一、成果简介 “生猪及其产品可追溯体系的研究”项目是将信息技术应用于生猪养殖和猪肉生产的全过程，对生猪繁育、饲养、屠宰和猪肉产品加工、流通等各环节，建立标识制度和溯源制度。通过对生猪活体、猪肉产品等进行标识，在养殖、生产场所实施危害分析与关键控制点管理，建立中央数据库和信息传递系统，采集、转换和记录各生产环节的关键信息，实现了生猪的疫病可追溯管理及其产品的质量可追溯管理。其核心技术内容包括：建立了中国生猪及其产品可追溯体系的技术标准架构；创新设计的二

超临界锅炉关键技术的研究是上海市重点工业科技攻关项目。超临界压力变压运行大型火力发电机组是火力发电的发展方向，具有显著的经济效益，我国决定开发国际上最先进的600MW―1000MW超临界压力变压运行大型直流锅炉，本项目在引进技术的基础上，针对超临界锅炉的关键技术，在实际参数条件下进行了深入系统的试验的理论研究。它对提高我国大型锅炉的设计水平和保证锅炉性能的

本项目获 2015 年中国专利金奖，2015 年江苏省科学技术奖一等奖。 从上世纪 90 年代起开展了益生菌的大规模分离和筛选，得到了 20 多株具有重要益生功能和自主知识产权的专利菌株。课题组应用以上优良菌种和核心技术， 陆续研发了畅优发酵乳、畅优 ST-III 乳酸菌饮料、莫斯利安常温酸奶等新型发酵乳制品，市场增长率达到 50%，实现销售收入 120 多亿元，不仅创造了良好的 经济效益，而且树立了科技创新、引领中国乳业健康成长的标杆。成果的技术指标、创新性与先进性 （1）系统评价了 26 株专利菌株及其发酵乳的保健功能，植物乳杆菌 ST-III 对胆固醇的去除率为 45.17%，乳酸片球菌 P9 对李斯特菌的抑制率达 48.2%；对15 株典型益生菌菌株进行了全基因组测序和精细图谱绘制，覆盖率达到 260 倍以上，完成 10 株典型菌株的比较基因组分析，发现 ST-III 的耐酸和耐盐的分子机制等。 （2）开发氢氧型弱碱性阴离子交换、细胞微囊固定化高密度培养技术，活菌数分别达到 1.0×1011 cfu/mL 和 2.7×1011 cfu/g 以上，开发陶瓷微滤膜浓缩装置，浓缩倍率达 50 倍以上。 （3）开发新型液氮深冷发酵剂，实现超浓缩发酵剂的瞬时造粒，菌体存活率达 99%；液芯包囊新型发酵剂，4℃保藏一年菌体浓度达 1011 -1012cfu/g；生物膜载体新型发酵剂，热风干燥的菌浓度达 1010 cfu/g。 （4）开发高剪切粘度损失控制和二次巴杀技术，打破酸奶无法长期常温存 放的难题，实现酸奶常温下 5 个月以上的货架期；开发益生菌协同发酵技术，首创了国内植物乳杆菌发酵乳制品，成为全球销量最大的植物乳杆菌发酵乳制品。针对优良菌株进行了系统的功能评价和二次开发，解析了专利菌的益生性状、 生理特性、遗传背景及环境因子作用规律。基于终产物抑制解除、损伤修复、生物膜培养和胶囊化保护等机制开发了载体保护、反馈抑制解除、抗环境胁迫等高密度培养技术，并开发了液氮深冷、液芯包囊、生物膜载体等新型发酵剂产品。 以产业化生产为导向，攻克了益生菌协同发酵、低温长时发酵、高剪切粘度控制及质构保持、二次巴氏杀菌等新型发酵技术及生产工艺。形成了益生菌发酵乳制品的系统生产技术体系，开发出了系列新型益生菌发酵乳产品并实现了产业化生产。

