基于石墨烯多维多尺度结构的能源与传感技术

1 成果简介石墨烯是一种典型的单原子层二维材料，具有独特的狄拉克电子结构、超高的载流子迁移率和浓度，在高速、高质量薄膜器件集成等方面显示出潜在应用优势。然而，本征石墨烯呈金属或半金属特性，限制了其在器件中的应用。本成果从石墨烯的可控生长及多维多尺度宏观结构组装出发，探索调控石墨烯电子结构的有效方法，推动其在纳米器件中的集成与应用。 主要内容包括：石墨烯晶片的形状、尺寸控制， 多维多尺度宏观结构的原位生长与组装；石墨烯的结构（拓扑）与化学改性：采用缺陷、应变和化学修饰等手段对石墨烯的能带结构进行调控；研究石墨烯在外加电场、磁场、光激发等条件下，电子结构的演变及电子、光子、激子、声子等的相互作用； 器件组装与表征：晶体管、传感器、结、异质/杂化结构等。2 应用说明基于石墨烯的二维薄膜材料已成功应用于太阳能电池和超级电容器等能源器件，显示出优异的能量转换与存储性能及良好的工作稳定性。某些特色多维多尺度结构可与其它纳米材料（如碳纳米管、二氧化钛、二氧化锰）构建复合结构，在吸附、水处理、传感、光催化等领域具有广阔的应用前景。  图 1 石墨烯编织结构                              图2 石墨烯晶片/纳米颗粒复合结构 该项目的相关研究工作已申请国家发明专利 5 项，具有自主知识产权。3 效益分析目前，石墨烯在全球范围内尚未形成稳定的工业化需求， 但从需求市场的潜力来看，石墨烯在应用上将逐渐扩大。随着技术研究及产业发展，石墨烯独特的力学与电学性能，将使其在国内外应用市场，特别是电子、新材料、航天军工等领域，发挥重要的甚至是革命性的作用，产生规模经济效益。4 合作方式技术转让或合作开发，商谈。5 所属行业领域能源环境。

清华大学 2021-04-13

微纳尺度腔量子电动力学新原理

随着纳米技术的发展，光学腔的尺寸越来越小，甚至可以达到亚波长尺度或者纳米尺度，同时伴随着非常局域的电场。由于金属的损耗以及低的收集效率，单个表面等离激元纳腔和单个量子发射体的强耦合很少被报道。论文通过精心设计光学模式，将金属纳腔置于金属或者介质纳米线提供的一维的电磁真空背景中，通过一维电磁背景强局域效应，可极大地增强单个量子发射体和金属纳腔的相互作用。理论指出在疏逝的电磁背景下，纳米间隙中的耦合系数可以达到真空中的4.2倍，同时荧光收集效率可提高到47%。此外，这个体系辐射出的光子，还可以通过纳米线的一维倏逝波导入到集成芯片上。

北京大学 2021-04-11

多尺度参数相关的工业发酵过程优化与放大技术

项目来源于国家科技部 “973”重大基础研究、“863”重点项目和上海市重点项目，旨在解决工业发酵过程优化与放大中的科学问题和生产实践推广，此技术可广泛应用到生物制药、食品工业、化工、农业等多个应用领域，开发的技术及工艺、工程和装备均处于国际先进水平。项目技术特点：（1）提出了工业发酵过程工程的多尺度优化理论，建立了基于细胞代谢的宏观代谢流检测与控制和参数相关分析的优化研究方法，建立了基于细胞生理代谢特性和反应器流场特性相结合的工业发酵放大方法；（2）研制了专门用于发酵过程优化与放大研究用的装备，并应用到工业发酵过程中；（3）建立了基于工业发酵过程数据处理与实时远程诊断的工业发酵过程信息处理系统；（4）开发了专门用于过程优化与放大研究用软件包；（5）已应用到十余个产品的过程优化中，产品产量大幅度提高；（6）实现生物过程工艺、工程、装备一体化研究。曾三次获得国家科技进步二等奖，近年申请专利十余项。

华东理工大学 2021-04-13

微纳尺度图纹压印模具的制作方法

微纳尺度图纹压印模具的制作方法，属于压印模具的精细加工 方法，解决激光干涉光刻制作模具条纹尺度不够精细，而电子束光刻 制作高精细图形速度过慢、不适于大面积制作的问题。本发明的一种 方法，顺序包括电子束光刻、一次干法刻蚀、激光干涉光刻、二次干 法刻蚀、纳米压印、微电铸步骤；本发明的另一种方法，顺序包括激 光干涉光刻、一次干法刻蚀、电子束光刻、二次干法刻蚀、纳米压印、 微电铸步骤。本发明结合电子束光刻制作精细和激光干涉光

