能源、环境及化工等领域广泛存在具有相变和反应的能质传递和转化问题， 具有多区域、多场、传递与转化等相互耦合的特点，是影响装备性能的关键热物 理问题，对提升性能至关重要。本项目针对上述领域中共性的多场耦合能质传递 机理反其强化和调控方法的前沿科学问题开展研究工作，取得了系列原创性研究 成果。主要发现点有： 一、 分区耦合多相传递可视化实验方法及其机理与特性：创新了滞止流和通 流槽道内逸出速率及位点可控的液滴和气泡动力学行为、变孔隙率网络流道及其 与外部流场耦合的两相流动、毛细阻力可调的多孔层内相变传热及含反应边界的 两相流及传递等可视化实验方法。获得了逸出液滴聚合衰减震荡机理及规律；发 现了微孔逸出气泡脱离后涌入和界面震荡现象；揭示了具有壁面逸出气泡的槽道 内两相流规律；阐明了具有微孔层和结构缺陷的气体扩散层内两相分布特征；厘 清了反向式毛细蒸发器多孔层内相分布规律反其对相变传热的影响机理；揭示了 燃料电池内两相流动和传输以及电化学反应的相互作用规律，获得了流道水淹与 压降之间的定量关系及膜电极表面温度分布特性。 二、 多元多相分区耦合能质传递及转化理论模型：建立了多场耦合固体基质 表面细胞吸附成膜理论模型，揭示了生物膜结构与能质传递及产氢/产电性能的 相互关系；建立了含生化反应的多孔填料床内多相能质传递的毛细管模型和多相 混合模型，阐明了流动和传输与生化反应的耦合特性，为固定化细胞生物反应器 性能预测提供了方法；建立了毛细结构材料内分区耦合相变传热理论模型，为反 向式毛细蒸发器和微槽膜状凝结换热提供了理论计算方法；提出燃料电池两相传 输三维孔隙网络模型和气体有效扩散系数的分形模型，首次利用V0F方法模拟 了边壁具有逸出液滴的燃料电池流道内细观两相流行为，揭示了多孔扩散层与流场板流道内两相流的耦合关系以及流道结构和工况参数对两相流特性的影响规律。 三、多场耦合能质传递强化及调控方法：基于分区耦合强化传热思想，提出 了三维肋表面和螺旋扭带组合强化传热新方法；通过分区流动和传递强化与调控, 发展了三维柱状阵列结构阳极微流体燃料电池，显著提升了电池性能；利用石墨 烯表面修饰，实现了多孔电极内微生物产电菌电子转移速率和活性生物量调控和 强化；创新性利用流场/浓度场/温度场/光场的强化和调控，结合表面修饰和弥 散光导体技术，实现微生物生化转化全过程强化；提出了通过外接电阻控制阳极 电势诱导和调控生物膜结构，强化了质子传输，大幅提升了微生物燃料电池性能。

成果简介：以木质纤维、合成树脂、防水剂为主要原料制成的纤维板，其内 部结合点之间仍具有多孔隙，一经吸湿、吸水之后就会引起纤维板的变形、 膨胀和强度减弱，就会影响其应用范围和使用寿命，所以纤维板生产过程中 必须添加疏水性的物质（即防水剂）进行防水技术处理。纤维板生产中通常 采用的防水剂主要是石蜡，用固体石蜡作为防水剂，属于一种阻隔纤维之间 孔隙的物理现象，这种现象能改善纤维板的防水性能，但不利于纤维与纤

成果描述：我们研发的低/中介LTCC材料主要性能满足： 材料1： 介电常数：10±10% Qf：≥50000 烧结温度：900度 材料2：介电常数：20±10% Qf：：≥50000 烧结温度：900度市场前景分析：这两类LTCC材料具有损耗低，与LTCC工艺兼容等特点，非常适合基于LTCC技术研发的各种微波集成器件应用与同类成果相比的优势分析：国内目前还没有厂家进行同类型材料的批量生产，主要依托国外进口，因此技术和成本优势明显。