材料科学与工程系副教授刘玮书课题组在Mg2Sb1.5Bi0.5:Mn0.01刚性室温热电材料和离子液体调制的PEDOT:PSS/IL 柔性热电材料方面取得研究新进展，相关成果分别发表在Research和Journal of Materiomics上。 在刚性Mg基新型室温热电材料方面，刘玮书课题组与南科大物理系张文清教授和黄丽副教授合作，揭示了基于电子输运通道保护思想的功率因子增益策略，提升了Mg热电材料的室温性能。相关成果以“The Electronic Transport Channel Protection and Tuning in Real Space to Boost the Thermoelectric Performance of Mg3+δSb2-yBiy near Room Temperature”为题发表在由中国科协与《Science》杂志合办的高水平综合性期刊Research上。 在柔性PEDOT基新型室温热电材料方面，刘玮书课题组在离子液体改性PEDOT/IL有机柔性热电薄膜材料研究的基础上，加入了还原剂调控导电聚合物链氧化态优化策略，使材料在保持良好的力学性能的同时，提高薄膜的塞贝克系数从而达到优化薄膜性能的目的。相关成果以“Enhanced thermoelectric performances of flexible PEDOT:PSS film by synergistically tuning the ordering structure and oxidation state”为题发表在中国硅酸盐学会主办的高水平期刊Journal of Materiomics上。

目前生产氯碱工业阴极电极的工艺主要是涂刷热分解法和电化学沉积法, 它们制备的电极容易出现“龟裂"和颗粒堆积现象（图A）,使电极结构不够 稳定，在电解条件下造成电极涂层剥落，活性位点不能完全暴露（图B）,电极 催化性能衰减，槽电压升高；此外，电极在制备过程中容易夹带部分有机溶剂， 在后续爐烧过程中污染/覆盖电极表面。针对上述问题，本项目采用水热合成 法制备一种新型电极，该电极表面涂层呈现开放式纳米棒状结构（图C）, 溶液和气体在电极表面可以自由进出（图D）,能够充分暴露活性位点，提高催 化活性。并使槽压降低200 mV,电流密度增加500 A/m ,能耗降低13.3%。目 前，该析氢及析氯电极已经具有完全自主知识产权，满足替代传统氯碱工业电极 材料的要求，属于国际一流国内领军的高新技术。 市场及经济效益分析： 我国2011年至2013年，全国烧碱产量分别为2466、2698. 6、2854. 1 万吨，而2014年上半年就已生产1580万吨，我国每年的烧碱产量都在缓慢增加。 所以采用新型电极降低槽电压，争取大力度的节能降耗显然是十分必要的。本产 品是运用于氯碱工业电解槽的新型电极，相比于传统电极，该电极具有更低的过 电位且使用寿命更长，由此我们确定我们的目标市场是全国范围内的氯碱厂，由 于目前国内只有北化机一家具有此项技术，所以市场竞争相对较小，市场需求 巨大，产业前景广阔，国内市场容量每10万吨离子膜烧碱需要3600m2阴电 极，我国氯碱需求巨大市场容量大。

“秸秆还田”是增加土地有机碳含量提高土地持续生产能力及节省人力物 力的有效方法。但是此法达到预期效果的时间周期长，而且容易造成耕地问题 保水性变差等一系列问题。据调查，我国仅因氮肥流失造成的损失每年在 400 亿元以上，且部分地区由于施肥不当已引起严重的环境污染。 数据显示：若将土壤有机质含量提高 1%的话，相当于土壤从空气中净吸收 了 306 亿吨 CO2。每增加 0.1 个百分点的土壤有机质含量就可释放 600-800 千克 /公顷的粮食生产潜力。如果将秸秆经过热解炭化转化为生物炭，并与化肥进行 调质处理后施用可实现两全其美。 

“秸秆还田”是增加土地有机碳含量提高土地持续生产能力及节省人力物力的有效方法。但是此法达到预期效果的时间周期长，而且容易造成耕地问题保水性变差等一系列问题。据调查，我国仅因氮肥流失造成的损失每年在400亿元以上，且部分地区由于施肥不当已引起严重的环境污染。 数据显示：若将土壤有机质含量提高1%的话，相当于土壤从空气中净吸收了306亿吨CO2。每增加0.1个百分点的土壤有机质含量就可释放600-800千克/公顷的粮食生产潜力。如果将秸秆经过热解炭化转化为生

