该成果获2018年度国家科学技术奖自然科学类二等奖，该成果系统地开展了摩擦的声子耗散以及声子在界而和多层膜结构内的输运规律的研究，在摩擦的声子粍散机理研宄方面，发现摩擦粍能与声子主导频率的定量关系；在国际上最早给出超晶格结构导热系数最小值出现的条件：率先提出声子沿石墨法向输运的自由程远大于经典理论预测的10nm左右：实现了描述声子输运的玻尔兹曼方程的数值解，在国际上率先发现多层膜之间的范德华力能够提髙声子在多层膜结构面内的平均自由程。该项0组的研究成果主要发表在Nano Letters、Physical Review B、Nature Nanotechnology等国际学术期刊上，其中8篇代表性论文获Science、Nature Nanotechnology、Nature Materials、Advanced Materials等重要国际学术期刊论文SCI他引509篇次，单篇最髙SCI他引U5次，研宂成果在国际上产生了重要的学术影响。

课题组采用基于密度泛函理论的晶格动力学方法研究了碲化镉(CdTe)材料的声子谱（见图1(a)），通过系统分析发现在具有闪锌矿结构的II-VI半导体碲化镉中存在理想的第二类外尔声子（见图1(b)），并且发现这样的准粒子激发发生于声学支和光学支的交汇处。课题组随后根据二阶力常数矩阵构造类似于电子系统的Wannier紧束缚Hamiltonian，从而可以

针对钢铁烧结工序烟气量大、显热利用率低等问题，构建了烧结过程热-质耦合数值模型，开发了烧结工艺质-热耦合仿真软件和质-热平衡分析计算软件，阐明了烧结过程混合料散体多相反应机制及热-质耦合传输机理，分析了烧结过程中 SO 2 、NOx 等污染物的产生规律，开发了烧结过程余热利用技术，优化了烧结工艺，为烧结工序绿色发展提供理论支撑和技术支持。 相比传统冷风烧结工艺，高温烟气循环烧结与余热利用技术通过烟气循环回收部分烧结机高温烟气，来替代常温空气，作为烧结助燃气体。该技术既能回收部分高温烧结废气余热，又可减少废气排放量，降低污染物处理成本。

底座尺寸400*300*70mm,模具一体成型，两端呈弧形，上翘47度，两面四角注塑有1.5mm脚垫，长度25*25mm，仪器整体高度140mm，配有直径20mm，高度16mm强磁铁3只，表面镀铬，材质钕铁硼，高斯值1360，钢质7只，直径20mm，表面镀铬，磁力轨道采用优质亚克力制成，尺寸390*120*70mm，探究钢珠为什么通过磁力碰撞会逐级加强。

