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量子相干控制超分辨荧光宽场显微成像
传统的光学显微系统受到阿贝衍射极限原理的限制，无法分辨尺度小于~200nm的事物，为了突破衍射极限，超分辨荧光显微技术应运而生，在生物成像等领域得到广泛应用。根据成像采集过程，超分辨方法主要可分为两类。一种是单分子定位显微方法（SMLM），通过荧光分子的光开关特性，孤立每个发光分子进行单独定位。此类方法具有不受衍射极限限制的特点，可以得到10-40nm的超高分辨率，但由于分子激活漂白的循环步骤使得采集速度和成像时间较慢。另一种是如结构光照明等宽场成像的超分辨显微技术，可以通过获得相邻区域/荧光分子间一定程度的响应差异来实现分辨率的提升。宽场成像的方法具有较高的时间采集效率，但由于同时激发视野内的全部分子，使得其分辨能力往往在100nm以上。目前还缺乏一种方法在理论上可以有效的兼顾宽场成像的时间采集效率和单分子定位方法的空间分辨率，因此亟需提出一种基于宽场成像对荧光分子高效调制的技术方案。 超分辨方法其本质都是通过识别单个荧光分子的独立的发射特性获得该分子的空间定位。如果可以对宽场成像中衍射极限以内各个发光分子荧光发射差异实现主动控制，则有可能获得更好的超分辨显微结果。近期，物理学院介观物理国家重点实验室极端光学研究团队提出了基于量子相干控制原理主动调制分子荧光发射而获得超分辨荧光显微的方法（SNAC），在宽场成像下实现了分辨率的提升。课题组在ZnCdS量子点体系下获得衍射极限范围内各个量子点的差异化激发。通过设计多个整形脉冲，单个ZnCdS量子点的荧光差异性会得到增强。课题组通过周期性改变整形脉冲和傅立叶增强提取荧光响应的差异。同时，主动控制的图像采集方案可以有效的抑制系统中不随调制周期变化的泊松随机噪声和CMOS工艺导致的固定噪声，极大的提升了信噪比。接着，利用独立开发的混合周期（Combination-FFT）和多高斯拟合定位算法获得最终的超分辨重建结果。研究模拟了邻近双点荧光发射的超分辨定位，其结果可以很好的分辨出低至50nm的相邻荧光分子。对于密集标记的线性结构，SNAC的分辨能力同样有显著性的提高，获得了30nm左右的径向定位精度。在量子点标记的COS7细胞样品的维管结构区域清晰的观测到了维管的平行取向和姿态排布以及纤维交叉区域的95.3nm的邻近双峰，显示出了比已有多种宽场超分辨方法更好的重建结果。这个研究将脉冲整形作为新的控制维度引入荧光超分辨，并将宽场超分辨成像技术的分辨率提升到了与单分子定位方法接近的50nm的水平。
北京大学
2021-04-11
锅炉炉膛温度场声学可视化技术
成果介绍
成果名称：锅炉炉膛温度场声学可视化技术
成果参与单位：华北电力大学
成果完成人：沈国清
炉内温度场的分布是反映燃烧过程的重要参数，直接影响到锅炉的安全性和经济性。炉膛温度作为反应炉膛内部燃烧情况最直接、最及时、最重要的参数，是燃煤锅炉安全高效环保运行最主要的控制参数，是垃圾焚烧炉二噁英排放最主要的控制手段，是SNCR优化最直接的运行依据，是钢铁、冶炼等工艺环节提高成品率最关键的控制参数。
由于炉膛处于高温、高尘、超大空间、湍流等复杂恶劣的测量环境，接触式测量技术不断出现结焦、温度漂移、短时间内烧毁等问题，更换频繁、维护工作量大。常规接触式测量技术难以在炉膛高温测量上持久应用，以致炉膛温度测量难以实现连续准确实时监测，燃烧调整赖以依靠的炉膛温度参数处于“缺失”状态，炉膛燃烧成为了运行调整的“黑匣子”。现有的垃圾焚烧炉脱硝普遍采用SNCR脱硝工艺，没有精确的温度窗口检测手段，喷氨调节无温度场分布数据依据，脱硝效率低，氨逃逸量高。
温度场声学可视化技术作为一种非接触式测量方法，对测量环境要求不苛刻，能直观、及时的反应炉内温度场分布，实现炉内高温、多尘、湍流等恶劣环境下的实时在线测量，也可以为喷氨调整提供最直接的温度窗数据，提高脱硝效率，减少氨逃逸量。
