全元素快速定量检测方法及绿色技术，实现在线实时检测的需求。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 1、研发背景 在食品、药品、冶金、煤炭、化工等各行业的工业现场特定工业步骤上需要原料在线全元素监测设备，以保证生产质量，因此，都需要快速获取其成分及元素信息的在线检测系统，用以实现在线原料配比、工业品判别、质量评价等过程管控，实现无人值守的智能化生产制造，节能增效，现在基本采用传统的靠经验、抽检、人为调配方式，难以精确生产、人为因素影响大、品质难于保障。离线的全元素分析方法有气相色谱法、液相色谱法、质谱法等工序复杂，耗时长，无法实时指导在线生产。因此，不能满足智能工厂和数字工厂对现场工艺的实时调控与质量监测等升级换代的需求，如智慧电厂对煤炭在线检测和实时自动配煤的需求、药厂对于药品质量的实时监测和管控、食品安全方面农残等有害物质的快速评测等。一直缺少相关全元素快速定量检测方法及绿色技术，难以实现在线实时检测的需求。 针对不同行业的不同产品所涉及多种不同元素，特别是轻元素（Z<11）的快速实时定量检测需求，本前沿技术依托脉冲激光诱导原子发射光谱的绿色技术，解决全元素快速检测的技术问题，开发快速全元素定量检测智能光谱技术，从而解决智能制造领域的关键传感器环节的产品需求，将在食品、药品、煤炭、土壤、冶金等领域实现大规模应用，填补相关传感器缺失的技术空白。 2、解决主要问题 瞄准国家智能制造快速全元素检测技术空白，针对煤电企业十三五规划节煤降耗重大需求，注重理工结合，基于微区增强光谱理论及技术研制开发了在线煤质分析仪。利用大介电常数限域理论及放电增强光谱技术部分抑制了基体效应的影响【OE，2017；OE，2018】，光谱强度增加近10倍，光谱稳定度提高了57%，实现了高精度光谱测量，解决了煤质检测准确性低、稳定性差的问题，进而完成了高稳定性全元素快速检测光谱系统产业化应用【JAAS，2020】，建立了产业化基地。该系统可完成C、H、N、S在内的50余种元素高精度快速定量分析，并给出煤热值、灰分、挥发分、水分四大指标。 3、创新性 技术创新：利用大介电常数限域理论及放电增强光谱技术部分抑制了基体效应的影响【OE，2017；OE，2018】，光谱强度增加近10倍，光谱稳定度提高了57%，实现了高精度光谱测量，解决了煤质检测准确性低、稳定性差的问题。 算法创新：依托智能算法，实现了六个月以上的稳定监测，有效的抑制了环境导致的信号变化。 技术先进性：突破了激光激发稳定性，算法鲁棒性等重要问题，目前是目前市场上唯一可选的依托激光光谱技术的煤质在线检测设备，是全国第一台安装在电厂的在线激光煤质监测设备；是唯一已经在工业化现场工作超过6年的工业化系统；唯一的算法稳定性超过半年的工业化设备。 4、推广应用价值为该行业提供了绿色煤质在线检测解决方案，先后在华电国际集团邹县、章丘等电厂装机七套，打通煤电企业燃烧控制最后一个技术环节，每个机组可年均节能百万元，总计节能千万余元，并大大降低了元素检测不当导致的锅炉事故率，将改变煤电行业的粗犷式运行方式。该系统还将在海关、土壤、医药等民用领域实现大规模应用，服务于“中国制造2025”的国家战略。

根据两相流中固相或者液相介电常数和气相的差异，实现介质浓度的测量，通过相关法获取流动速度，从而实现固相或者液相流量的测量。经过不断的技术改进，目前该技术可以实现超低浓度下流量的非接触式测量。

当颗粒物尺寸进入纳米尺度量级时，其极低的极化率使得实现高灵敏度的快速便捷检测变得困难重重。基于光学方法的传感技术具有非物理接触、非破坏、抗电磁干扰、易于操作且灵敏度高等特点，成为高灵敏传感研究的热门方向之一。传统光纤传感器已经在高灵敏检测领域得到了广泛应用。近年来的研究表明：当光纤直径减小至光波长量级时，光纤外部存在显著的倏逝场，其尺度大约在百纳米量级，对周围环境的微弱变化极为敏感。研究团队利用颗粒物在纳米光纤倏逝场中的散射效应，实现了超细颗粒物的传感与尺寸分布测量。 该项工作中，课题组首先计算了散射效率与散射体尺寸和光纤直径的关系，预测了纳米光纤传感器的最优尺寸和探测极限；随后根据理论预测，进行了高灵敏度的纳米光纤阵列的设计和制备，利用串联的纳米光纤大大提高了传感器的传感面积和检测效率；通过优化光纤模式，研究人员实现了单个标准聚苯乙烯纳米颗粒的传感和测量，粒径分辨率达10纳米。 进一步，考虑到空气中百纳米尺寸级别的细颗粒物的穿透性更强，对于人体具有更大的危害（如图1），而公开的细颗粒物质量浓度数据（PM2.5）无法对此进行有效评价，实时快速测量细颗粒物的粒径分布信息对于空气质量的评价更具有指导作用。课题组利用光纤传感器对2015年和2016年北京冬季大气细颗粒物进行了持续监测，直接获得了百纳米尺度细颗粒物的粒径分布信息，计算得到的细颗粒物浓度数据与官方公布数据趋势符合良好（如图2），充分展示了此成果的应用价值。图2. 基于纳米光纤的大气质量监测。a,空气颗粒物粒径分布及其实时演化；b,空气颗粒物质量浓度(PM1.0)及官方数据(PM2.5)。空气样品实时采集于北京大学物理学院院内。

