目前，从美国能源信息署的数据可以看出，到2025年，全球的石油年需求量将达到136.5亿吨。然而，世界范围内易开采、低成本的石油资源越来越少，难开采、高成本的石油资源越来越多，因此需要目前主要可以通过开发一些新的技术来解决这一矛盾，水力压裂就是一种新型高效的开采技术，它是石油、天然气低渗透油气井开采增产的重要新技术，水力压裂一般应用到水平井中。在水力压裂过程的中，支撑剂是其中的关键材料。本项目采用软化学浆液阀制备超低密度微球支撑剂，广泛应用于各种油气井中。

纳米孔道的离子输运现象是材料科学和生物物理等领域研究的热点。当纳米孔道的尺度达到纳米即接近分子大小时，将会出现许多奇异的输运现象。研究这些输运现象对于了解细胞膜离子通道机制，制备新型高效分离设备淡化海水、处理污水，探索新型DNA测序方法等都有重要意义。基于核径迹高分子膜制备的纳米孔具有结构坚韧富有柔性并且可以高效大规模制备的优点，但是由于已沿用六十多年的传统化学蚀刻制备法不便可靠控制蚀刻速率，无法达到亚纳米尺度。刘峰和王宇钢课题组基于多年来核径迹纳米孔研究工作的基础（JACS，2008,2009；AFM, 2010,2011; EES, 2011等），首次通过高能重离子轰击高分子膜并进行充分紫外线照射，不进行蚀刻而成功制备亚纳米尺度的核孔膜 （Qi Wen, et al., Advanced Functional Materials，2016, Cover Highlights)。该膜具有超高离子选择性，比如阴阳离子选择性高达108，但导通量离实际应用尚有一定距离。事实上，选择性和通量对于所有离子分离膜都是一对难以调和的矛盾。2017年《Science》专门就此发表题为“Maximizing the right stuff: The trade-off between membrane permeability and selectivity”的长篇评述文章，指出分离膜研究的正确方向是要同时具有高选择性和高通量。通过优选高分子膜并利用新的制备工艺，刘峰、王宇钢课题组所获得的新型纳米尺度核孔膜，在保持碱金属离子与重金属离子高选择性的同时，将离子的输运率提高了3个数量级 （图A）。 这种纳米核孔膜的优异分离性能突破了传统的分离膜和氧化石墨烯等新型分离膜的局限 （图B）。与此同时，他们还建立了高分子纳米孔模型并通过分子动力学模拟揭示，一方面由于孔的半径在0.5纳米左右极大减少了脱水势垒的阻碍从而极大提高了输运量，同时由于部分脱水的离子和表面吸附的电荷之间的相互作用而保持了高选择性 （图C）。 这项研究揭示了纳米孔道的离子输运新机制，并且为突破高选择性和高输运率的矛盾提供了新的思路。通过该方法所制备的高分子膜在过滤重金属元素的水净化，制备新型电池等方面也有重要应用价值。

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。

高性能的相干光源是基础光物理研究和集成光子学应用的关键前提之一。近年来，具有超高品质因子的回音壁模式光学微腔已经成为研究各种新型高效光源的重要平台，实验上已经获得了包括宇称-时间反演对称激光、轨道角动量激光和微腔光学频率梳等。然而，回音壁微腔模式存在的固有手征对称性导致腔中激光场通常是等强度相向传输的，严重阻碍了诸多光子学器件应用的发展，例如单向光发射、全光寄存器和非互易光传输等。迄今，要获得具有单向性的回音壁微腔手征激光，通常需要直接打破光学谐振腔的几何手征对称性。这种方法得到的激光方向性是固定的，难以动态调控其出射性质，且对谐振腔的形状设计和工艺制备要求较高。

采用红外光谱和拉曼光谱技术，克服了GaN中强烈的剩余射线带相关反射区导致的测量难题，实验中观察到半绝缘GaN中与C有关的两个局域振动模，并结合第一性原理计算，给出了C杂质在GaN中替代N位的直接证据，解决了这一长期存在的争议问题。该成果对于理解和认识C杂质在AlN、BN、ZnO等其他六方对称化合物半导体材料中的掺杂行为亦具有重要的参考价值。