创新点
能够给出实时的二维温度场信息，包括区域温度图、等温线图和三维温度立体图，运行稳定可靠。便于运行人员及时判断温度分布和火焰中心是否偏移，防止水冷壁局部过热超温。通过使用该技术，为机组的燃烧优化调整提供了参考，降低煤耗，节省燃料成本；延长面命，节省换管费用；减少锅炉NOx排放，节省脱硝成本。
市场前景
自主研发的声学测温系统性能价格比优于国外同类系统。系统价格仅为国外同类产品的一半，系统的测量精度、温度场分辨率、稳定性等性能指标均优于采用国外产品和技术。在系统软硬件升级、备品备件供应、售后服务与人员培训等方面具有明显的优势与市场竞争力。
应用案例
获奖情况
华北电力大学
2023-07-13
中远红外波段光场局域化和剪裁
提出采用规则几何纳米结构和掺杂来实现光场在纳米尺度上的精确局域化和调控，实现了单层石墨烯规则几何纳米结构剪裁中红外电磁场在单原子二维平面的局域分布、波长与强度调控。通过构建单层石墨烯规则几何纳米结构，利用边界对表面等离激元波的反射，形成多重干涉效应，实现了对10.7 μm入射波的光场局域化，并且通过纳米结构的几何形状调控其空间分布，结果以封面文章发表在Light: Science & Applications 2017, 6, e17057上。另外，通过对单层石墨烯进行硝酸根化学掺杂，实现了单层石墨烯表面等离激元强度提高了约2倍、波长由150 nm提高到了280 nm还发现了二维层状范德华α-MoO3晶体的中红外双曲声子极化激元效应，将声子极化激元体系推广至半导体。二维层状α-MoO3晶体具有丰富的光学声子模式，该研究揭示了它们能够与中红外电磁场进行有效地耦合激发声子极化激元，从而实现二维平面上高度的电磁场局域。另外，该研究利用α-MoO3晶体较大的层间间距，通过金属离子插层的方法，实现了对其声子极化激元的传播调制以及“关闭”
中山大学
2021-04-13
大尺度 PIV 气流速度场测试装置
PIV粒子图像测速技术一般用于小尺度流场测定，研究团队研发了大尺度PIV气流速度测试装置，利用电导轨对PIV片光源和相机实现精确定位，实现室内测量无人化操作，对室内空间流场关键区域精细测量和全场流动拼接技术，将测定范围扩大至1.2m×2.2m。
上海理工大学
2021-01-12
柴油车排放遥感大数据监测系统及监测方法
针对柴油机气态排气污染物遥感检测难题，提出了基于柴油机燃烧过程过量空气系数修正的遥感测试数据反演计算方法，从而实现对柴油车NO等气态排放物浓度实时检测，满足了国家遥感标准中对柴油车NO排放浓度检测要求。
一、项目分类
关键核心技术突破
二、技术分析
针对柴油机气态排气污染物遥感检测难题，提出了基于柴油机燃烧过程过量空气系数修正的遥感测试数据反演计算方法，从而实现对柴油车NO等气态排放物浓度实时检测，满足了国家遥感标准中对柴油车NO排放浓度检测要求。并针对国内遥感大数据提出了遥感大数据处理方法，分工况区域动态确定排放阈值，从而达到动态高精度筛查高排放柴油车的目的。在汽车排放遥感监测领域具有良好市场前景。
北京理工大学
2022-08-16
“双一流”建设与教育学一流学科建设高端论坛召开
为加快推进“双一流”建设，落实立德树人根本任务，培养一流人才，服务国家战略需求，4月9日，“‘双一流’建设与教育学一流学科建设高端论坛”以线上线下相结合的方式在厦门召开。
中国高等教育学会
2022-04-11
半导体设备超洁净流控系统及其受制约流控零部件
浙江大学聚焦超洁净流控系统基础研究、技术攻关和产品研发，攻克了影响光刻分辨率、良品率与产率的1mk级温度测控、5ppt级金属离子测控、20μm级气泡测控、50nm级残留液膜测控等关键核心技术
一、项目分类
关键核心技术突破
二、技术分析