华中科技大学 2021-04-14

一种具有成分与孔隙双梯度过渡层的网状结构件制备方法

本发明公开了一种具有成分与孔隙双梯度过渡层的网状结构件 制备方法，包括如下步骤：1)设计具有仿生单元拓扑的孔隙尺度呈梯 度变化的网状结构的三维模型，将其切片处理后转化为 STL 文件，并 导入 SLM 成形装备中；2)按预设配比将多种粉末进行均匀混合，混合 后的粉末进行送铺粉；3)激光扫描成形网状结构件的当前切片层，结 束后使其下降一个铺粉层厚的高度，然后采用当前配比混合粉末进行 下一切片层成形；4)重复步骤 3)直

华中科技大学 2021-04-14

多尺度疲劳裂纹扩展的试验、建模及疲劳寿命预测技术

工程实际中出现的疲劳损伤是一种在时间和空间上多尺度的现象，例如从纳米或亚微米级别的微观裂纹瞬时扩展行为到由于疲劳损伤导致的整体结构长期的性能退化现象。基于多尺度疲劳裂纹扩展模型的疲劳损伤研究和预测技术,可以在不同的时间和空间尺度下对疲劳损伤进行分析。 该技术通过研究在小时间和空间尺度下试验观测到的疲劳裂纹尖端的连续扩展行为，建立描述微观疲劳裂纹行为和机理的物理模型，然后在这个微观物理模型的基础上建立多尺度的疲劳裂纹扩展模型，并最终实现对疲劳损伤和疲劳寿命准确实时的分析预测。微观裂纹尖端在一个疲劳载荷周期内加载过程中的连续变化情况。

北京航空航天大学 2021-04-13

面向对象遥感影像分析中的尺度分割参数自动选择方法

本发明兼顾地学空间统计学和模式识别理论方法，基于统计方法提出分割前最优尺度分割参数自动选择及分割后的尺度效应评价及尺度分割参数的优化调整，提高了面向对象遥感影像信息提取和分析的精度、效率和自动化程度。

中国地质大学（北京） 2021-04-14

基于时空多尺度联合学习模型的能源需求预测技术

本项目提出了将时间维度与空间维度相结合的多尺度综合能源需求分析与预测模型，设计并实现了一种面向智慧城市的综合能源需求分析与预测的方法，提升能源供应规划和营销策略的优化与决策支持。

南开大学 2021-02-01

一种混凝土各向异性多尺度损伤变量量化方法

本发明公开一种混凝土各向异性多尺度损伤变量量化方法，包括下述步骤：提取细观微结构中达到临界损伤值的所有破坏点的坐标，并对非破坏点计算出多尺度损伤变量的均匀部分，即分布式损伤张量；在微结构中间隔角度设置投影坐标轴，对每一投影坐标轴等间距划分、设置2n个空隙，遍历所有投影坐标轴，得到每一破坏点在投影坐标轴上的相对坐标；根据相对坐标计算出破坏点在每一投影坐标轴上占据的空隙编号，得到各投影坐标轴上的有效空隙数，由此确定最大、最小损伤方向角以及对应方向的面积缺失程度，最后得出各向异性多尺度损伤变量。该方法在提取混凝土细观微结构演化信息的基础上，对混凝土材料各向异性损伤变量进行量化，大大降低了计算量。

东南大学 2021-04-11

基于时空多尺度联合学习模型的能源需求预测技术

本项目提出了将时间维度与空间维度相结合的多尺度综合能源 需求分析与预测模型，设计并实现了一种面向智慧城市的综合能源需 求分析与预测的方法，提升能源供应规划和营销策略的优化与决策支 持。 项目特色：  面向综合能源时空数据的需求分析和预测可以根据历史数据， 结合地理区域的相互关系来预测给定时间范围和空间位置的 能源需求。  针对综合能源的特性，项目提出了联合学习和迁移学习的思想 对模型进行训练。同时优化不同区域中多种类型能源的联合预 测模型，将已有模型的结果迁移到训练集数据不足的模型中， 提高能源用量预测的准确率。  面向智慧城市的综合能源信息应用服务场景，并利用 GIS 技术 实现配电网分析和用户用电特性分析的可视化。

南开大学 2021-04-13