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基于形状记忆聚合物的一种新型的 “万能抓手”策略
浙江大学航空航天学院宋吉舟教授团队,便基于形状记忆聚合物,提出了一种新型的“万能抓手”策略。这个“万能抓手”的载体非常简单,就是一块智能“塑料”。别瞧它结构简单,本领可不小,它可以把目标物体“锁”在体内,轻松地抓取1微米到1米大小之间任何形状的物体。 目前这一研究成果已发表在知名学术期刊《科学进展》(Science Advances)上,文章共同第一作者为浙江大学航空航天学院硕士生令狐昌鸿和博士生张顺,通讯作者为浙江大学航空航天学院宋吉舟教授。 宋吉舟教授团队的“万能抓手”何以做到“探囊取物”?靠的便是形状记忆聚合物。形状记忆聚合物是一种特殊的智能材料,论其特殊,就特殊在它的“逆来顺受”:在外部刺激作用(如光、热)控制下,形状记忆聚合物可软可硬,在受到一定的外力作用导致变形后,它就能保持这个变形后的形状,可谓“顺其自然”;然而在一定的外部刺激作用下,它又会变回原来的样子。目前形状记忆聚合物已经被广泛用于智能织物、电子包装管的热收缩膜、航空器太阳能帆板展开机构、智能医药器件等领域。 宋吉舟教授团队的新策略:第一步,就是抓取物体时,先在外部刺激作用下,让形状记忆聚合物变得柔软,趁此机会将物体或者物体表面的结构嵌入其中;第二步,去掉外部刺激,让形状记忆聚合物变回刚硬的状态,保持住该变形的临时形状,将物体“锁住”,从而把物体抓取起来;第三步,等把物体转移到目的地之后,再次施加外部刺激,形状记忆聚合物就会恢复初始形状,将物体“解锁”释放。 形状记忆聚合物万能抓手抓取和释放物体的流程示意图 形状记忆聚合物这块智能 “ 塑料 ” ,就好像是一把有魔力的万能锁,能锁住世间万物:为了获取 “ 猎物 ” ,它 先 变成柔软的橡皮泥,把物体柔柔地包住,然后变成坚硬的石头,把物体牢牢地锁住,等把物体 “ 押送 ” 到目的地,又会重新变成软软的橡皮泥并释放物体。宋吉舟教授介绍,这把 “ 万能锁 ” 能在典型的三维结构物体上产生很大的抓力,包括球体、方块、管状物体、螺栓、螺母、枣核、钥匙串等;更厉害的是,它还能像壁虎一样, 粘附在物体表面 ,不论物体表面光滑还是粗糙。 形状记忆聚合物万能抓手对典型宏观物体的抓力   那么对于尺寸小的物体,这个抓手又是如何发挥功效的呢?当物体尺寸小到微观尺度(100微米左右或者更小),物体受到的表面力,特别是与抓手的粘附作用强,会给物体的释放带来较大的挑战。在该设计中,抓手通过把物体或者物体表面的结构锁在其内部实现抓取,不依赖抓手的粘附力,所以当粘附力给物体释放带来挑战时,就可以在抓手表面镀上一层特殊材料,或者增加抓手表面粗糙度来减弱粘附,从而实现物体释放。这样,即使是75微米大小的不规则铁颗粒或者是直径10微米的二氧化硅球,也能顺利从形状记忆聚合物万能抓手上得到释放。 使用形状记忆聚合物万能抓手操纵75 微米的不规则铁颗粒和10微米直径的二氧化硅球 “微观抓手就像微观世界里的吊车,可以用它在微观世界里搭建‘建筑’,制作特殊的光电器件。”令狐昌鸿说,“这个抓手在微观视角下还有一个优势,就是一个抓手就是数以万计的微观吊车,可以高效地在微观世界工作。” 谈及具体应用,宋吉舟教授表示,在柔性电子制备中,最重要的一步就是微观元器件的快速组装,即把制备基底上数以万计或者更多的维纳元器件转移到柔性的使用基底上。以往的方法都依靠粘附来一次性抓取这些元器件,但是释放的时候粘附就变成了限制因素。而宋吉舟教授课题组提出的这个策略,完全不依赖粘附,为柔性电子的制备提供了一种新思路,有望推进柔性电子的工业化进程。 使用形状记忆聚合物万能抓手组装柔性电子器件的简单展示 该项目得到了国家973计划、国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金等的支持。
浙江大学 2021-04-10
利用新型植物生物反应器的进行种苗的工厂化扩繁
