成果与项目的背景及主要用途：本项目所提供的新型触觉传感器是人工智能 技术的核心部件之一，能够感应柔软程度、温度及微压力变化，它不仅可以直接 用于生活产品，而且对于其它行业的科技革新以及国家现代化国防建设具有深远 的影响。该材料是以较为成熟的触觉传感器材料工艺为依托，经过对材料的进一 步开发使其能够感应柔软程度、温度和微压力的变化（最小可感知压力为 40g， 电导率变化范围 10－104S/cm－2）。该材料以导电聚合物和橡胶为主要载体，并添 加导电碳及其他纳米级附加材料，使用这种智能材料可以开发出多种实用化的新 型触觉传感器。其突出的先进性表现在：生产成本低、功能强、无时间记忆误差、 感知线性稳定、具有良好的材料物理特性、具有高度的可信赖性、性能可控制度 好、可再加工性好。 技术原理与工艺流程简介：这种新型触觉传感器材料的导电原理是：当聚合 物不受外界压力时，具有导电性的碳粒子是不相互接触的，当聚合物受压变形时 碳粒子间慢慢的相互接触从而形成导电通路，阻抗也就以对数关系下降。此外， 聚合物受温度的影响致使材料的特性发生变化，温度下降时发生收缩导致导电粒 子间的相互距离减小，升温时膨胀导致导电粒子间的距离增长，因此在同样的外 界压力下随着温度的变化阻抗也会有所变化。 触觉传感器制备工艺较为简单，关键是本技术中采用了以导电聚合物为主体 材料的纳米复合技术，使该产品能够正确感知目前产品所不能感知的微小压力变 化。 技术水平及专利与获奖情况：该项目处于实验室产品阶段。 应用前景分析及效益预测：本项目提出的线性可控触觉传感器以其优越的触 觉特性，具有极大的市场投放前景和经济效益。但同时也需要企业在成立之初获 得大量的资金投入，迅速将工艺成熟起来。从目前本项目提出的科技含量及技术 111天津大学科技成果选编 112 背景来看，国内不存在竞争对手，而且随着公司的成立，公司对产品研发的进一 步深入，在未来 5 年内，本项目产品也必将在国际传感器行业中具有一席之地。 应用领域：1. 智能玩具；2. 交互式媒体互联网；3. 无人驾驶汽车；4. 医疗 领域远程医疗；5. 智能机器人皮肤等。

本发明公开了一种非线性参数变化模型辨识方法（NPV），属于工业辨识领域。本发明提供对非线性参数变化的辨识对象进行辨识实验和模型辨识，首先通过局部非线性模型实验、辨识局部非线性模型、工作点变量过渡实验等步骤，辨识出多输入单输出非线性参数变化模型；在完成所有被控变量的多输入单输出非线性参数变化模型的基础上，构建完整的多输入多输出非线性参数变化模型。使用本发明的方法，无需深入了解辨识对象的机理特性，只需利用较少的输入和输出辨识数据，即可辨识得到辨识对象的非线性参数变化模型。所得到的非线性参数变化模型，可以用于基于模型控制算法的设计和过程仿真，也可以用于对产品质量预报的推理模型和软测量器中。

成果简介： 复合桩基础的设计思想来自南京工业大学宰金珉教授的“复合桩基工作性状和设计方法”和“复合桩基按强度和变形双重控制的非线性设计理论与应用”等研究成果。经过近20年深入系统的基础性研究和应用性研究，在研究成果的综合集成以及承载力的潜力利用方面达到国际领先水平，形成了复合桩基础系统的设计理论和设计方法，出版了《复合桩基理论与应用》专著，为复合桩基础的

