复杂非线性滞后动力系统分析与综合问题是控制领域研究的热点和难点。本项目主要取得如下创新成果： 1、非线性滞后动力系统的鲁棒控制。主要研究状态信息延迟下非线性系统的鲁棒控制问题。通过构造李雅普诺夫函数和泛函，很好地解决了一直以来困扰控制领域的严格反馈结构非线性滞后控制难题。对于一般结构的非线性系统，提出了反馈控制设计框架，克服了现有文献关于滞后项的强假设条件。  2、非线性关联滞后大系统的分散协调控制。提出了强非线性关联环节下大系统的分散自适应反馈控制器设计方法，解决了非匹配模型跟随控制难题，为强耦合滞后大系统的分散控制问题提供了完整的解决方案。 3、滞后系统智能控制和网络化系统控制设计。提出了非线性滞后系统的无记忆智能控制设计理论与方法。给出了非对称网络环境下遥操作系统的控制器设计方法，建立了网络环境参数、控制器参数和系统性能的显性表达式。 4、应用基础研究：提出了化合反应系统的控制器设计方法，同时构建了工业无线网络控制平台。 研究成果在大型高炉建模与节能减排优化控制、恶劣工业环境下无线网络化控制、物联网、网络化机器人远程控制等领域得到了初步应用。

本项成果以以急倾斜特厚煤层深部煤岩动力失稳防治为目标，系统研究工程尺度采动卸压条件下煤岩体的破坏机理，揭示急倾斜特厚煤层深部综放开采期间煤岩动力失稳致灾规律，建立了动压预报技术，制订适合急倾斜煤层深部动压危险预警与管理制度，实现安全开采。项目通过中国煤炭工业协会鉴定达到国际先进水平。

本发明公开了一种阵列化电流体动力喷印头，包括墨盒、和位于墨盒中部将该墨盒内腔分隔为上腔和下腔的喷嘴板，所述喷嘴板上布置有呈阵列布置的喷嘴孔，该喷嘴孔贯通所述上腔和下腔，所述墨盒下部底面上设置有对应呈阵列布置的墨液出口，所述喷嘴板下底面上设有上电极，墨盒下底面上设有下电极，从而在所述下腔内形成电场，上腔内的墨液穿过喷嘴孔进入下腔，在下腔电场的作用下形成射流，通过墨液出口喷出进行喷印。本发明采用电流体动力喷印机理，射流直径可达到 1～10 微米，不受喷嘴直径影响，而且射流拖拽力较大，适用与高粘度溶液，且

本项目主要采用生物衍生肌腱构建下颈椎后路动态稳定系统装置。采用临床自愿捐献的人体肌腱进行脱细胞、冻干制备直径3mm,长度不等的生物衍生肌腱材料，进行体外对照实验和动物模型活体对照实验。研究发现这种材料通过创新的颈椎后路固定方式，使颈椎在前屈时提供足够动态稳定性，在左右侧屈、旋转及后伸运动中并不限制其正常运动，较好的模拟后方韧带复合体的功能。同时，动物实验证明，此种装置修复动物下颈椎后方连接结构损伤,均表现出良好的修复能力。组织学及免疫组化检查证明无大量淋巴细胞细胞浸润,细胞呈梭形,纤维组织排列整齐、均匀,可见毛细血管增生，植入装置保持了活力。故采用生物衍生材料的颈椎后路动态稳定系统能在体内长期存活,能够重建后柱稳定并保留部分运动功能。

本项目发展了柔性防护系统性能设计与提升技术，建立了“力平衡+”设计方法，开发了首套自主知识产权的商业化设计软件，发展了多元化的防护产品技术，与欧洲现有技术相比，最大防护性能提升4.5倍。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 柔性防护结构在坡面地质灾害作用下将经历大滑移、大变形等运动特征，在力学上属于强冲击作用下高度非线性动力问题，理论求解难度大。团队系统研究了坡面地质动力灾害柔性防护结构理论、技术及应用，取得了下列创新性成果:构建了防护网系统的多柔体非线性动力学模型，发展了柔性防护系统非连续动力学计算理论，可实现多元化柔性防护系统产品的性能精确预测与解析:研究了柔性防护系统关键结构部件的环境腐蚀损伤力学行为及系统性能劣化评价方法，揭示了网片累积损伤演化规律，为柔性防护系统动力损伤后的剩余承载力评价 系统运维阶段的生命评估、可靠性评价提供基础;构建了多场、多尺度、多介质耦合动力学模型，实现了对泥石流、水石流、碎屑流柔性拦截动力学过程模拟;提出了综合“空间+时间”的4D柔性防护理论。 发展了柔性防护系统性能设计与提升技术，建立了“力平衡+”设计方法，开发了首套自主知识产权的商业化设计软件，发展了多元化的防护产品技术，与欧洲现有技术相比，最大防护性能提升4.5倍。 研发了成套柔性防护结构足尺冲击试验装备，在试验能力、试验尺度、试验精度等三个方面实现全面超越;建立了标准化试验测试技术与方法，包括部件及系统试验与性能评价方法;提出了差异化设防目标和系统设计分级准则，相关成果入编两部行业标准，建立起覆盖产品、检验试验及工程建设全链条的柔性防护技术国家标准体系，相比欧洲目前的产品技术标准领先1代;开展了多项标尺性试验，累计试验次数超过300次，是欧洲该领域标志性试验的3倍，积累了大量的原始试验数据，与欧洲70年的技术发展相比，支撑了中国在该领域十年内实现理论、技术与产品研发的弯道超车。