 传统的植物组织培养的方法是以琼脂为支持物的半固体或固体培养。固体、半固体培养是一个劳动密集型技术,需要大量的手工劳动,导致生产成本居高不下。液体培养易于操控,适合大规模的组培生产,但是由于组培苗长期的浸泡在液体中,无法进行有效的气体交换,组培苗玻璃化情况严重、抗逆性较差,栽培死亡率高,也增加了生产成本。随着植物组织培养产业日益兴盛,传统的固体、半固体培养及液体培养模式已经满足不了产业的需求。新型生物反应器采用间歇浸没培养模式和自动化控制技术,并以半夏等药用植物为材料进行试验,优化该装置的浸没频率等参数,实现了高通量植物种苗的工厂化扩繁。与传统的培养模式作比较,无论在培养周期、种苗质量上均较优。由于通量大,在育种上的应用节省了时间和人力、物力,效率大大提高,达到产业化应用水平。项目技术优势间歇浸没培养系统结合了固体培养(最大化气体交换)和液体培养(营养充分的吸收)的优点,在很多种植物幼苗和体细胞胚体的培养中占有一定的优势,植物的长势情况和增殖率比传统的固体培养、半固体培养和液体培养都要好,所获得的幼苗和体细胞胚体质量高,更能很好的适应环境,移栽成活率较高。间歇浸没培养模式采用程序控制,自动化程度高,大大的减少了劳动力的消耗,生产成本和传统的模式相比大幅度的降低,在商业化生产上占有很大的优势。①.减少甚至避免玻璃化 实验证明,增加通风和植物材料间歇的接触液体培养基是降低玻璃化的有效方法,而间歇浸没培养系统正好具备这两个特征。②.组培苗环境适应性强 利用传统的培养方式获得的组培苗,对环境适应能力较弱,在炼苗阶段由于环境变化较大,一般成活率较低。但间歇浸没系统获得的植物由于在培养时就进行了外界空气的锻炼,因此,绝大多数能够成功的适应环境,炼苗成活率较高。
南京工业大学 2021-04-13
利用新型植物生物反应器的进行种苗的工厂化扩繁
传统的植物组织培养的方法是以琼脂为支持物的半固体或固体培养。固体、半固体培养是一个劳动密集型技术,需要大量的手工劳动,导致生产成本居高不下。液体培养易于操控,适合大规模的组培生产,但是由于组培苗长期的浸泡在液体中,无法进行有效的气体交换,组培苗玻璃化情况严重、抗逆性较差,栽培死亡率高,也增加了生产成本。随着植物组织培养产业日益兴盛,传统的固体、半固体培养及液体培养模式已经满足不了产业的需求。 新型生物反应器采用间歇浸没培养模式和自动化控制技术,并以半夏等药用植物为材料进行试验,优化该装置的浸没频率等参数,实现了高通量植物种苗的工厂化扩繁。与传统的培养模式作比较,无论在培养周期、种苗质量上均较优。由于通量大,在育种上的应用节省了时间和人力、物力,效率大大提高,达到产业化应用水平。 项目技术优势 间歇浸没培养系统结合了固体培养(最大化气体交换)和液体培养(营养充分的吸收)的优点,在很多种植物幼苗和体细胞胚体的培养中占有一定的优势,植物的长势情况和增殖率比传统的固体培养、半固体培养和液体培养都要好,所获得的幼苗和体细胞胚体质量高,更能很好的适应环境,移栽成活率较高。间歇浸没培养模式采用程序控制,自动化程度高,大大的减少了劳动力的消耗,生产成本和传统的模式相比大幅度的降低,在商业化生产上占有很大的优势。 ①.减少甚至避免玻璃化实验证明,增加通风和植物材料间歇的接触液体培养基是降低玻璃化的有效方法,而间歇浸没培养系统正好具备这两个特征。 ②.组培苗环境适应性强利用传统的培养方式获得的组培苗,对环境适应能力较弱,在炼苗阶段由于环境变化较大,一般成活率较低。但间歇浸没系统获得的植物由于在培养时就进行了外界空气的锻炼,因此,绝大多数能够成功的适应环境,炼苗成活率较高。 技术成果 本项目已利用新型生物反应器进行了半夏、铁皮石斛、大蒜、百合等经济植物的扩繁。 目前本项目已申请发明专利1项,实用新型专利2项:
南京工业大学 2021-01-12
信息物理融合的CVT群体计量误差评估模型 实现CVT个体计量误差状态的在线评估