左图：表面二次谐波效应示意图；右图：光学微腔增强表面非线性效应。 二阶非线性光学效应是现代光学研究与应用中最基本、最重要的非线性光学过程之一，被广泛地用于实现频率转换、光学调制和量子光源等。由于结构反演对称性的限制，常用的硅基光子学材料往往不具备二阶非线性电偶极响应。借助材料的表面或界面，这种反演对称性可以被打破，进而诱导出二阶非线性光学响应。然而，传统的表/界面非线性光学研究存在两个重要挑战：一是非线性转换效率极低，即使在高强度的脉冲光激发下也仅能产生极少量的二阶非线性光子；二是体相电四极响应严重地干扰表面对称性破缺诱导的非线性信号分析。 该项工作中，北京大学课题组利用超高品质因子回音壁光学微腔极大增强光与物质相互作用的优势，在二氧化硅微球腔中获得了高亮度的二次谐波和二次和频信号。为了充分发挥微腔“双增强”效应，研究人员发展了一种动态相位匹配方法，利用光学微腔中热效应和光学克尔效应的相位调制，高效地实现了基波和谐波信号同时与微腔模式共振。实验上获得的二次谐波转换效率达0.049% W-1，相比传统表面非线性光学，该效率增强了14个数量级。左图：实验获得的激发光和二次谐波光谱图；右图：动态相位匹配过程二次谐波功率变化。 研究人员进一步通过对基波偏振和二次谐波模式场分布的测量分析，成功提取得到只有表面对称性破缺诱导的非线性信号，排除了体相电四极响应的干扰。这种表面对称性破缺诱导的非线性信号有望作为一种超高灵敏度的无标记“探针”，用来检测和研究材料表面分子的结构、排布、吸收等物理与化学性质，为表面科学研究与应用提供了一个全新的物理平台；同时，该项研究发展的动态相位匹配机制具有普适性，可进一步推广到不同材料、不同形状的光学谐振腔中，有望在非线性集成光子学中发挥重要作用。

提出并制备了非线性光学准晶超构表面，并研究了超构单元局域对称性和排布方式的全局对称性对超构表面远场非线性光辐射的共同影响。该非线性光学准晶超构表面运用了基于非线性光学贝里几何相位的金属等离激元结构单元，依据经典的彭罗斯准周期拼接和具有六重对称性的六角准周期拼接形成了不同种类的准晶结构。彭罗斯结构的准周期拼接具有五重对称性，其衍射图案则具有十重对称性，这些都是晶体衍射定理所不允许的对称性。而六角准周期拼接是2017年提出的一种准周期拼接，它具有晶体衍射定理所允许的六重对称性，却并不遵从短程有序的规律。这两种拼接方式可以与某些特定的比例联系起来，这些比例由不同阶次的迭代规则决定：彭罗斯结构对应一阶迭代过程，其比例是人们熟知的“黄金分割比”，而六角准周期晶格对应三阶过程，其比例可称为“黄铜分割比”。自六角准周期晶格从理论上提出以来，本项工作中的非线性光学准晶超构表面是首个利用黄铜分割比实验实现的人工光学结构。 非线性光学准晶超构表面中不同转向的超构单元对入射基频光的响应是均匀的，因此其线性光学衍射仅能反映超构表面的全局对称性，即晶格结构决定其远场光衍射。而在倍频实验中，即出射光的频率是入射光的两倍（如1200nm 变为600nm）。由于打破了超构单元的中心反演对称性并引入了非线性光学几何相位，其非线性光学衍射与晶格结构的局域对称性、全局对称性同时相关。因此，可以通过调控超构单元的指向分布，进而有效地调控倍频光衍射中的零级。非线性光学准晶超构表面这一概念或将为设计超构表面非线性光源、人工微纳光学结构材料提供新的思路。

开发了一种基板支持快速蒸发结晶法，成功 制备了单纳米尺寸的 DAST 纳米晶体，并显示出极好的荧光、二阶非线性特性 (DAST 晶体具有极高的光学二阶非线性系数，在光学倍频、电光调制、超宽频 太赫兹发生、荧光探针等多方面有着广阔的用途)。

