首次将载能离子束与摩擦纳米材料相结合，并成功地获得了超强正电性起电材料。在这项研究中，利用离子辐照技术，通过核能损和电子能损等能量传输来改变材料的分子结构。离子注入产生的弹性和非弹性碰撞会导致聚合物中大分子的能量达到化学键能垒，使相应化学键断裂，化学键断裂产生的大量自由基与断键再结合，重新排列形成新的化学键和新的官能团，从而大幅度提高材料的起电性能。

感官控制的人机交互(human-machine interface, HMI)可以在人和外界 设备之间建立新的自然交流途径，有利于提高人们的生活品质，例如，有意识 地眨一下眼睛，即可开/关电灯。传统的采用眼为微弱的体表生物电信号，却 忽略了眨眼引起的太阳穴附近皮肤的微小运动。本项目采用摩擦纳米发电技术 (triboelectric nanogenerator, TENG ),设计一种微运动 / 位移传感器 (mechnosensationalENG, msTENG),对于该微小运动的探测有极高的灵敏度 (数百倍于同步眼电信号)，并且相对于传统的眼电探测电极具有更好的耐久 性和稳定性。通过与眼部巧妙的附着方式，获取高灵敏度和持久稳定的眨眼 信号采集，并将此眼部微动传感器用于人机交互，构建了眼动控制家用电器 和眼动虚拟打字界面等人机交互系统。这一研究的开展，给感官控制人机交 互领域注入了新的设计理念，使得通过眨眼来控制外部设备有希望从实验室走 向我们的日常生活。 关键技术： (1)  基于摩擦纳米发电技术的眼部微动传感器设计(包括工作模式的选择, 摩擦材料、电极材料的选择及加工等)以及器件制作工艺水平，都将直接影响 传感器的灵敏度、稳定性、美观舒适性，这在整个系统中是最为关键的技术。 (2)  眼部微动传感器在眼部周围附着方式的设计，需要保证器件的灵敏度、 信号的稳定性和操作的方便性，并考虑使用上的舒适美观。这是这项技术能否进 入人们实际生产生活的重要因素之一。 (3)  基于眼部微动传感器的人机交互界面的开发，要求功能适用、界面友 好、操作简易、性能稳定，便于正常人群和闭锁综合征LLock-in，)患者等特 殊人群的使用，这是这项技术具有重要应用前景的关键技术之一。创新点： (1)     首次将基于摩擦电和静电感应耦合的自驱动高灵敏传感器作为替 代传统生物电传感器应用于感官控制的人机交互系统，为人工智能领域注入了 新的传感器设计理念。 (2)     将基于摩擦电和静电感应耦合的自驱动眼部微动传感器巧妙地固 定在眼镜架上，并做到位置可微调，对比传统的眼电传感器将多电极贴在眼部 附近，不仅美观舒适、成本低廉和操作简单，而且采集的信号灵敏度高，信号 输出稳定可靠。 (3)     摩擦电和静电感应耦合的传感技术，采用的单电极信号采集，直 接采集微运动引起的电信号，从信号采集源头上突破了传统的生物电信号采集 弊端(采集多电极间势差变化信号)，可提高传感器的灵敏度数百倍。因此，避 免了传统眼电系统中精准识别算法的开发和严格操作技术的培训等。市场及经济效益分析： 基于摩擦纳米发电技术的微动传感器制作成本低廉，因其高灵敏度和 可靠性带来的后端设备简化，以及其操作的简易性和侃戴的美观舒适性，都 将促成该项研究成果走出实验室服务于广大群众，特别是渴望与外界因此具有非常大的市场价值。恢复交流的特殊疾病患者们，而这一群体在中国高达20 万人并有逐年上升的趋势。

 针对目前日趋小型化的各种民用与军用微电子产品对高能量密度便携式电源系统的需求，开展新型清洁能源的研究尤为重要。纳米催化燃烧发电技术使得燃料可以充分燃烧，无需点火过程，无需任何机械运动部件就可以在纳米尺度下将热能直接转化为电能。燃烧所释放的能量，其单位质量输出的功率是传统使用的化学电池的几十倍，从而大大提高了能源利用率，更重要的是此反应的生成物是无毒的二氧化碳和水，是一种全新的燃烧方式。此发明已经获得了美国发明专利“Solid state transport-based thermoelectric converter”,US 7696668。已经首创完成了第一代NanoEPower的结构测试和芯片的设计制造，在一块邮票大小的硅片上集成了上千个微米级发电单元，纳米催化低温燃烧发电的概念已经完成了实验室原理验证。该项目得到了科技部、上海市科委、云南省科委等多家单位支持, 可以应用在芯片级纳米催化燃烧发电系统上。

研究人员将低成本的覆盖石墨的打印纸作为电极，与聚四氟乙烯膜复合成为单电极的摩擦发电机（GCP-TENG）。该器件结构简单，制备过程可以通过卷对卷工艺连续进行，具有较高的应用价值。GCP-TENG展现了320V的电压和~0.8μA/cm的优异输出性能，成功地对发光二极管阵列及液晶显示器等器件供能。 研究表明，GCP-TENG可以工作于包括动物皮肤、常见塑料、各种织物等物体表面，可以有效收

