐射少，冬天进入房间的太阳辐射多，从而保证房间舒适度的同时降低室内制冷采暖能耗。 一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 宋炳坷 材料/微电子学与固体电子学 2016/2019 赵起 材料/微电子学与固体电子学 2016、2018 刘帅 管理/企业管理 2016/2019 徐志龙 材料/材料学 2017/2020 王子璇 材料/集成电路工程 2017/2020 肖智戈 管理/管理科学与工程 2017/2020 范炜 材料/材料学 2017/2020 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 高彦峰 材料/材料学 研究员 材料学 四、项目简介 通过对建筑物窗体的研究，自主研发出一种能够智能控制调节温度的VO2智能控温薄膜及其镀膜玻璃，是一种可以响应温度改变自身结构和光学性能的材料，可以使得窗体对太阳光辐射的反射率和透射率随外界温度的改变而发生变化，在可见光保持一定透过率（>50%）的前提下，使得夏天进入房间的太阳辐射少，冬天进入房间的太阳辐射多，从而保证房间舒适度的同时降低室内制冷采暖能耗。该产品设计着眼于当前最先进的技术，立足于建筑节能材料研究前沿，以本团队关键技术作为支撑，目前团队制备的VO2基智能窗相关技术指标均处于世界领先地位。由于产品绿色友好，环保节能，适用于温带和热带绝大部分地区的建筑建造以及城市基础建筑节能改造，因此具有可观的应用前景和积极的社会意义。

利用超分子凝胶网络溶胀吸收多种荧光小分子而不互相干扰，成功实现了凝胶材料荧光的多色调制，为构筑荧光可调制软材料提供了一种新的方法。他们首先设计合成了如下图所示具有良好溶胀性能的水凝胶，这种水凝胶含有两种互不干扰的键合位点（金刚烷基团和磺化杯[4]芳香烃基团，图2），其中磺化杯[4]芳香烃对水凝胶的高度溶胀起到关键性的作用，并且这种高度溶胀性能提升了荧光分子进入水凝胶的扩散速率。这两个键合位点可以分别键合染料分子四苯乙烯修饰的β环糊精（TPECD，蓝色荧光）和4-[4-（二甲基氨基）苯乙烯基]-1-甲基吡啶鎓碘化物（DASPI，橙色荧光）而不互相干扰，并且键合作用可以大幅度增强染料的荧光发射强度。他们还通过调节凝胶溶胀过程中外液TPECD和DASPI的浓度比例，成功构筑了可以发出蓝色、黄色，特别是白色荧光的超分子水凝胶。与已知的用于构筑发光凝胶的方法相比，先构筑凝胶、后引入荧光基团制备可调节荧光水凝胶的方法非常简便，为水凝胶在可调控有机发光显示器或光学器件中的应用奠定了基础。

成果创新点 与市场上现有气凝胶产品采用超临界干燥技术不同， 本产品采用常压干燥方式制备。 粉体的导热系数达到 0.015W/mK,复合保温毡垫的导热 系数达到 0.022 W/mK，保温性能优于市场上有机保温材料， 而且燃烧性能达到 A 级不燃，兼有保温和防火效果。 通过工艺改进解决了常压干燥制备有机溶剂使用量大 和制备周期长的缺点，而且使用无机硅源和有机溶剂使用 少，制备成本大大降低。

与市场上现有气凝胶产品采用超临界干燥技术不同， 本产品采用常压干燥方式制备。 粉体的导热系数达到 0.015W/mK,复合保温毡垫的导热系数达到 0.022 W/mK，保温性能优于市场上有机保温材料， 而且燃烧性能达到 A 级不燃，兼有保温和防火效果。 通过工艺改进解决了常压干燥制备有机溶剂使用量大和制备周期长的缺点，而且使用无机硅源和有机溶剂使用少，制备成本大大降低。 

本发明公开了一种基于温度响应性水凝胶的肌肉驱动模块，包括基于温度响应性水凝胶的驱动层，还包括包覆在驱动层外的柔性保护层，以及设于在驱动层和柔性保护层之间的电热层。本发明的肌肉驱动模块采用柔性材料作为肌肉辅助装置，可避免对人体的机械伤害，通过电热驱动的方式来驱动材料变形，且电热驱动易于控制，进而能够得到不同的驱动形式。