主要作了以下几方面探索： 在低维纳米结构的合成、纳米光电器件制造与性能分析方面有良好的研究基础。在纳米光电器件方面，长期从事纳米光电器件的研究与开发，已经成功地合成了一系列纳米结构以及它们异质和复合纳米结构，如TiO2、ZnO、ZnS、ZnS/ZnO 等，并在此基础上制造了基于单个纳米结构的光电器件，测试了其性能。其中发表在国际顶尖一区期刊《Advanced Materials》上的论文被美国加州大学、中科院重点实验室、澳大利亚昆士兰大学等相关课题组报道，被《Nature Communications》、 《Advanced Materials》、《Advanced Function Materials》、《Scientific Reports》等国际著名刊物引用达 123 次；发表在国际顶尖一区期刊《Advanced FunctionMaterials》上的论文被北京大学、清华大学、香港理工大学、台湾国立大学、新加坡南洋理工大学、日本东北大学、美国华盛顿大学等国际名校相关课题组报道，被《Advanced Materials》、《Advanced FunctionMaterials》、《Scientific Reports》、《Energy & Environmental Science》等国际著名刊物引用达 62 次。 在YBa2Cu3O7-δ/ La1-xCaxMnO3氧化物超导与铁磁双层结构中，观察到磁相关的近邻和耦合效应。证明了超导层中的迈斯纳电流与磁层耦合提供的磁场之间存在的相互作用，并明确了来自于超导层的空穴电荷传输到反铁磁层内，使得在靠近超导层的反铁磁薄层内电荷的重新分布，进而发生了铁磁性转变的物理机制。在锰氧化物和铜氧化物组成的铁磁/超导/铁磁/反铁磁异质结中观察到大的负磁阻峰，这是在接近超导转变温度附近的混合态所具有的独特现象，是自旋相关的界面散射的实验证据；另外，我们还发现该类氧化物铁磁/超导异质结中系统发现磁阻峰即随温度变化，其磁阻峰发生正、负性逆转的奇特效应，这是YBa2Cu3O7-δ正磁阻和La0.7Sr0.3MnO3负磁阻相互竞争的结果。其次，利用飞秒激光泵浦探测技术对YBCO/LCMO 异质结进行了泵浦探测，观测了低温下铁磁序和超导序的竞争情况，为进一步研究 YBCO/LCMO 的近邻效应打下了基础。 在 具 有 不 同YSZ(yttria-stabilized zirconia) 掺 杂 量 的YBCO/YSZ 准多层膜中观察到 YSZ 掺杂薄膜发生了化学反应，导致了具有纳米数量级钙钛矿异质相BaZrO3粒子的形成。BaZrO3粒子的形成促使了晶格的不匹配以致沉积中形成了c-轴关联的缺陷。角度相关的J c (H,T)在 H//c区域附近出现的二次峰揭示了c-轴关联缺陷的存在。基于各向异性磁通钉扎理论，我们分离了各向同性钉扎和各向异性钉扎对临界电流密度的贡献。分析表明所研究的准多层膜中产生了各向异性的缺陷，由此形成强钉扎中心，使得准多层膜在高场下仍具有较高的临界电流密度。 应用唯象含时Ginzburg-Landau 理论并使用有限元方法研究了二维、三维介观超导体的涡旋态性质。对于具有不同形状和不同方向外场作用下的介观超导体中观察到了涡旋管交叉缠绕现象。其次，通过对电流驱使下的含弱连接的介观超导带的分析，观察到了介观超导带磁化强度随时间的周期性变化。另外,在我们所研究的小超导环中出现了稳定多涡旋态。随着内半径的增长,我们发现了稳定基态的(l:L)和(2:L)多涡旋态现象。 该项目已获上海市自然基金项目立项支持。

首先，对干旱沙漠地区电气化铁路牵引供电系统防雷失效风险进行评估。其次，通过评估确定干旱沙漠地区电气化铁路接触网雷电防护方案和电气化铁路牵引变电所雷电防护方案。牵引变电所雷电防护主要从一次系统和二次系统展开防雷保护。一次系统直击雷的防护方案就是采用避雷针；电压等级相对较低的牵引变电所二次设备雷电防护方案主要采用接地、设置电涌保护器、屏蔽和隔离。最后，对避雷器设备在线检测方案进行了研究。通过对氧化避雷器MOA泄漏电流检测的原理和方法进行了研究，设计了无线多点MOA在线检测系统。