成果与项目的背景及主要用途： 本成果可以帮助企业降低生产成本，提高经济效益和市场竞争能力。其技术 途径是通过系统优化，降低企业的用能及原材料消耗，进而降低成本。可以起到 节能、减排、增效、降耗的综合效果。 本成果以化工原理、化工热力学、化工系统工程的原理和方法为基础，以计 算机模拟、过程集成为技术手段，着眼于整个系统的优化，可以显著降低企业的 能量消耗和物料消耗，降低生产成本。其特点是使用成熟设备的优化组合及优化 操作，通过加工过程的合理化及能量发生、利用、回收、输送的合理化达到节能、 降耗、增效、减排的目的，技术成熟可靠。 大多数节能工作着眼于局部。例如，低温热回收只着眼于低温热怎样回收， 本成果则通过系统优化设法将低温热降到最低，然后再考虑其回收；根据能量守 恒定律，低温热的降低，必然带来外部能量供应的降低，因而，可以显著降低外 部能来能量消耗，同时，将低温热回收系统的负荷降到最低。再如，精馏系统的 20天津大学科技成果选编 21 能量优化，单纯考虑精馏塔系统节能是一个局部优化，但是，从整个装置的角度 考虑精馏塔系统的能量优化则是一个整体优化，整体优化的节能效果会更显著。 随着过程系统工程和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透，产生 了过程系统节能的理论和方法，把节能工作推上了一个新的高度。 主要包括： 1. 化工装置潜力分析与瓶颈诊断 2. 工艺系统优化 3. 化工能量系统分析与集成优化 4 Total Site 能量系统优化 该技术成果适用于各类过程工业过程，包括石油化工、煤化工、精细化工、 食品化工、制药过程、钢铁、电力等，技术成熟可靠，没有风险，投资回收期可 控制在 1 年以内，也可根据工厂要求控制在 3 年以内。 技术原理与工艺流程简介： （1） 化工装置潜力分析与瓶颈诊断 采用数学及计算机技术对现场采集的数据进行分析，修正模型参数，建立与 现场操作数据基本吻合的机理模型，寻求对工艺及设备的深刻理解，诊断系统及 设备的潜力和瓶颈。 通过计算机模拟与标定计算，诊断装置与设备的潜力及存在的瓶颈因素，通 过少量的改造或操作优化，实现装置扩产或节能。 （2） 工艺系统优化 反应系统：采用夹点技术，有效利用反应热。对于吸热反应，则实现有效供 热。 精馏系统：优化精馏塔序列及回流比、采出量，采用夹点技术实现精馏塔内 部及外部能量系统的集成优化，以及多效精馏、热泵精馏、隔壁精馏等技术的优 化运用。 换热网络优化：通过夹点技术分析节能潜力，优化换热网络。对冷系统和热 系统采用。 设备强化：采用计算机模拟技术优化工艺操作及设备选型，通过选用高效分天津大学科技成果选编 离、换热、蒸汽回收装置实现设备强化。设备强化同时带来最小换热温差的变化， 进而，通过夹点技术，实现设备强化后的反应系统、精馏系统及换热网络的再优 化。部分装置的优化效果可达 40%以上。本技术若用于工艺包效果会更好。 （3） 化工能量系统分析与集成优化 含换热网络优化和蒸汽动力系统优化二项内容。通过夹点分析和换热网络优 化技术，实现对用热及用冷过程的优化，对新过程，一般可节能 2040%，对已 有过程，一般可节能 1030%。蒸汽动力系统优化含锅炉系统，蒸汽储能，热电 联产，燃料系统等的优化，节能效果在 1030%范围。 （4） Total Site 能量系统优化 以夹点技术为核心，从各装置的工艺优化入手，首先实现能量需求侧的优化， 然后对各装置进行夹点分析和换热网络优化，使能量回收达到最优，然后考虑各 装置之间的能量优化，最后是公用工程系统的能量优化。最终，做到全系统的能 量优化。Total Site 能量系统优化是工厂能量优化的最佳解决方案，可显著提高 系统能效。 技术水平及专利与获奖情况： 该技术具有近 30 年的研究历史，数千套装置的工业实践，是美国国家能源 署首推的过程工业节能减排先进技术。 本项目组自 2008 年与英国曼彻斯特大学过程集成中心（CPI）展开合作，在 近 20 年过程模拟优化研究基础上，消化吸收 CPI 的过程集成技术，经过 10 余个 工厂，近 30 套不同工业装置（涉及石油化工、煤化工、精细化工、食品工业、 制药工业、电力等过程）的工业实践，积累了丰富经验。 优化过的典型工业过程有： 20 万吨/年二甲醚装置优化 60 万吨/年煤制甲醇过程优化 10 万吨/年水玻璃生产过程优化 10 万吨/年白炭黑生产过程优化 2 万吨/年大豆制油过程优化 2 万吨/年大豆蛋白生产过程优化 22天津大学科技成果选编 120 万方/天天然气处理过程优化 150 万吨/年常减压装置优化 20 万吨/年催化裂化装置优化 4 万吨/年气分及 MTBE 装置优化 2 万吨/年 HFC125 装置优化 应用前景分析及效益预测： 系统优化的目标是降低能耗和企业的生产成本，同时，带来节能减排的社会 效益。 节能减排势在必行，系统优化是帮助企业提高技术水平，实现节能减排的有 效技术途径。 应用领域：石油化工、煤化工、精细化工、食品、制药、电力等行业 合作方式及条件：面议