传统pH值测试方法大多采用取样的方式来测定溶液的pH值，对随时变化的工业废水的pH检测相对滞后，不能实时反应溶液酸碱性的变化，其结果是当检测到pH值偏离正常时，污染已经发生，不能在第一时间控制污染造成的损害。 本项目将pH指示剂固定在微流芯片中，当不同酸碱度的液体流经检测芯片时，特定波长透过光强发生变化，经光电二极管转化为电压信号，再经神经网络系统读出pH值，可实时反映流体pH值的改变，监控生产状况的变化及对污染进行实时报警。

矿物加工工程专业是北京科技大学建设最早的学科之一，是国家重点学科。在国家“十五”科技攻关课题研究期间，研究开发出磁铁矿选矿精选设备－低磁场自重介分选机（图 1），已获国家专利，具有 600×600 单联、双联、四联三种工业产品，已在河北群泰、华冶等矿业公司选矿厂及内蒙古泰恒、黑脑包矿业公司选矿厂等二十多家厂矿应用，取得了很好的效果。最近几年研发的流态化还原焙烧磁选工艺与设备，已经在云南武定鱼子甸高磷鲕状赤铁矿的开发利用中得到应用，其中关键设备－还原焙烧流化床。该项技术可应用于昆明钢铁（集团）公司开发惠民铁矿，武汉钢铁（集团）公司和首都钢铁（集团）公司开发湖北鄂西地区高磷铁矿石等类似难选冶铁矿石，对于我国扩大可利用铁矿石资源具有重要意义。

北京大学量子材料科学中心的韩伟研究员和谢心澄院士，以及日本理化学研究所的Sadamichi Maekawa教授，受邀在国际著名刊物《自然-材料》（Nature Materials)上撰写综述文章，介绍“自旋流--新颖量子材料的灵敏探针”这一新兴领域的前沿进展。 自旋电子学起源于巨磁阻效应的发现，在当时而言，自旋流指的仅仅是电子自旋的传播。随着自旋电子学的蓬勃发展，与相关研究的不断深入，新的自旋流现象与机制不断被拓展，相关研究证明一系列的粒子或者准粒子携带的自旋都能够形成自旋流，比如磁性绝缘体中的磁振子、超导体中自旋三重态和准粒子、量子自旋液体中的自旋子、自旋超导态等。尤其是对于量子材料而言，由于其往往具有独特的自旋性质，基于自旋流探针的研究方法就成为了表征量子材料物性的有效手段。 量子材料都是凝聚态物理与材料科学领域的研究前沿之一，其量子性质起源于诸多量子效应，包括低维尺寸效应，量子限域效应，量子相干效应，量子阻挫效应，能带结构的拓扑性，自旋轨道耦合，对称性限制等等。量子材料包括石墨烯，高温超导体，拓扑绝缘体，外尔半金属，量子自旋液体，自旋超流体等等。量子材料可以表现出诸多与自旋相关的量子性质，如二维过渡金属硫族化合物中的自旋-谷耦合，以及拓扑绝缘体当中的自旋-动量锁定等。因为量子材料的自旋属性在下一代的量子信息存储和量子计算科学当中的应用潜力，所以研究量子材料的自旋相关性质得到了广泛关注。 为了研究量子材料的自旋性质，发展一种易于实现和操控的高效工具显得尤为迫切与关键。幸运的是，在实验物理学家和理论物理学家的不懈努力下，成功的证实了自旋流探针能够作为量子材料的有效探测手段。一系列激发和探测自旋流的方法被提出并得以实现，从而证实了基于自旋流探针的量子材料物性研究的广泛适用性。 迄今为止，相关实验已经证实自旋流能够以超导体系中的自旋三重态库珀对和超导准粒子、量子自旋液体中的自旋子、磁性绝缘体和自旋超流体中的磁振子为载体进行传播，相关物理图像被总结在表1中。本篇综述文章着重介绍了在五类主要的量子材料体系中的基于自旋流探针的物性研究。第一类是超导材料体系，自旋流探针可以被用来验证自旋三重态的存在以及自旋动力学的演化过程。第二类是量子自旋液体材料体系，自旋流探针可以被用来验证自旋子携带的自旋角动量的有效传播过程。第三类是磁性绝缘体体系，自旋流以磁振子的形式传播，描述了磁有序材料当中的集体激发行为。第四类是杂化量子激发体系，自旋流以磁振子-声子杂化模式（磁振子-极化子）或磁振子-光子杂化模式（磁振子-极化激元）为载体进行传播。第五类是自旋超流体系，自旋流以玻色爱因斯坦凝聚中的自旋量子数为1的玻色子为载体进行传播，这种玻色子可以为电子-空穴激子或者是磁振子。 这些重要的研究进展已经充分证实了基于自旋流探针的物性表征对于量子材料而言是一种行之有效的研究手段。因此，这一方法将会极大的推动新颖量子材料的发现和相关物理性质的研究。例如量子霍尔和量子自旋霍尔材料，量子铁磁体和反铁磁体，六角晶格体系中的量子手征声子，自旋和力耦合的量子系统，超导体中的自旋动力学和铁磁与超导界面的超导能隙，自旋三重态超导体中的超导对称性，强耦合自旋系统中的杂化激发，拓扑磁振子材料，量子自旋液体中的自旋子，自旋超流体约瑟夫森效应，以及其他任何作为自旋流载体的量子态。另外，这一领域的进展还将推动自旋成像技术的发展，如利用自旋极化扫描隧道显微镜和氮空位色心显微镜技术对量子材料体系中自旋流的原位探测。

