项目简介 在过去的二十年里，磁电材料因其在磁传感器、能量回收器、微机电系统、可调微波器件等工程领域的应用潜力，一直以来得到了研究者的广泛关注。为了实现强的磁电耦合，北京大学工学院的研究者们利用不同的压电和压磁材料制备了诸如0-3 型、3-1 型、2-2 型和2-1型的磁电复合材料。北京大学工学院实验室通过激光处理压磁材料FeBSi 合金 (Metglas)，提出了1-1 型的磁电复合结构。实验测试得出：1-1 型磁电材料具有超高的磁电系数（超过7000 V/cm Oe），相比于现有结果提高了接近7 倍。当被测磁场频率为复合材料的谐振频率时，在室温条件下测到了1.35×〖10〗^(-13)Tesla 的微弱磁场，这是块体磁电复合材料领域的重要突破。该研究还发现，激光快速退火处理可以显著降低压磁材料在谐振频率点的交流损耗，从而提高1-1 型磁电结构的机械品质因子。此外，1 维（1D）的结构也有利于降低退磁因子，并增强磁通聚集效应。应用范围基于磁电耦合效应，该项研究课题组首次提出了磁电磁通门的结构设计，旨在对微弱直流磁场进行探测。这个磁电磁通门具有梭形结构，对于1nT 的直流磁场输入，磁电磁通门输出信号的相对变化相比现有的结果提高了4-5 倍，为磁异常探测在导航、医学诊断等领域的应用创造了可能。项目阶段本课题组同内窥镜团队合作，发展了基于磁电耦合原理的磁电传感器阵列和磁成像系统，研制了国内首台磁电磁成像样机。该样机核心组成部分由56 路磁电传感器、驱动电路、信号采集与处理、磁成像显示等构成。该磁成像系统不仅能够检测磁性金属物的存在，而且还能准确判断其位置、姿态，定位偏差纵向在1.2cm 以内，横向偏差在0.5cm 以内。另外，通过对金属棒扫描和采集信号的微分处理，还可以判断金属棒的长、径比值。该项研究提出的磁成像系统在安检、医学上人体内磁性药囊实时监测方面具有较大应用价值。知识产权已申请相关专利。合作方式 技术转让、合作开发。

本研究成果包括岩体初始地应力场计算仿真、岩体参数选取及反分析、岩体多场耦合机理及多场耦合数值模拟、复杂岩体开挖与锚固支护计算仿真、施工爆破效应计算仿真等诸多方面,形成了较为独特的岩体多场广义耦合分析的科学研究体系

（专利号：ZL 201410168888.X） 简介：本发明公开了一种基于耦合电感的两相交错并联变换器的拓扑结构，属于电力电子技术领域，它包括直流输入源，两个功率开关管，两个带有两个绕组的耦合电感，三个单向整流二极管，一个输出二极管，一个箝位电容，两个中间储能电容，一个输出滤波电容。本发明具有较高的升压能力，能够实现更高升压比的输出，功率开关管和二极管的峰值电压应力也有所降低，同时利用耦合电感的漏感实现功率开关管的零电流开通和二极管的关断，这样整个变换电路的转换效率得到了提高，并采用两相交错并联的控制方式降低输入电流纹波。

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。

本发明公开了一种中温太阳能?空气能耦合系统，包括中温太阳能集热装置、空气源热泵机组、中温水箱、低温水箱、吸收式制冷机组、燃气炉，通过三进一出换向阀和一进三出换向阀，可以切换太阳能供暖、太阳能制冷、太阳能供热水、燃气供暖、燃气制冷、燃气供热水、空气源热泵制冷、空气源热泵供暖、空气源热泵供热水等运行模式，系统结构简单，运行成本低，稳定可靠，节能效益显著。

