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未知自由曲面复杂零件再设计与直接加工技术
项目简介
针对制约我国机械装备行业发展与提升的复杂关键零部件再设计与快速加工等技术瓶颈，以影响整机性能的机械装备凸轮、汽轮机叶片、螺杆压缩机转子、增压器叶轮等为研究对象，着力构建未知自由曲面复杂零件再设计技术与数据点云直接加工技术的集成创新，使再设计效率和直接加工精度得到极大提高，技术水平和产业化成果达到国内同类研究和应用的领先水平。
技术指标
(1)未知自由曲面复杂零件的高精高效数字化技术。研究了基于蚁群算法和遗传算法的多特征测量路径规划技术、曲率连续自适应测量技术、BP 人工神经网络重定位技术、Delaunay 半径补偿技术等，开发了“复杂未知自由曲面三维智能测量系统”，为高精高效数字化奠定了基础。
(2)基于多分辨分析的曲线曲面控制顶点光顺技术。针对传统光顺算法计算效率极低，细节难于保留等问题，研究了二进小波多分辨快速光顺技术和有理数尺度小波的任意分辨率光顺技术，首创了“曲线曲面多分辨分析光顺系统”，兼顾了光顺的整体性和局部性。
(3)复杂零件的三维再设计质量控制技术。针对多分辨光顺尺度无法确定，光顺效果评判手段有限等难题，研究了基于线性假设和逆问题的多分辨光顺精度控制技术、基于极限反射法的曲面品质分析技术，开发了“极限反射法曲面品质分析系统”，实现了光顺尺度的快速反算，消除了视点和光源对评判结果的影响。
(4)双映射法数据点云直接加工技术。针对 CAD 建模及传统数控加工所引起的累计误差，研究了双映射散乱点云结构拓扑技术、数据点云全干涉检查技术、无干涉刀具加工路径规划技术，开发了“数据点云直接刀具规划与加工系统”，实现了数据点云的直接加工，填补了国内在该领域的空白。
效益分析
项目研究成果使系统的测量精度提高了 1 个数量级，测量效率提高了 3 倍以上，再设计周期缩短了 30%，在机床允许条件下，未知原型零件的直接加工精度可达μm 级。项目成果在无锡透平叶片有限公司、无锡压缩机股份有限公司和无锡沃凯精密机械制造有限公司等得到成功应用，研究成果获发明专利 7 项，软件著作权 7 项，发表论文 64 篇，SCI 收录 9 篇。
应用情况
本成果有助于提升企业研发实力与效率，降低研发成本，提升企业技术水平和核心竞争力。首创的数据点云直接加工技术，缩短了企业的工艺流程，提升了产品的加工效率与制造精度，降低了废品率，对企业的节能减排和绿色制造同样有显著作用。项目在机械装备行业有极好的推广应用价值和社会效益。
江南大学
2021-04-13
淀粉加工关键酶制剂的创制及工业化应用技术
本项目获 2019 年国家技术发明二等奖 淀粉加工用酶是食品工业用量最大的酶制剂。目前我国淀粉加工关键酶制剂匮乏或被国外垄断，导致一些淀粉加工技术难以实现或优势不足，因此亟需开发 具有自主知识产权的酶制剂，构建淀粉加工关键酶共性技术的研发体系。
江南大学
2021-04-11
新型人工电磁材料的开发与应用 （左右手复合材料）
围绕新型人工电磁材料传输特性、对称及非对称人工电磁材料、人工电磁材料对天线及其现代通信各频段天线性能改进等现代应用，申报相关国家发明专利40多项，其中20多项已经获得授权，可以针对不同应用解决新型人工电磁材料系列核心技术问题，达到微细结构设计、特性精确控制（调控）。主要合作单位有福建星海通信科技有限公司和中国船舶重工集团公司第七二五研究所厦门分部等。
厦门大学
2021-04-11
一种钒酸锂负极材料、负极、电池以及负极材料制备方法
本发明公开了一种钒酸锂负极材料、负极、电池以及负极材料 的制备方法，属于电池领域，钒酸锂负极材料为核壳结构，其核部为 钒酸锂，其壳部为包覆层，钒酸锂为纳米级颗粒或者为纳米级颗粒形 成的微米级的二次颗粒，所述包覆层厚度为 2～30nm，包覆层包括导 电性包覆层或/和稳定性包覆层。通过化学气相沉积方法以惰性气体为 载气将有机碳源带入高温反应器中，在核部表面形成无定型碳或者石 墨化碳的导电性包覆层。采用真空镀膜、磁控溅射、
华中科技大学
2021-04-14
刚性室温热电材料和离子液体调制的柔性热电材料方面研究