电容式电压互感器(CVT)给电能表提供电压信号,其测量误差直接影响电能计量的准确性。CVT在110kV及以上变电站中得到了广泛应用,然而CVT长期运行后易出现误差异常。为了跟踪CVT的计量误差状态变化,一般采用基于标准器比对的定期停电检定法,但由于变电站停电困难等原因, CVT往往无法按期检定,导致长期运行准确性难以得到保证。
南方科技大学 2021-04-14
信息物理融合的CVT群体计量误差评估模型实现CVT个体计量误差状态的在线评估
以IEEE Fellow A.G.Phadk为代表研究了CVT预检定在线评估方法,首先对站内部分CVT进行停电检定,再通过对变电站的精确建模求取其他CVT的计量误差。其缺陷在于未能完全脱离停电检定,且由于停电评估的时效性有限,无法实现CVT计量误差状态的长期动态跟踪。因此,在完全无需标准器的条件下,实现CVT计量误差状态在线评估,是计量领域的国际性难题。程然课题组通过与华中科技大学教授李红斌团队合作,通过测量学科与信息学科的交叉与融合,首次将计算智能优化的思想用于解决物理设备测量误差状态评估问题。
南方科技大学 2021-04-14
新型肺炎患者临床特征研究
2020年2月7日,武汉大学中南医院彭志勇团队在国际顶级医学期刊JAMA在线发表题为“Clinical Characteristics of 138 Hospitalized Patients With 2019 Novel Coronavirus–Infected Pneumonia in Wuhan, China”的研究成果,该研究涉及138名新型冠状病毒感染的肺炎患者的单中心病例, 在41%的患者中怀疑与人对人的医院相关的2019-nCoV传播,有26%的患者需要重症监护病房入院,而4.3%的患者死亡。NCIP全基因组测序和系统发育分析表明,2019-nCoV与与人类严重急性呼吸综合征(SARS)和中东呼吸综合征(MERS)相关的β冠状病毒截然不同。 2019-nCoV具有以下特征:冠状病毒家族,并被归类于beta冠状病毒2b谱系。2019-nCoV与蝙蝠冠状病毒非常相似,据推测蝙蝠是主要来源。尽管仍在调查2019-nCoV的起源,但目前的研究证据表明,是通过在华南海鲜批发市场非法出售的野生动物的传播造成的。
武汉大学 2021-04-10
新型稀土磁性蓄冷材料
磁性蓄冷材料是在90年代初被发现的。这些材料用于制冷机中后,使得商用制冷机的温度可达2K,效率有了突破性提高(以往这种制冷机中使用的蓄冷材料只有铅,但是因为铅的比热容在15K以下急剧下降,使得小型制冷机在10K温度以下制冷效率几乎为零,商用制冷机的最低制冷温度在8K左右)。使用磁性蓄冷材料的最大特点在于不需要重新建立一个制冷体系,只要将商品化的气体制冷机中的蓄冷材料换成磁性蓄冷材料。 Er-Ni系列磁性蓄冷材料的指标: 比热容峰值:5K~20K; 在10K以下的比热容峰值为0.35~0.81J/cm3.K; 4K到20K的比热容积分∫CdT是5.5J/cm3 新型稀土磁性蓄冷材料已经用于小型回热式低温气体制冷机产品中。这种制冷机的制冷温度在4.2K~20K,一般用于医用核磁共振成象仪、磁悬浮列车和超导发电机中冷却其大型超导磁铁、用于量子干涉仪(SQUID)、射频天文望远镜的传感器探头和军用红外探测器中以提高其灵敏度,并用于低温冷疑高真空泵中等等。使用了这种新型稀土磁性蓄冷材料替代传统蓄冷材料以后,可以使医用核磁共振成象仪等不用灌注液氦,每年仅每台医用核磁共振成象仪就可以节约16万人民币。
北京科技大学 2021-04-11
新型稀土磁性蓄冷材料