常见的纳米酶大多数是金属化合物纳米颗粒，其催化活性主要是来自在纳米颗粒表面的金属离子。在自然界中，生物酶的特征表明活性位点和支持、稳定活性位点的网络环境对于高催化效率同样重要。通过调整活性位点的成分和环境可以实现高的活性和选择性。水凝胶是一类具有良好生物相容性的三维亲水网络材料，其结构可以有效地保护酶分子活性中心，同时提供更好的底物迁移微环境，从而实现有效的催化作用，载酶水凝胶材料已成为生物学研究中的热点。纳米凝胶为水凝胶的纳米粒子，具有类似于宏观水凝胶材料的亲水网络及类似流体的传输特性，其纳米的尺寸可以作为进一步体内生物应用的理想载体。在受限的纳米空间中实现修饰或组装以获得杂化纳米凝胶仍然存在挑战。应对这一挑战，同济大学化学科学与工程学院王启刚团队从仿生的角度出发，设计了一种酶催化的原子转移自由基聚合（ATRPase）和金属配位交联方法成功制备出纳米人工多酶凝胶体系。该体系具有模拟超氧化物歧化酶（SOD-like）和过氧化物酶（POD-like）特性，可以实现肿瘤微环境级联催化的响应成像。日前，相关研究成果以“Multienzyme‐Mimic Nanogels Synthesized by Biocatalytic ATRP and Metal Coordination for Bioresponsive Fluorescence Imaging”为题，发表在国际著名学术期刊 Angewandte Chemie International Edition （《德国应用化学》） 上。同济大学化学科学与工程学院为该文的唯一通讯作者单位，硕士生齐美园为第一作者，王霞副教授和王启刚教授为共同通讯作者。 图1.（a）人工多酶凝胶体系的ATRPase及配位交联制备流程（b）模拟SOD和POD级联酶催化的肿瘤微环境响应的荧光成像机制。研究人员首先在纳米粒子表面修饰酶催化的原子转移自由基聚合的引发剂(-Br)，以具有良好生物相容性的生物酶为催化剂，修饰有双键的赖氨酸（N-acryloyl-L-lysine）为聚合单体，在纳米粒子周围聚合制备得到聚赖氨酸高分子刷，最后通过亚铁配位交联，从而构建出具有多酶活性的人工多酶凝胶体系（如图1所示）。凝胶体系中高分散的Fe离子一方面作为凝胶网络的交联剂，同时作为模拟酶的活性中心。通过模拟SOD和POD酶，先将肿瘤部位高水平的O 2 •− 催化转化为H 2 O 2 ，进一步基于肿瘤部位提升的H 2 O 2 通过级联酶催化反应实现肿瘤微环境响应的安全、高效的肿瘤成像。该人工多酶凝胶体系类似自然的过氧化物酶催化机制不产生羟基自由基，具有低毒性和高生物安全性。同时，ATRPase方法和金属配位交联技术可进一步实现多种纳米材料体系的制备，用于药物输送和其他生物医学应用。该研究成果得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等经费支持以及中国科学院强磁场科学中心的技术支持。王启刚教授团队多年来一直致力于高分子凝胶固定酶技术及其生物诊疗应用，近5年累计以通讯作者在 Adv.Mater. ,  Nat. Commun. ,  Angew. Chem. Inter. Ed. 等期刊发表SCI论文50多篇。文献链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202002331  PDF：anie_202002331.pdf课题组网站：https://qgwang.tongji.edu.cn/