北京大学物理学院肖云峰教授与龚旗煌院士领导的研究团队在微腔非线性光学研究取得重要进展：首次实现有机分子修饰的二氧化硅光学微腔的高效三次谐波产生，比此前报道的二氧化硅微腔转换效率提高了四个量级，接近晶体微环腔三次谐波的最高转换效率。成果被《物理评论快报》以封面及编辑推荐形式亮点报道：Phys. Rev. Lett. 123, 173902 (2019)。论文题为“Microcavity Nonlinear Optics with an Organically Functionalized Surface” (https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.173902)。左图：二氧化硅微腔表面修饰有机共轭分子；右图：实验测得的激发光和三次谐波光谱图 三阶非线性光学效应是现代光学研究和应用中最重要的非线性光学过程之一，被广泛应用于实现光频梳、全光开关和量子光源等。二氧化硅回音壁微腔由于具有超高的品质因子和成熟的制备工艺，已经成为是现代光子学研究的重要器件。然而，由于材料的限制，二氧化硅三阶光学非线性响应较弱于多数晶体材料，这严重地制约了二氧化硅微腔器件的性能。另一方面，有机共轭小分子具有离域的电子系统，在光场激发下，离域电子表现出很强的非谐振动，从而具有很高的非线性响应系数。同时，回音壁微腔的表面倏逝场为微腔与外界物质相互作用提供天然的通道。因此，采用表面修饰技术，光学微腔和高非线性响应的有机分子形成连结；有机分子通过表面倏逝场作用，有效地调控微腔系统的非线性效应，从而提高微腔器件的性能甚至可能突破微腔材料的限制。 在该项工作中，研究团队通过采用两步反应法，实现了二氧化硅微腔表面均匀地修饰有机分子层，既有效增强了微腔表面三阶非线性系数，同时保持了腔的高品质因子特性。实验中，研究者采用最近发展的动态相位匹配技术，即基于腔克尔效应和热效应补偿非线性频率转换过程中本征的相位失配，实现泵浦光和谐波频率与热腔模频率的共振匹配，最终实验上观测到三次谐波转换效率达到1680%/W2，比之前报道的二氧化硅微腔的最高转换效率提高了四个量级，接近目前晶体微环腔转换效率的最高值。研究者进一步地在实验上揭示了三次谐波的增强来自表面修饰的有机分子：微腔三次谐波/合频转换效率显著依赖于泵浦光偏振，平均输出功率对比度达到50倍，这是由于有机分子偶极取向导致的偏振依赖响应。该工作采用的表面修饰技术和动态相位匹配方法可以普适地推广到其它微腔和光波导等体系中，在宽带可调谐非线频率转换和表面科学研究中发挥重要作用。

线性霍尔效应需要破缺时间反演才能观测到；非线性霍尔效应需要破缺空间反演才能被观察到。 最近有多个实验小组报道了具有时间反演的非线性霍尔效应的观测结果，包括MIT的 Pablo组和Gedik组的双层WTe2实验 (并列一作为马琼，徐苏扬，沈汇涛)，Cornell 的Mak & Shan实验组的多层WTe2实验等。 南科大卢海舟课题组和北京大学教授谢心澄也发表了相关理论 Physical Review Letters 121, 266601 (2018)。这篇文章中他们回答了一个实验关心的问题，什么样的能带特征可以对应强非线性霍尔信号？他们发现可以用二维狄拉克模型描述的倾斜的能带反交叉点或者拓扑反带的位置都会带来比较强的非线性霍尔信号。此外，他们的理论还和Cornell的实验的角度依赖关系进行了对比。 这种新奇的非线性霍尔效应的研究才刚刚开始。实验和理论研究证明无序是反常霍尔效应主要来源。非线性霍尔效应从第一阶就强烈依赖无序，高阶效应更是Berry曲率和无序错综复杂作用的结果，无序对非线性霍尔效应的贡献将是一个重要的题目。

揭示各类工程设备中非线性振动问题的动力学规律，对工程振动问题的控制进行可行性分析，揭示其振动的规律。

在基板支持快速蒸发结晶法的基础上，提出了一种湿法退火自组装技术，对 DAST 等材料进行自组装，成功制备出毫米 量级的纳米线，并且表面粗糙度达到但原子级别，在纳米线激光器的制备、集成 光路的电光调制等方面极具应用前景。