欧Ⅳ、欧Ⅴ汽油标准要求硫含量大幅降至<50-10ppm，并严格控制烯烃和芳烃含量，而中国汽油池中催化裂化（FCC）汽油占70%以上，是汽油池中硫和烯烃的主要来源，高清洁/辛烷值的催化重整（20%左右）、烷基化、异构化、醚化汽油组分较少，面临巨大的投资、成本压力，催化重整还存在与乙烯争石脑油原料及芳烃含量限制等问题。目前中国燃料乙醇的生产成本居高不下，其中乙醇脱水的高能耗是制约其发展的关键瓶颈之一，同时，添加燃料乙醇也并不能从根本上解决炼油/汽油池中的这些关键瓶颈问题，并且乙醇汽油还存在雷德蒸汽压升高、夏季对轻烃的部分挤出效应、对橡胶、塑料、金属件有一定的溶胀、腐蚀作用，以及易产生相分离、保存期不长、需单独的储运配送系统等问题。因此迫切需要寻求能够破解“汽油升级”、“乙醇汽油”等发展困局之良策。而由乙醇制备ETBE/TAEE/THEE（乙基叔烷基醚），更是要面对多个难分离共沸物系的高能耗，并且还与异烯烃的高转化率/选择性/反应速率要求形成矛盾/制约，特别是可能影响到后继化工过程如1-丁烯分离、烯烃异构化等对C4/C5的进一步深加工处理。通常分离过程占整个叔烷基醚制备投资的50%及能耗的90%以上，因此其较为高昂的能耗/成本是制约其推广应用的关键瓶颈本技术运用价值工程原理，巧妙地将ETBE制备过程中的多重矛盾/制约，通过组合成一个具有杠杆作用的多重耦合/集成功能模块：·耦合分离纯化ETBE/乙醇和含水乙醇，并可联产无水乙醇（如1～3摩尔/摩尔ETBE）；·可与现有主要ETBE生产技术进行组合/可利用现有主要装置设备；·可提高/保证异丁烯的转化率/选择性/反应速率，有利于后继化工过程；·可提高/保证ETBE的纯度（乙醇<0.1～1%），便于直接加入汽油池；·可显著降低能耗/成本（比现有ETBE/乙醇分离技术降30～50%并省去脱水能耗）；·特别有利于优化集成ETBE/TAEE/THEE制备过程（可比现有醇醚和/或乙醇脱水技术降低能耗/成本50～80%甚至以上）；·撬动/提升炼油/汽油池系统的价值——FCC汽油可在深度加氢脱硫、降烯烃的同时提高辛烷值、降低雷德蒸汽压，可大大减轻炼油系统的巨额投资压力/降低汽油加工成本；·炼油/汽油池杠杆效应：总量增加、价值提升、节省投资、使用方便；·可增加轻烃——每百加仑汽油池以ETBE形式加入?加仑的乙醇可新增4.7：1的C4～C6轻烃，比乙醇直接加入的结果实际增加15倍体积，增加了ETBE的使用价值；E10雷德蒸汽压比乙醇汽油组分油升高7KPa，而制备TAEE/THEE可直接降低雷德蒸汽压～7Kpa；·可减少芳烃、降低烷基化、异构化油用量——降低巨额投资压力及加工成本；·减少CO 2排放——以ETBE形式加入汽油比乙醇可多减排24kgCO 2 /MJ乙醇；·便于直接在汽油池调和——不必改变现有储运配送系统，可降低使用成本。该技术已申请多项中国发明专利并已进入国际（PCT）阶段。

本发明公开了一种关节间柔性耦合的欠驱动手指，其中手指以滑轮为主要部件，手指内传动机构采用张紧绳和防松绳依次缠绕于手指的各滑轮上，以及指节间的两个耦合弹簧及拉绳，由此实现一个输入完成手指多个自由度的运动。通过本发明，手指本体以及手指内传动机构配合形成一个欠驱动手指，能够精确实现抓取时的自适应能力，同时其内嵌入式的柔顺性使该手指适用于在各类复杂应用环境的假肢手器械。