如何通过超洁净流控技术降低流控污染，减少曝光缺陷，提升曝光良率，是国产高端半导体制造装备研制面临的重大挑战，直接关乎整机产品的产线应用性能与市场竞争力。此外，作为各类半导体制造装备的共性核心零部件，超洁净流控部件市场被美国、日本等国垄断，使我国半导体制造装备产业面临核心零部件“卡脖子”风险。浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室启尔团队所承担的高端半导体制造装备核心分系统之一的超洁净流控系统，自2004年以来在国家863计划和国家02专项支持，聚焦超洁净流控系统基础研究、技术攻关和产品研发，攻克了影响光刻分辨率、良品率与产率的1mk级温度测控、5ppt级金属离子测控、20μm级气泡测控、50nm级残留液膜测控等关键核心技术，完成了超洁净流控系统九大组件的研制和集成测试，为半导体制造设备扫描速度与产能的提高提供基础理论与方法依据，同时自主研发的半导体机台核心超洁净流控零部件实现了产品化，突破了国外技术的封锁，为我国半导体制造的发展与自主创新提供了基础支撑。
浙江大学
2022-07-22
海洋牧场智能监测系统
针对远离陆地、供电通信困难的海洋牧场监测需求，设计开发了一套基于海洋浮台的海洋牧场智能监测网系统，也可扩展应用于海洋平台、养殖工船等载体。整个系统由水下自动观测子系统、海气界面观测子系统、能源供应系统、无线通信系统、大数据智能处理系统组成。在监测海域布放的1个海上监测浮台基础上，将能源供应子系统（最大功率600W）和无线通信子系统（最大带宽50M）布放于浮台上，实现观测网设备的供电和双向通信。设备布放于浮台下的海底，可通过数据采集器实现水下自由组网观测，观测距离从几十到上千米。浮台上通过增加无线通信设备与海上作业平台连接，实现数据实时回传至岸基基站。
山东科技大学
2021-04-22
电磁环境自动监测系统
北航开发的电磁环境自动监测系统结合GIS地理信息电子地图，建立电磁环境资源数据库，可以对电磁环境分析评估，最终实现对电磁环境资源的监测、规划和管理。本系统具有完全自主知识产权，对合理利用电磁资源，发展经济和提高环境质量，建设绿色社会等都将具有重要的经济效益和社会效益。 1、通信网设计方面，在分析现有的网络系统或进行组网设计时，可以指出移动通信运营商所关心的信号盲区、接收信号强度不好的地区； 2、频谱管理方面，可为无线电管理和环保部门对重要地点如雷达站、机场、火车站、医院、化工厂等的电磁环境进行实际测量、分析、处理与管理提供方便，可帮助发现非法设台、擅自增大功率及互调干扰等情况，以排查存在干扰隐患的频率和台站； 3、在城市居民电磁环境评估方面，采用“城市居民(公众)暴露值”来衡量的，可利用系统的电磁环境评估模块，建立传播预测模型，进行城市人口暴露值的预测评估； 4、在无线通讯空间通道保护方面，可以利用地理信息系统（GIS）的建筑物布局、建筑物特征数据库，结合无线电发射设备数据库中微波站数据，对无线通讯的空间通道进行保护。目前，该技术已达到小批量样机生产的实用要求。
北京航空航天大学
2021-04-13
移动应急监测方舱
1 成果简介移动应急监测方舱用于现场图像、语音、环境参数、气体浓度等多种信息采集、监测的大型应急监测系统；其可和汽车、火车、飞机、船舶等多种交通工具配套使用，满足突发公共安全事件快速响应、现场信息采集监测、通信中继等需求。2 应用说明移动应急监测方舱具有国际领先的大型现场信息采集系统，其装载低空飞艇智能扫描监测系统、移动应急通信与数据集成系统、环境参数采集传输系统、自动导航动力飞艇图像监测系统、应急现场定向空投信息采集系统等提供多种对现场信息的采集方式。目前，移动应急监测方舱在世界上还处于研发阶段，清华大学研发的移动应急监测方舱属国际领先水平。3 效益分析实现移动指挥通信方舱的产品化，应用于各省级、地市级、区县级、企业、专项部门等移动应急平台的建设。4 合作方式商谈。
清华大学
2021-04-13