众所周知，盐放入水中会发生溶解，溶解的离子与水分子结合在一起形成的团簇称为水合离子或离子水合物。水合离子的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点。早在19世纪末，人们就意识到离子水合作用的存在并开始了系统的研究，最早的实验研究可以追溯到1900年德国著名物理化学家Walther Nernst的迁移实验（Transference experiments）。虽然经过了一百多年的努力，离子的水合壳层数、各个水合层中水分子的数目和构型、水合离子对水氢键结构的影响、决定水合离子输运性质的微观因素等诸多问题，至今仍没有定论。究其原因，关键在于缺乏原子尺度的实验表征手段，以及精准可靠的计算模拟方法。传统的谱学和衍射技术空间分辨能力较差，只能得到平均效应，无法探测局域环境的影响，实验数据的解释异常困难，甚至得出完全矛盾的结论，因此受到很大的限制。另一方面，由于水分子具有全量子化效应，且水分子与离子相互作用也非常微弱，这对理论计算也是巨大的挑战。图2 钠离子水合物的原子级分辨成像。从左至右，依次为五种离子水合物的原子结构图、扫描隧道显微镜图、原子力显微镜图和原子力成像模拟图。图像尺寸：1.5 nm ×1.5 nm。 为了突破实验上的瓶颈，研究人员基于扫描隧道显微镜发展了一套独特的离子操控技术，在氯化钠表面上可控的制备出了单个水合钠离子，水分子的数目精确可调，为高分辨成像创造了条件。在此基础上，他们利用之前发展起来的非侵扰式原子力显微镜成像技术，依靠及其微弱的高阶静电力，克服了针尖对弱键合水合离子的扰动并首次实现了原子级分辨表征，精确确定了其微观吸附构型（图2）。这也是水合离子的概念提出一百多年来，首次在实验中直接“看到”水合离子的原子级图像。 进一步，研究人员利用带电的针尖作为电极，控制单个水合离子在氯化钠表面上的定向输运，发现了一种有趣的幻数效应：包含有特定数目水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力，迁移率比其他水合物要高1-2个量级，甚至远高于体相离子的迁移率（图3）。结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟，他们发现这种幻数效应来源于离子水合物与表面晶格的对称性匹配程度，而且可以在很大一个温度范围内存在（包括室温）。此外，研究人员还发现这种幻数效应具有一定的普适性，适用于相当一部分盐离子体系。图3 钠离子水合物在NaCl表面输运的幻数效应。a，效果图：包含3个水分子的水合物具有异常强的扩散能力。 b，分子动力学模拟得到的不同离子水合物在225K-300K下1ns时间内扩散的均方位移。 水溶液中的离子输运研究长期以来都是基于连续介质模型，而忽略了离子与水相互作用以及离子水合物和界面相互作用的微观细节。该工作首次建立了离子水合物的微观结构和输运性质之间的直接关联，刷新了人们对于受限体系中离子输运的传统认识。该项研究的结果表明，可以通过改变表面晶格的对称性和周期性来控制受限环境或纳米流体中离子的输运，从而达到选择性增强或减弱某种离子输运能力的目的，这对很多相关的应用领域都具有重要的潜在意义，比如：离子电池、防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等等。此外，该工作发展的实验技术也首次将水合相互作用的研究精度推向了原子层次，未来有望应用到更多更广泛的水合物体系，开辟全新的研究领域。 该工作得到了Nature三个不同领域审稿人的一致好评和欣赏（Overall, I enjoyed reading this manuscript），认为该工作“会马上引起理论和应用表面科学领域的广泛兴趣”（The results presented in this manuscript are of immediate interest to the communities dealing with theoretical and applied surface science），“为在纳米尺度控制表面上的水合离子输运提供了新的途径并可以拓展到其他水合体系”（This result may open a venue for controlling diffusion transport on nano-engineered crystal surfaces and it may be also extended to other hydration systems）。