极端降雨天气常导致洪涝和泥石流等重大气象灾害，给人身安全、社会经济和生态环境带来极大影响。近年来在全球暖化的气候背景下，全球范围内很多区域的强降雨等极端天气的发生概率或强度也显著增加，对社会的灾害应对能力提出了严峻的挑战。极端降雨的气候响应有着很强的区域特征（图1），理解这些区域特征至关重要。 研究使用一种新颖的分析方法将极端降雨气候响应分解为干动力学部分（大尺度扰动强迫）和湿动力学部分（小尺度对流的潜热反馈），并且通过一个理论模型将干/湿动力学耦合起来。对多模式模拟结果的集成诊断分析发现：干动力部分在低纬度地区显著减弱、在中高纬度地区增强；湿动力部分则是低纬度增强，随着纬度的增加增幅减小。研究进一步为湿动力学部分构建了一个理论模型，使用一个简单的方程揭示了潜热反馈和大气水汽之间强的非线性关系。此理论模型很好的解释了全球增暖下大气水汽的增多和静力稳定度的变化导致的极端降雨中对流潜热反馈的变化（图2）。研究结果为极端降雨气候响应的区域特征提供了定量直观的解释，系统阐明了造成极端降雨气候响应分布特征的机制，有助于改进极端降雨的气候预测。

已有样品/n罗非鱼的品质评价与加工技术研究。　　成果简介：本成果分析与评价湖北、广东两地区罗非鱼的营养、挥发性成分的差异，研究暂养阶段的营养、成分的变化及干燥条件下的营养、感官特性；在营养、质地、风味的理论基础上，利用现代先进的食品加工技术开发出营养、安全、方便的即食食品—风味罗非鱼片，实现罗非鱼加工与高效利用的目标。　　应用前景：本成果丰富了罗非鱼的产品形式，满足人们对健康食品的要求，改善罗非鱼的贸易结构、开拓国内市场，促进罗非鱼产业的发展都具有重要的意义。可以全国范围内推广应用。

以某商务车为研究对象，将理论研究、仿真分析和实车试验结合，研究了汽车虚拟 试验场技术，并基于该技术，建立汽车整车的虚拟样机，用于部件特性、NVH、疲劳耐 久及碰撞安全性能等的研究。主要完成以下的工作： 1）研究汽车虚拟试验场技术的建模理论与方法，并建立某商务车整车虚拟样机； 2）采用动态的、非线性有限元方法，对整车在时域内的平顺性及其影响因素进行 研究； 3）采用声-振耦合有限元法和声辐射边界元法，对轮胎和乘坐室内的低频噪声进行 分析预测； 4）应用多轴疲劳理论，采用三种典型的可靠性路面计算了车身及后悬架的疲劳寿 命； 5）依据 GB11551-2003 正面碰撞安全法规和 GB20071-2006 侧面碰撞安全法规对汽 车进行碰撞安全性的仿真研究，并提出可行的优化措施。

节能建筑外围护构件与被动设施优化方法研究，2007 年 12 月通过河南省教育厅鉴定。 建筑节能已成为建筑领域当前研究和实践的重点，我国建筑用能占当年全社会终端能源消费 量的 27.8%。《民用建筑节能管理规定》和《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》等强制 性法令法规的颁布无疑对建筑节能、改善室内热环境有极其重要的作用。但是我们也应该看 到，尽管新的城市住宅和上世纪 80 年代初期的住宅相比其隔热保温性能有了较大提高，但 与发达国家相比还有很大差距。由于建筑寿命一般在 50～100 年，加上人们对建筑热舒适的 要求不断提高，建筑能耗需求在今后较长时间内持续增长，必将对我国的能源使用模式产生 强烈冲击。因此，我们急需开展新的、更为节能的技术研究和实践。 本项目研究目的是研究节能建筑外围护构件与被动设施对建筑能耗的影响以及与 建筑的结合与优化配置问题，最终应用于建筑设计与选择，其技术要点如下： 1. 介绍了室内热环境的几个影响因素，受传统民居建筑外围护结构设计启示并考虑到现代 科技水平和生活方式，从而提出了现代住宅外围护结构设计策略。 2. 从能量角度论述了外围护结构如何通过设计来保持、阻止以及引入能量。 3. 利用计算机模拟能耗分析软件对工程实例的外围护结构设计进行了优化设计的方法实 证研究。 4. 借助高精度热成像仪的拍摄，使得外围护结构的实验调查更加准确和直观。清晰的呈现 出采暖条件下外围护结构的钢筋混凝土梁柱、窗户、窗框、缝隙等热工薄弱环节。 5. 利用能耗分析软件 DOE-2 对飘窗、空气渗透、遮阳方式、玻璃选用进行能耗分析，用数 据说明其存在的问题，并提出可行的解决方案。