热电材料是一种可以将热能和电能进行直接转换的新能源材料，基于热电技术制备的热电发电或制冷器件具有无活动部件、无污染、无噪声等优点。传统的经典碲化铋基室温热电材料是目前唯一被商业化量产应用的热电材料，主要应用于固态制冷。虽然该材料含有的Te元素丰度极低，并且力学性能不佳，但是自上世纪60年代被发现以来，一直被工业界沿用至今，没有可替代的材料。随着物联
南方科技大学
2021-04-14
透明防伪材料—光变色薄膜
根据多层膜光学干涉的原理，当光线照射到薄膜，在进入各膜层时由于各膜层的光 学性质不一样使得有些光相干相长，有些光相干相消，随着观察者视角的变化薄膜呈现 不同的颜色。早在 1973 年加拿大国家研究院的 J.A.Dob-railski 等人就预见了变色薄 膜在防伪领域中的应用前景，并于 1987 年首次应用于 50 圆的货币上。稍后美国人也研 制出有金色变到绿色的全介质变色薄膜。再以后又有人与瑞士 SICPA 公司合作将变色薄 膜作为颜料掺入到油墨中，研制成光变色油墨。现在许多国家的护照、签证和货币上都 用上了光变色油墨。 光变色薄膜的光变色功能来自于多层膜的复合特性，光变色效果与组成该薄膜的各 膜层的材料性质、厚度以及膜层之间的组合有关。薄膜多采用金属膜与金属氧化物介质 组合，用物理方法（如热蒸发、电子束或离子镀、磁控溅射等）镀制薄膜。金属氧化物 介质膜用物理方法镀制质量控制比较困难，效率低，成本也比较高。同济大学课题组用 气凝胶或有机材料替代金属氧化物，材料性能稳定，可进行大面积快速涂膜，效率大大 提高，成本也很低。
同济大学
2021-04-11
变储能建筑材料
相变储能建筑材料是一种新型建筑节能功能材料，利用相变储能材料可以使传统能 源和可再生能源在时间和地点上进行流转，自动优化能源供应和需求之间的匹配，属于 智能能源概念，在建筑中应用这种材料可以显著提高建筑物的能源利用效率。其应用方 式主要有两种。 一为通过相变储能建筑材料提高建筑物对太阳能等可再生能源的利用率，降低建筑 物对传统能源的消耗。冬季，太阳能热丰富的时间为晴天和白天，而我们对太阳能热需 求的时间是晚上和阴天，二者之间存在明显的时间不匹配性。利用相变储能建筑材料蓄 存白天和晴好天气时的太阳能，在夜间或阴天将蓄存的太阳热释放出来，使得建筑物利 用太阳能的时间从白天和晴天延长到夜间和阴天，提高建筑物利用太阳能的量。 第二种方式为利用相变储能建筑材料开发电力峰谷差“绿色能源”。在盛夏或严寒时 节，空调或其它取暖设备往往集中使用，造成电力紧张，供不应求，而在其它时段又出 现电力过剩的现象，出现所谓的电力峰谷现象。为消除峰谷现象，电力公司将峰时电价 定为谷时电价的数倍，以鼓励电力用户多使用谷时电。在电力需求的波谷时段，可采用 相变储能复合材料蓄存由空调或制热设备产生的冷量和热量，用于电力波峰时段，降低 空调等设备在波峰时段的用电强度，可从用户侧的角度减小电力峰谷差，实现节电、节 能和节约资源的效果。 此外，相变储能建筑材料还可提高建筑物的热稳定性和热惰性，减缓建筑物室内的 温度波动，在提高室内热舒适度的同时，降低空调制冷或加热设施的启、停频率和运行 时间，并达到降低建筑能耗的目的。
同济大学
2021-04-11
锂离子电池电极材料
锂离子电池负极材料主要包括天然石墨、人造石墨、焦碳和碳纤维等。作为电极材 料的活性物质，对碳材料的要求有许多方面：如放电比容量、颗粒大小和比表面积、电 极极化性能、充放电稳定性等。目前国内外有许多研究单位在探索新的制备工艺来改善 电极性能。 采用常压干燥技术，成功地制备了碳气凝胶材料，通过控制制备条件，实现了碳气 凝胶材料微结构人为裁剪与控制。这些新型储能器件具有重量轻、体能密度高、无污染 等优点，是新一代绿色能源材料。多孔碳电极用于锂电池将优于枝晶锂电池，传统的电 极充电时枝晶会在阴极上成核，当枝晶越过电极跨度时将造成短路，从而限制了充电次 数。用多孔碳做电极时，锂离子嵌在石墨结构中，防止了锂金属的沉积和枝晶的形成， 而丰富的孔洞可提高电极与电池溶液的接触面积。碳气凝胶是由间苯二酚和甲醛在碱性 催化剂作用下，通过溶胶-凝胶和炭化工艺制备而成的。通过控制水和催化剂的用量， 可以控制其孔洞结构和密度，它的干燥过程也正由管来的超临界干燥向常压干燥发展， 以便降低气制备成本，改善其性能，使其得到更广泛的应用。碳气凝胶也可能成为电池 材料的理想选择。
同济大学
2021-04-11
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