新型稀土磁性蓄冷材料是一种高熵密度磁性材料(high entropy magnetic materials),高熵密度磁性材料这一概念是磁性材料用于制冷工程时提出的。它的特点是材料的磁熵发生变化时会出现大的吸热与放热效应,可以应用于制冷技术中。利用磁性材料在经历磁相变时发生的磁熵变化,可以将高熵密度磁性材料作为磁蓄冷材料(magnetic regenerator material),用于小型回热式低温气体制冷机中。 这种制冷机的制冷温度在4.2K~20K,一般用在高技术领域,例如可用于医用核磁共振成象仪、磁悬浮列车和超导发电机中冷却其大型超导磁铁、用于量子干涉仪(SQUID)、射频天文望远镜的传感器探头和军用红外探测器中以提高其灵敏度,也可以用于低温冷疑高真空泵中等等。以往这种制冷机中使用的蓄冷材料只有铅。由于铅的比热容在15K以下急剧下降,使得小型制冷机在10K温度以下制冷效率几乎为零,制冷温度难以低于8K。要得到低于8K的制冷温度,只得附加效率极低的J-T回路。为了提高低温制冷机的制冷效率,在过去的几十年中,人们都在努力寻找在20K以下具有高比热容的材料。具有实用价值的Er—Ni系列磁性蓄冷材料是在90年代初被发现的。这些材料用于制冷机中后,使制冷机的效率有了突破性提高。 磁性蓄冷材料的最大特点是不需要重新建立一个制冷体系,只要将商品化的气体制冷机中的蓄冷材料换成磁性蓄冷材料,就可大大提高制冷机效果。因此磁蓄冷材料正在取代原来的蓄冷材料金属铅。而且由于磁性蓄冷材料的出现,推动了低温制冷机的发展。现在,不用灌液氦,用制冷机带动的医用核磁共振成象仪和超导磁体已经商品化。在这些新设备中,都必须使用磁蓄冷材料。
北京科技大学 2021-04-11
新型皮革鞣剂鞣法开发
成果描述:铁糖配合物利用来源丰富、成本较低的硫酸亚铁和糖形成二元配合物,该二元配合物进一步与胶原形成Fe(Ⅱ)-有机物-胶原的三元配合物,使得该三元配合物有抗氧化、耐热稳定性高的特点,保证在胶原网络内部形成理想的鞣性模块刚性结构,最终完成具有优良的抗氧化、高收缩温度(可达90 ℃以上)、色调浅淡的结合鞣革。为皮革的清洁无毒鞣法,废弃物可再生利用探索新途径。市场前景分析:制革工业,清洁化改造。与同类成果相比的优势分析:1.形态为淡褐色固体、液体均可;有效含量30%;10%溶液pH~3。 2.鞣制方法为结合鞣。 3.成革收缩温度>90 ℃。 4.成本低廉,适合做里子革、箱包革。 国际领先。
四川大学 2021-04-10
新型催化精馏规整填料技术
技术简介: 催化精馏技术在一个设备内整合催化反应与精馏分离,在催化反应进行的同 时,通过精馏过程把产物从体系中分离,推动反应平衡向右移动。它适用于需要 催化剂进行均相或非均相催化来提高反应速率,且反应物的转化率和催化剂的选 择性通常达不到 100%的情况。 天津大学开发的新型催化精馏规整填料技术,在实现催化精馏耦合过程的同 时,可有效提升设备的通量以及催化剂的装填量,并降低压降。相比于传统的催 32天津大学科技成果选编 化精馏填料,可提升通量 50%以上。填料内部的特殊结构设计可有效提升气液固 三相的传质,促进物料在催化剂内部的扩散,大大提升了反应效率和分离效率。 目前该技术已经在石化行业中的轻汽油醚化,MTBE,叔丁醇脱水,碳四加氢异 构化等工艺中得到了应用。 应用前景分析: 催化精馏最早应用于甲基叔丁基醚(MTBE)和乙基叔丁基醚(ETBE)等合成工 艺中,现已广泛应用于包括酯化、醚化、异构化、烷基化、叠合过程、烯烃选择 性加氢、氧化脱氢、碳一化学、水解、酯交换和其他反应过程等多种平衡反应。 化工行业中有着巨大的市场需求,且由于催化剂的活性问题,每三年即需要更换 一次,因此该需求有较好的持续性。传统捆扎包式催化精馏填料存在通量小,压 降大,易发生偏流和短路,分离和反应效率低等问题。新型崔化精馏规整填料技 术完美的解决了上述问题,目前,该填料已经在多个工艺上成功工业化应用,为 企业节约了大量的投资费用和操作成本,产品转化率等也有明显提升。 经济效益预测: 相比于传统的捆扎包式的催化精馏填料,该新型催化精馏填料技术可提升通 量 50%以上,节约固定设备初投资 30%以上,节约操作费用 30%以上。相比于 传统的先反应再分离的技术,可节约设备初投资 50%以上,节约操作费用 50% 以上。 技术成熟度:产业化项目
天津大学 2021-04-11
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