基本概念：航空发动机高温薄膜传感器技术是将温度、压力等敏感材料以薄膜的形式沉积在航空发动机高温结构件（如涡轮叶片、机匣等）表面，并进行绝缘、防护、图形化，制成与结构件一体化集成的薄膜传感器。 主要功能与应用领域：集成在结构件表面的薄膜传感器使结构件能够感知温度、应力应变、振动、热流、摩擦阻力等状态参数，能在航空发动机高温、高速、强氧化气流冲刷的恶劣环境下稳定工作。 图1 薄膜传感器结构示意图 图2 涡轮叶片上的薄膜传感器 特色及先进性：与埋入、粘贴、焊接的传统传感器相比，采用薄膜形式集成在结构件表面的薄膜传感器不破坏结构件的力学强度，不影响结构件的工作环境（如流场等），厚度仅约30μm，具有灵敏度高、响应速度快、精度高、可靠性好的优点，是当前世界上航空发动机高温、高速、强氧化气流冲刷恶劣环境下的先进测试技术。 技术指标：最高工作温度1100℃，测试精度优于5%，900℃下寿命>10hr。 能为产业解决的关键问题和实施后可取得的效果：本成果目前主要应用于航空发动机涡轮叶片、燃烧室火焰筒、燃烧室冷却试验件、燃烧室机匣、涡轮机匣、涡轮盘等高温结构部件表面的状态参数测量，如温度测量、应力应变监测、强度疲劳评估等，解决当前航空发动机高温结构部件的健康监测难题。此外，本成果能够推广用于核电、燃气轮机、汽车发动机、陶瓷发动机等高温零部件状态参数的测量和健康监测，推广应用前景广阔。

金刚石薄膜涂层硬质合金工具由于性能优异、成本相对较低(与PCD和金刚石厚膜钎焊工具相比、可以适应于复杂形状工具衬底沉积、以及可能大批量沉积等优点, 具有非常好的市场前景。 金刚石薄膜涂层硬质合金工具开发的关键是解决金刚石薄膜在硬质合金衬底上的生长(沉积)和良好附着的技术。本项目成果采用独特的衬底预处理和优化的金刚石膜沉积工艺已经解决了Co对金刚石膜生长和附着的有害影响问题。在YG类硬质合金工具衬底所沉积的金刚石膜涂层厚度最大可达20～30m。用洛氏硬度压痕法评定的金刚石膜附着力时的无裂纹临界载荷达1500N以上。在铣削Al-12wt%Si合金时, 金刚石薄膜涂层的YG6铣刀比未涂层硬质合金刀片使用寿命可提高20倍以上。 本成果基于我们已经取得的两项关于金刚石膜低温沉积技术和硬质合金衬底激光预处理技术的发明专利(ZL 91 1 02584.7, ZL 93 1 19434.2 ), 以及最近完成的另外二项关于使用特殊钴化物过渡层提高金刚石薄膜附着力的技术(已申请发明专利, 申请号: 99107912.4, 01130903.2)。此外, 本项目组正在进行工业化生产设备和技术的研究开发, 原型设备研制已接近完成, 其特点是摒弃通常CVD设备的平面沉积方式, 采用立体(空间)沉积方式, 因此可以一次沉积大量工件。最终工业化设备的目标是一次涂覆可转位刀片(或钻头)300只以上。 本项目成果可用于开发各种金刚石薄膜涂层硬质合金工具和模具, 以及其它需要解决极度耐磨或降低摩擦的应用。

随着光学器件在日常生活领域越发广泛地应用，对其新功能的需求也加大，其中高折射率材料的研究也越来越多,特别是高折射率聚合物（HRIP）。近来，由于其在高级光电制造中的潜在应用，HRIPs已经吸引了相当多的关注，例如先进显示设备的高性能基底，用于有机发光二极管显示器，光学黏合剂或密封胶材料，高级光学应用中的减反射涂层，193-nm浸润蚀刻光阻剂，和微透镜组件中的电荷耦合式装置以及互补金属氧化物半导体图像传感器。然而，一般普通聚合物的折光指数的范围在1.30～1.70之间，但是在实际应用中要求更高的折光指数（大于1.70，甚至 1.80）。由高折射率无机纳米粒子和有机高分子基体组成的纳米复合材料可以轻易地获得高的折光指数。本项目将高折射率的无机纳米粒子炭黑、二氧化硅、二氧化钛等添加到各种聚合物基体中，获得高折射率光学薄膜，且通过对无机粒子和聚合物基体间的界面设计，使得无机粒子少量填充即可获得高折射率光学薄膜。具有核心技术（自主知识产权），发明专利1项，获得上海市自然科学基金资助。