层间转角在层状堆垛的二维材料体系中提供了一个全新的自由度来调控其结构与性质。近几年，相关方面的研究引起了广泛的关注。早在2012年，何林课题组就开始关注转角对双层石墨烯结构和电学性质的影响，测量了不同转角双层石墨烯的两个范霍夫峰的峰间距能量与转角大小的关系[1]，并预言该体系中的准粒子具有可调控的手征性[2]，研究了应变结构在该体系产生的赝磁场和赝朗道能级[3]。2015年，何林团队发现双层转角石墨烯体系费米速度随角度减小而迅速下降，证明在转角为1.1度(第一魔转角)附近时费米速度降为零[4]，并于2017年，在转角接近魔转角的双层石墨烯体系观察到强电子-电子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo课题组在魔角双层石墨烯观察到电子-电子相互作用导致的关联绝缘体态和超导态，魔角双层石墨烯物性研究迅速成为过去两年凝聚态物理研究的最大热点。 近期，何林课题组发展了一套方法，能够可控地制备利于扫描隧道显微镜系统（STM）研究的双层转角石墨烯，并利用STM研究了小角度双层石墨烯的性质，深入探索该体系由于电子-电子相互作用导致的平带简并度解除和新奇强关联量子物态的关联。例如，何林课题组与合作者发现当小转角体系的平带被部分填充时，电子-电子相互作用会解除平带的谷赝自旋简并度，在体系中产生很大的轨道磁矩（每个莫尔约10μ_B），由于轨道磁矩和磁场的耦合，谷极化态的劈裂能量会随着外加磁场线性增大[6]。同样的结果也在应变引起的平带中观察到了，当双层石墨烯的转角接近魔角时，体系中微小的应变结构可以使两个范霍夫峰之间出现一个新的零能量平带（赝朗道能级），何林课题组与合作者发现电子-电子相互作用会解除赝朗道能级的谷赝自旋简并度，产生轨道磁性态[7]。这些结果表明小转角石墨烯体系是研究二维轨道磁性态和量子反常霍尔效应的理想平台。在角度大于魔角的小转角双层石墨烯中，何林课题组与合作者证明电子-电子相互作用依然会起重要作用，并有可能产生完全不同于魔角双层石墨烯的新奇强关联量子物态。例如在1.49度的样品中，他们证明电子-电子相互作用解除了体系平带中的自旋和谷赝自旋的简并度，产生了一种全新的自旋和谷极化的金属态[8]，这一结果进一步拓宽了转角体系新奇强关联量子物态的研究范围。 除了电学性质受层间转角的调制，在双层转角石墨烯体系，由于层间堆垛能与层内晶格畸变引起的应变能的竞争，其原子结构也会随着角度发生改变。最近，何林课题组系统研究了双层转角石墨烯结构随着角度的演化，发现当转角大于魔角时，体系可以看作两个独立的刚性石墨烯层发生扭转，层内晶格畸变几乎可以忽略（定义为非重构结构）；当转角小于魔角时，由于莫尔条纹周期较大，层间堆垛能占主导，从而引起晶格畸变产生堆垛的畴界（domain wall）网格（定义为重构结构）。这种畴界的两边都是Bernal堆垛的双层石墨烯（分别为AB堆垛和BA堆垛），能传输谷极化的电流（图一）。我们利用STM证明非重构和重构的两种结构在魔角附近都能稳定存在。进一步，我们发现利用STM针尖脉冲可对魔角双层石墨烯的非重构和重构结构进行切换，从而开关其二维导电拓扑网格。同时，我们发现在强关联效应中起到重要作用的魔角双层石墨烯平带的带宽也能在这一过程中被调控[9]。相关成果近日刊发在物理学期刊《Physical Review Letters》上。何林教授课题组博士生刘亦文为第一作者，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的苏赢博士为文章的共同第一作者，何林教授为通讯作者。