简述：“十一五”国家科技支撑计划重点项目“ 100% 低地板轻轨车研制 ” 最新科技成果，由北京交通大学联合长春轨道客车股份有限公司、北京千驷驭电气有限公司等单位研制生产，拥有完全自主知识产权，采用矢量控制、防滑 / 防空转、零速停车、网络监测及故障诊断、数字高频控制等先进技术，具有结构紧凑、模块化、轻量化、低噪声、人性化等特点。装备该系统的我国首列 100% 低地板车已在长春轻轨进入试运营阶段。

对于燃料炉而言，炉子热量的来源是燃料燃烧的化学热。而燃料燃烧后产生的大量热量，除一部分用于被加热的工件上，其余很大一部分以高温废气的形式排出，这样一方面造成了大气污染，另外也浪费了大量热量。因此,国内外都在积极地研究如何将这一部分能量回收的装置换热器。 用换热器回收部分高温废气的热量来预热助燃用的空气或预热燃料本身，从而节约燃料，改善燃烧条件。一般来说，空气的预热温度每提高100℃，可节约燃料5％，产量相应增加2%。因此，研究和开发实用新型的高效换热器对余热回收、环境保护都具有十分重要的意义。 金属管状换热器的发展大体经历了第一代光滑表面、第二代粗糙表面、第三代插入件扰动、第四代喷流扰动和第五代贴壁流扰动阶段。新研制成功的旋流换热器属于第五代新型管状换热器，由于采用了新型的旋流技术，热工性能优越，其综合传热系数可以达到50w/ｍ2℃以上，而在条件相同情况下，光管换热器仅为20w/ｍ2℃左右，带插件换热器为35w/ｍ2℃左右，喷流换热器为45w/ｍ2℃左右。而压力损失却比它们小得多。在实现换热器既要高效，又要低阻方面有重大突破。 该项目可以应用于冶金、机械、石油和化工等行业的燃料加热炉的余热回收。

微流控芯片是空间生物实验与生命信息探测的最新技术。“微流控芯片” 被美国宇航局誉为空间生物学实验的“终结者”。微流控芯片是当前微全分析系统发展的热点领域。结合空间生命特征分子的特点，发展高集成度芯片和芯片检测技术将是一项成本低、信息量高、简便易行的创新技术。此技术的研究和应用将为我国空间生命科学研究提供先进的技术手段。