本成果可以帮助企业降低生产成本，提高经济效益和市场竞争能力。其技术途径是通过系统优化，降低企业的用能及原材料消耗，进而降低成本。可以起到节能、减排、增效、降耗的综合效果。本成果以化工原理、化工热力学、化工系统工程的原理和方法为基础，以计算机模拟、过程集成为技术手段，着眼于整个系统的优化，可以显著降低企业的能量消耗和物料消耗，降低生产成本。其特点是使用成熟设备的优化组合及优化操作，通过加工过程的合理化及能量发生、利用、回收、输送的合理化达到节能、降耗、增效、减排的目的，技术成熟可靠。大多数节能工作着眼于局部。例如，低温热回收只着眼于低温热怎样回收，本成果则通过系统优化设法将低温热降到最低，然后再考虑其回收；根据能量守恒定律，低温热的降低，必然带来外部能量供应的降低，因而，可以显著降低外部能来能量消耗，同时，将低温热回收系统的负荷降到最低。再如，精馏系统的能量优化，单纯考虑精馏塔系统节能是一个局部优化，但是，从整个装置的角度考虑精馏塔系统的能量优化则是一个整体优化，整体优化的节能效果会更显著。随着过程系统工程和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透，产生了过程系统节能的理论和方法，把节能工作推上了一个新的高度。主要包括：1. 化工装置潜力分析与瓶颈诊断2. 工艺系统优化3. 化工能量系统分析与集成优化4 Total Site能量系统优化该技术成果适用于各类过程工业过程，包括石油化工、煤化工、精细化工、食品化工、制药过程、钢铁、电力等，技术成熟可靠，没有风险，投资回收期可控制在1年以内，也可根据工厂要求控制在3年以内

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

学谐振子在现代科技和生活中具有广泛的应用，大到引力波探测装置，小到我们身边的手机，涉及传感、变频、滤波等重要器件。一般的谐振子器件是互易的，即器件内部或者两个器件之间的声子传递和方向无关。而非互易的谐振子器件对于全双工声子信号收发、声子隔离等有着非常关键的作用，甚至还可以用来对热能进行单向传递，使冷的物体更冷，热的物体更热。图a，基于光力相互作用的非互易声子耦合机制。b，通过控制激光相位，声子隔离度±30分贝连续可调。 光力学是光学和力学相结合的新兴科研领域。光力相互作用可以用于光学和力学模式的精密调控和测量，有着重要的物理意义和实际应用。这个工作中的光力学系统由超高品质因子的氮化硅纳米薄膜和高精细度光学腔构成。激光将声子从纳米薄膜的一个谐振模式转化为光子，再变回另一个谐振模式中的声子。多束激光的物理效应互相干涉，使声子传递增强或者减弱。通过控制激光相位，实现了声子隔离度在±30分贝范围内连续可调（如图所示）。在徐海潭等人之前的工作（Nature 537，80 （2016））中，他们通过拓扑操作实现了瞬态的非互易声子传递，而在最新的工作中，他们通过光力相互作用产生了声子模式间静态的非互易耦合，从而实现了稳定的非互易声子传递。

冲床是板料加工工业的最关键的必备设备。冲床在工作时会产生机械传动噪声。锻冲噪声和空气动力性噪声、该噪声最高值可达125dB（A）大大超过国家标准规定的85dB（A）及其以下的噪声指标要求，因而对操作工人及周围环境（如办公室、居民住宅区、会议室等）造成极其严重的伤害和污染。有效地治理该噪声已成为急待解决的问题。特别是我国的第一部《噪声法》的实施，环保产业化的