本发明公开了一种具有耦合电感的多电平级联逆变器，其中， 有 N 个逆变单元并联，每个单相 H 桥对应一个耦合电感，N≥2，且 N 为自然数；同一个单相 H 桥逆变单元的左桥臂侧的上桥臂是第一功率开关管，同一个逆变单元的左桥臂侧的下桥臂是第二功率开关管，同 一个单相 H 桥单元的右桥臂侧的上桥臂是第三功率开关管，同一个单 相 H 桥单元的右桥臂的下桥臂是第四功率开关管，第一功率管、第二 功率管、第三功率管和第四功率管均为绝缘栅双极性晶体管 IGBT；N 个耦合电感以循环对称的结构连接。本发明在无需复杂

通过非饱和带入渗井（注水井）进行人工补给，是含水层人工补给的重要方法之一。该方法主要适用于潜水面埋藏较深或地表覆盖不利于人工补给的场地。预测人工补给过程中非饱和-饱和带水流的响应、计算含水层的补给量是评价及设计人工补给方案的重要指标，传统定量评价模型仅适用于饱和带注水井流问题，缺少非饱和带井流模型。因此，采用传统模型评估考虑非饱和带入渗井方式的人工补给方案时会引起较大误差。 这项研究利用解析方法，开发了非饱和-饱和水流耦合的解析模型，用于评价非饱和带入渗井引起的非饱和-饱和水流过程，计算含水层的补给量。研究结果发现，非饱和带的储水性对人工补给的效率有较大影响：储水性小的非饱和带在补给过程中水流可以很快达到稳定，注入井中的水流可以很快到达饱和带，且大部分都可以存储于饱和带中，有利于人工补给；反之，则不利于采用非饱和带入渗井的方式进行人工补给。同时，揭示井的结构和含水介质的各向异性仅会影响初期的饱和带补给量，不影响后期稳定的补给量。传统模型由于未考虑非饱和带的储水性质，会过高估计饱和带的补给量。该解析模型为人工补给定量评价提供了重要的工具。

热释电红外气体传感器是指采用热释电薄膜材料制备的敏感元件，利用极性气体的对特定红外光谱的吸收特性，采用郎伯比尔定律实现对气体浓度的测量分析的传感器，其核心元件是热释电薄膜敏感元。 主要功能与应用领域：热释电红外气体传感器是一种新型的传感器，它可以自我抑制零点漂移，具有精度高、选择性好、灵敏度高、测量范围宽、寿命长，不中毒，不依赖氧气等特点。与传统的半导体型、催化燃烧型和电化学型气体传感器相比，技术优势明显因此，特别适合红外气体传感器逐渐在各种气体监控网络中的应用。 图1 含有双Si杯微桥绝热结构的器件示意图 图2红外气体监测器样机 特色及先进性：本团队采用纳米自缓冲层技术制备的热释电薄膜材料具有高热释电系数的特点。通过自缓冲层技术控制热释电薄膜与电极之间的界面特性，实现热释电薄膜的择优取向生长，制备了低漏电流密度、高热释电系数的热释点薄膜材料，掌握了红外气体传感器核心元件的材料生长、器件设计与加工的核心技术。 技术指标：热释电系数大于1x10-6Ccm-2K-1，器件探测率大于1x108cmHz1/2W-1。 能为产业解决的关键问题和实施后可取得的效果：本成果目前主要应用于有毒、有害等危险气体的监测，在工业生产监控、矿山安全、环境保护等领域，应用前景广阔。功能完善、系统兼容性好、经久耐用、长期稳定性好、测量精度高、校正周期长的便携式气体检测仪和红外气体检测传感器，替代催化燃烧型产品和进口红外产品，提高现有气体监控系统的稳定性和可靠性，提升装备性能，防范工业生产中违规气体排放、危险气体如瓦斯等导致的安全生产事故的发生，同时改善现有安全监控系统、检测仪器维护量大的问题。