层间转角在层状堆垛的二维材料体系中提供了一个全新的自由度来调控其结构与性质。近几年，相关方面的研究引起了广泛的关注。早在2012年，何林课题组就开始关注转角对双层石墨烯结构和电学性质的影响，测量了不同转角双层石墨烯的两个范霍夫峰的峰间距能量与转角大小的关系[1]，并预言该体系中的准粒子具有可调控的手征性[2]，研究了应变结构在该体系产生的赝磁场和赝朗道能级[3]。2015年，何林团队发现双层转角石墨烯体系费米速度随角度减小而迅速下降，证明在转角为1.1度(第一魔转角)附近时费米速度降为零[4]，并于2017年，在转角接近魔转角的双层石墨烯体系观察到强电子-电子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo课题组在魔角双层石墨烯观察到电子-电子相互作用导致的关联绝缘体态和超导态，魔角双层石墨烯物性研究迅速成为过去两年凝聚态物理研究的最大热点。 近期，何林课题组发展了一套方法，能够可控地制备利于扫描隧道显微镜系统（STM）研究的双层转角石墨烯，并利用STM研究了小角度双层石墨烯的性质，深入探索该体系由于电子-电子相互作用导致的平带简并度解除和新奇强关联量子物态的关联。例如，何林课题组与合作者发现当小转角体系的平带被部分填充时，电子-电子相互作用会解除平带的谷赝自旋简并度，在体系中产生很大的轨道磁矩（每个莫尔约10μ_B），由于轨道磁矩和磁场的耦合，谷极化态的劈裂能量会随着外加磁场线性增大[6]。同样的结果也在应变引起的平带中观察到了，当双层石墨烯的转角接近魔角时，体系中微小的应变结构可以使两个范霍夫峰之间出现一个新的零能量平带（赝朗道能级），何林课题组与合作者发现电子-电子相互作用会解除赝朗道能级的谷赝自旋简并度，产生轨道磁性态[7]。这些结果表明小转角石墨烯体系是研究二维轨道磁性态和量子反常霍尔效应的理想平台。在角度大于魔角的小转角双层石墨烯中，何林课题组与合作者证明电子-电子相互作用依然会起重要作用，并有可能产生完全不同于魔角双层石墨烯的新奇强关联量子物态。例如在1.49度的样品中，他们证明电子-电子相互作用解除了体系平带中的自旋和谷赝自旋的简并度，产生了一种全新的自旋和谷极化的金属态[8]，这一结果进一步拓宽了转角体系新奇强关联量子物态的研究范围。 除了电学性质受层间转角的调制，在双层转角石墨烯体系，由于层间堆垛能与层内晶格畸变引起的应变能的竞争，其原子结构也会随着角度发生改变。最近，何林课题组系统研究了双层转角石墨烯结构随着角度的演化，发现当转角大于魔角时，体系可以看作两个独立的刚性石墨烯层发生扭转，层内晶格畸变几乎可以忽略（定义为非重构结构）；当转角小于魔角时，由于莫尔条纹周期较大，层间堆垛能占主导，从而引起晶格畸变产生堆垛的畴界（domain wall）网格（定义为重构结构）。这种畴界的两边都是Bernal堆垛的双层石墨烯（分别为AB堆垛和BA堆垛），能传输谷极化的电流（图一）。我们利用STM证明非重构和重构的两种结构在魔角附近都能稳定存在。进一步，我们发现利用STM针尖脉冲可对魔角双层石墨烯的非重构和重构结构进行切换，从而开关其二维导电拓扑网格。同时，我们发现在强关联效应中起到重要作用的魔角双层石墨烯平带的带宽也能在这一过程中被调控[9]。相关成果近日刊发在物理学期刊《Physical Review Letters》上。何林教授课题组博士生刘亦文为第一作者，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的苏赢博士为文章的共同第一作者，何林教授为通讯作者。

中国科学技术大学李晓光团队在前期研究基础上，基于铁电隧道结量子隧穿效应，实现了具有亚纳秒信息写入速度的超快原型存储器，并可用于构建存算一体人工神经网络，该成果在线发表《自然通讯》杂志上。研究人员制备了高质量Ag/BaTiO3/Nb:SrTiO3铁电隧道结，其中铁电势垒层厚为6个单胞（约2.4nm）。基于隧道结能带的设计，以及其对阻变速度、开关比、操作电压的调控，该原型存储器信息写入速度快至600ps（注：机械硬盘的速度约为1ms, 固态硬盘的约为1-10ms）、开关比达2个数量级，且其600ps的阻变速度在85℃时依然稳定（工业测试标准）；写入电流密度4×103A/cm2，比目前其他新型存储器低约3个量级；一个存储单元具有32个非易失阻态；写入的信息预计可在室温稳定保持约100年；可重复擦写次数达108-109次，远超商用闪存寿命（约105次）。即使在极端高温（225℃）环境下仍能进行信息的写入，可实现高温紧急情况备用。

在应变的InAs/GaInSb量子阱中，量子阱中的应力使其能带发生改变，从而使得体态杂化能隙得以增大，这直接导致了边缘态电子费米速度的增加，因而螺旋边缘态中的相互作用效应变弱。实验上测量得到的边缘态电导以及其对外加磁场的响应清楚地表明该系统中的量子自旋霍尔态是一种Z2拓扑绝缘体，其性质受到时间反演对称性的保护。而且，InAs/GaInSb量子阱中螺旋边缘态的相干长度最长可达10微米以上，远大于之前所有有关量子自旋霍尔态研究工作中报道的数值。另外，螺旋边缘态的相干长度还可以被栅极调节，这显示了边缘态电导与边缘态电子费米速度，也即边缘态相互作用强度密切相关。