已有样品/n飞秒电子衍射的主要特点是可以在非常短的时间尺度上（ps或fs量级） 显示反应热、 光、 电， 以及化学反应等对物质结构变化的影响， 是研究微晶、 表面、 以及薄膜的晶体结构的先进手段。

成果描述：本发明公开了一种丙烯酸镁-超细水泥双液复合灌浆材料。灌浆材料主料分为A、B组分，其中A组分的成分及重量配比为：超细水泥：水：活性氧化镁：粉剂萘系高效减水剂：硅粉=100：50-100：0-5：0.5-1.5：2-5，B组分的成分及重量配比为浓度为36%-40%的丙烯酸镁溶液：氯化钙：三乙醇胺：过硫酸钠=10-30：0.5-3：0.1-0.5:0.01-0.05。本发明是采用聚合物与超细水泥复合而成的灌浆材料，具有可灌性好、凝结时间可调、浆液结石强度高等优点。本发明在破碎松散地层固结、地基改良、建筑物基础加固等领域具有广泛的应用前景。市场前景分析：轨道交通基础设施建设领域。与同类成果相比的优势分析：技术先进，性价比较高。

本发明公开的Mg掺杂的ZnO超细纳米线具有六方纤锌矿结构，纳米线的直径为1～10纳米，长度为5～1000纳米。其合成步骤如下：将脂肪酸锌、脂肪酸镁和高沸点有机溶剂混合置于反应烧瓶中，磁力搅拌下加热至100～150℃，抽真空除去反应体系中的水蒸汽和氧气，在惰性保护气氛下加热到200～350℃，再将温度为100～200℃的十八醇快速注入到反应烧瓶中，保温1～100分钟，离心分离，得Mg掺杂的ZnO超细纳米线。本发明制备工艺简单、成本较低、重复性好、易于工业化生产，Mg掺杂的ZnO超细纳米线具有很强的量子限域效应，有望在蓝紫光发光二极管、紫外激光器等诸多领域得到应用。

本发明公开了一种Sn掺杂的ZnO超细纳米线及其合成方法。该纳米线具有六方纤锌矿结构,纳米线的直径为1～10纳米,长度为2～10000纳米。其合成步骤如下:将脂肪酸锌、脂肪酸锡、脂肪胺和高沸点有机溶剂混合置于反应烧瓶中,在惰性保护气氛下,磁力搅拌加热至50～200℃,保温1～1000分钟,然后在惰性保护气氛下加热到200～350℃,保温1～1000分钟,离心分离,得Sn掺杂的ZnO超细纳米线。本发明制备工艺简单、成本较低、重复性好、易于工业化生产,有望在透明导电薄膜、柔性显示器件、薄膜晶体管、传感器等诸多领域得到应用。

从2003年的SARS到2020年初的新冠肺炎，我国和全球各国人民均面临呼吸道疫情或疾病的严重威胁。研究表明，采用RT-PCR核酸检测，样品中病毒含量对诊断准确率至关重要，若采集的病原学样本病毒含量过低（咽拭子或庆液），可能出现假阴性（漏诊）的情况。超细径支气管镜可进入肺部支气管，通过吸引通道采集诊断精准度更高的痰或肺泡灌洗液用千检测，特异性好，为核酸检测假阴性率高的问题提供解决方案。 另外，对重症肺炎患者治疗，如果仅仅采用药物治疗，常难以有效控制感染，尤其是痰液黏稠及咳痰无力的病人，痰液容易阻塞支气管腔，进而易导致肺不张，对机械通气造成很大影响，从而影响病入脱离呼吸机。超细径支气管镜可有效清除气管中的分泌物，对病变肺段进行肺泡灌洗，清除分泌物更彻底，有效缓解呼吸道阻塞症状，提高疗效。因此在急救、病房、手术室及ICU等各部门均可发挥最大作用。 肺癌是世界范围内发病人数和死亡人数最多的癌症，但CT筛查发现的肺外周结节如何活检确诊仍需依赖支气管镜的微创活检。虽然活检是诊断金标准，但因为这些结节位于肺外周，常规支气管镜检查时镜下不可见，又因结节小，盲取活检的成功率很低，因此需借助超细径支气管镜及辅助导航技术引导至目标外周结节，来提高诊断准确率，因此高分辨超细径支气管镜在肺癌诊断和治疗中同样发挥不可或缺的作用。

本发明公开了一种丙烯酸镁-超细水泥双液复合灌浆材料。灌浆材料主料分为A、B组分，其中A组分的成分及重量配比为：超细水泥：水：活性氧化镁：粉剂萘系高效减水剂：硅粉=100：50-100：0-5：0.5-1.5：2-5，B组分的成分及重量配比为浓度为36%-40%的丙烯酸镁溶液：氯化钙：三乙醇胺：过硫酸钠=10-30：0.5-3：0.1-0.5:0.01-0.05。本发明是采用聚合物与超细水泥复合而成的灌浆材料，具有可灌性好、凝结时间可调、浆液结石强度高等优点。本发明在破碎松散地层固结、地基改良、建筑物基础加固等领域具有广泛的应用前景。

氢氧化镁的粒度、纯度和表面特性直接关系到高聚物材料的力学性能、阻燃性能以及环保领域中对废水、重金属的处理，所以经济、实用、新型的氢氧化镁的制备方法、氢氧化镁的超细化和氢氧化镁的表面改性对氢氧化镁的应用至关重要，对于高聚物材料阻燃问题的解决和环境保护均具有重要意义。本技术是以廉价、普适性富镁质天然矿物为原料，经冷加工、热处理、化学反应等过程，制得六方片状和纤维状超细、高纯氢氧化镁粉体，为新型阻燃填充材料和工业废水处理剂的生产提供保证。