围绕现代发动机的高可靠性与节能需求，将发动机摩擦学研究从传统的宏观尺度拓展到微观尺度上，引入表面织构激光微加工低摩擦技术，通过润滑摩擦理论以及发动机台架性能试验等方面研究，探索表面织构技术在发动机缸套-活塞环、凸轮轴等关键摩擦副上应用研究，以达到改善润滑，减小摩擦，减磨增寿以及发动机性能提高等综合目标。研究中， 从揭示内燃机关键零部件的摩擦学机理出发，利用数值模拟与台架性能试验相结合的方法，研究微织构几何参数和分布规律对油膜厚度、摩擦功耗、机油消耗的影响规律。针对缸套-活塞-活塞环系统在进气、压缩、

1 成果简介潮流发电技术是利用适当的能量转换装置，将由海洋或河流水面的自然升降造成的水流动能，或者因为太阳能输入不均而形成海水流动所致的动能转化为电能的技术。潮流发电属于一种新型的清洁、可再生能源利用方式。 潮流发电的主要发电装置位于洋面或河面以下，基本不占用或占用极少陆地面积，且没有类似风力发电机的噪声，是一种被人们普遍看好的新能源。而且， 潮流发电不需要建设大坝或堤堰，是借自然的流动直接通过水轮机获取能量。所以潮流发电涉及的工程投资很少，装置相对简单，可以在交通欠发达的山村、渔村及海岛建设独立的电源系统，能够有效解决当地人民的生产和生活用电、降低电力成本。 清华大学在水能和海洋能的工程利用方面进行了长期研究；研究了适合潮流发电的水轮机转轮及叶片翼型，获得了多项发明专利；利用先进的 CFD 技术模拟发电装置的各种运行工况，并优化了水能转化机构。目前单机的发电功率为 1.5~10kW，效率达到国际领先水平。2 应用说明潮流发电技术主要用于建设孤立电源系统，或在获得特殊许可情况下向电网供电。在进行发电厂站选址设计时，需开展充分调研，获取必要的信息，如海洋或河流的水文数据（如常年的水流速度、水位、含沙量等）、对电能质量及容量的需求、储能方式等。 潮流发电技术不涉及建设移民，工程量小，发电装置的安装简单、便利，基本上不抬高洋面或河面，对生态环境没有影响。因此，潮流发电技术除了适用于能源相对缺乏的我国东部和东南沿海地区以开发丰富的海洋能外，尤其适合在偏远山区、西藏等生态脆弱的地区开发内陆河流的水能，满足社会发展和人们生活的需要。3 应用范围潮流发电技术一般适用于开发非集中的河流水能和海洋能，因而发电机组的单机容量一般小于 10kW（尤其在海洋环境中）。如果在内陆河流上开发电能，配置相应的变速装置后可达到数百 kW。潮流发电技术最佳的应用流速为 2.5~6 m/s。流速在 1.0~2.0 m/s 时，属于技术可利用范围，但随着流速降低项目经济性变差。

织构化表面在不改变材料本身的情况下，可获得特殊的表面性能。近年来，随着摩擦学理论和实验研究的深入，织构表面作为改变机械摩擦性能的可控技术近年来受到国内外学者的广泛重视，摩擦副表面上规则表面形貌几何造型的设计、加工、试验以及数值分析日益成为研究的热点，针对摩擦学材料表面织构化的研究越来越多。 本项目运用平均流量雷诺方程建立圆坑织构表面微流体动压模型。分析了无限大摩擦接触面织构参数对流体动压润滑影响，并提供了新的优化方法。 本项目可运用电化学法、掩膜压印法和激光加工等方法高效的制备大面积织构表面。图1为电化学法制备的圆坑表面。

小型风力发电是风能利用的重要途径，分为垂直轴风力发电和水平轴风力发电两种形式，其中小型垂直轴风力发电装置的发电功率从几百瓦到几十千瓦之间，具有结构简单、造价低；组装维护简单方便；启动风速低，抗风能力强、安全性好；适用场所广；噪音低、美观等优点。因此，美国、欧洲等发达国家出台了许多激励政策，大力扶持小型垂直轴风电技术的发展和应用。在这些国家，小型垂直轴风力发电已是家庭和公共设施用电的重要形式之一。 大型风力发电机组在较大风速下才能正常工作，存在易损坏、运输、安装难度大、上网困难、投资大等问题，鉴于大型风电场建设的弊端，国家能源局正在调整风电的发展策略，在继续推进大型风电基地的基础上，将着重进行中小型风电项目的建设。小型风力发电技术市场前景广阔，既可用于家庭和公共设施，又可用于农村、偏远地区、海上等连接电网困难、用电不便的地区，从而缓解国家电力集团节能降耗压力，促进我国不发达地区的经济建设，具有巨大的市场和潜在的经济效益。 北航在风力发电技术方面有着长期的研究基础，承担了传统大型叶片、垂直轴发电装置、集风式发电装置等多项国家863、国家973项目，形成了集设计、材料、制造、电控等为一体的专业齐全、技术融合的研发团队。已针对小型垂直轴风力发电技术进行了深入研究，设计出百瓦至千瓦级系列小型垂直轴风力发电装置，拥有从气动设计、结构设计到材料工艺、发电机、控制系统的全套技术。针对不同风况和应用场合开发出了多台样机，能够在2m/s的风速下启动，实现了照明工程与城市景观相结合，风力发电与光伏发电相结合，单机发电与多机成网相结合，同时还具有发电效率高、噪声小、外形美观、安全性好、运输安装方便、适用场所广等特点。