高导热宽频强吸收吸波弹性体材料通过将氮化硼、石墨烯等二维纳米材料进行高效剥离、与纳米铁氧体颗粒杂化、采用高效均匀的混合搅拌和高精度的压延成型工艺制备而成，具有导热吸波性能、力学性能好、硬度低等特点，其导热系数大于3wm-1k-1， 吸收频宽（RL<-10dB）高达 5GHz，最小反射损耗低于-50dB，达国内先进水平。

一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 学号 杨钰萍 机电工程学院/测控技术与仪器 2016.9/2020.6 201631034227 刘玉洁 机电工程学院/测控技术与仪器 2016.9/2020.6 201631034210 黄祺 机电工程学院/测控技术与仪器 2017.9/2021.6 201731034414 黎峰 机电工程学院/测控技术与仪器 2017.9/2021.6 201731034425 李正煜 机电工程学院/测控技术与仪器 2018.9/2022.6 201831034413 任星星 机电工程学院/测控技术与仪器 2016.9/2020.6 201631034306 杨柳 外国语学院/英语 2016.9/2020.6 201631131301 胡玉莲 外国语学院/英语 2016.9/2020.6 201631131304 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 陈波 外国语学院/测试计量技术及仪器 实验师 传感器技术 四、项目简介 本项目以电磁流量计的励磁技术为切入点展开研究，了解了已有励磁技术的优缺点，合理推导双向梯形波具有的优点——既有稳态部分利于数据采集与处理；又存在缓慢的上升和下降沿可减少微分干扰。故设计了双向梯形波励磁拟解决现有励磁技术微分干扰过大的问题，并可提高电磁流量计在流速测量中的精度。该项目一旦成熟推向市场时，可实现系列化生产，对提高流量流速测量精度，扩大电磁流量计的应用范围有较大的现实意义。

碳纳米管的优越电磁波吸收性能， 在军事领域及民用领域里有潜在的 巨大用途。碳纳米管吸波材料对于国家安全、隐形作战装备研制、具有十 分重大的意义。碳纳米管 /聚合物复合吸波材料还可广泛应用于民用领域， 可用于抗静电、电磁屏蔽，减少或者消除电磁波对人体的伤害及电磁设备 的干扰。 本研究显示碳纳米管 /聚合物复合吸波材料具有优良的雷达波吸收性 能，具有广阔的市场空间和应用前景。

基片集成类导波结构是近十几年来微波毫米波学界发展起来的一种新型高性能平面集成导波结构，它具有极低的电磁泄露和互扰，其品质因数和功率容量远高于传统平面传输线，国内外数百所大学和研究机构开展了大量研究，使之成为微波毫米波领域最受关注的研究分支之一。 学科洪伟教授课题组是国际上这一学术分支的主要倡导者和贡献者之一，在IEEE系列刊物上发表学术论文120余篇，在美、英、德、日、韩、波、葡等国家召开的国际会议上作大会报告、特邀报告20余次，论文被40多个国家的学者正面他引5000余次，获授权国家发明专利50余项。 该研究成果在国内外都产生了比较大的影响，获2016年度国家自然科学二等奖。

1 成果简介随着我国经济的高速发展和人民生活水平的提高，环境污染、疾病监测、食品安全等民生热点日益受到人们的关注。如何对上述问题进行简单、快速的监控，将一些危害降至最低，保障人民生活和生产，这就需要一种可实时实地检测、操作简便的多应用传感器件。 表面等离子体波（ SPP）传感器是一种基于光学检测的传感器件，被广泛用于药物筛选、食物检测、环境监测和细胞膜模拟等方面。相对于目前常见的化学、电子、力学等传感器，SPP 传感器拥有实时检测、无需标记、对被检测物无损害、探测方法简单等众多优点。为了降低成本、 稳定性能、减小体积，集成型 SPP 传感器件的成为了现今研究热点。然而现有的集成型 SPP 传感器件普遍存在灵敏度低，探测范围小等问题，限制了其应用的推广。 课题组从 2006 年开始合作从事集成型 SPP 传感器件研究，在清国家 973 项目、自然科学基金重点项目、教育部清华大学自主研究项目等项目资助下， 创新性提出一种基于 SPP-介质波导异质垂直耦合器的可集成生化传感芯片，并对传感芯片的传感特性和应用进行了深入研究和探索。芯片的特点和性能如下：可集成，芯片体积小，可与便携设备集成；可批量生产，价格低廉；灵敏度较传统的集成型 SPP 传感器件高出一个数量级；可实现对传感区域的精确或者大范围调节；可实现对纳米量级大小的物质的探测；传感性能稳定，应用领域广泛。上述优点表明该芯片可以工厂大批量生产经营，也可以用于实验室的科研研究，在化学，生物，医学等多 个领域均有应用价值。查新表明，国内外目前尚未发现有相似原理的器件。 图 1 (a) 集成型 SPP 传感芯片与一元硬币尺寸对比图 (b) 传感芯片的显微镜照片2 应用说明可集成型 SPP 生化传感芯片在实验室经多次验证，可以实现对折射率液体以及纳米级薄层物质的高灵敏探测，并初步应用于对双酚 a（简称 BPA，一种塑料生长常用原料，每年生产将近 2700 万吨含 BPA 的塑料类物质， BPA 具有胚胎致畸性和致毒性）的检测。实验结果表明，该芯片对于 BPA 的探测极限浓度可以达到 0.1ng/ml （欧盟公布食品准则中水含有BPA 的最高浓度为 1ng/ml）。3 效益分析由于目前国内尚无同类产品， 而且此产品在疾病检验，环境监测，药品鉴别等多个领域具有应用价值， 因此本仪器具有较大的市场推广空间。本传感芯片价格低廉，使用简便，对样品无二次污染，性能稳定，甚至对纳米量级的生化小分子探测均具有高灵敏度，相对于其他类型的传感器件， 具有明显的经济和技术优势。

本发明公开了一种复合波片光轴对准方法及装置。将待对准复合波片的两片晶片装在支架上之后分别安装在固定、旋转波片卡盘上；从光源发出的光经过起偏器后形成线偏振光；通过待对准的复合波片后，线偏振光偏振态发生变化；根据探测器探测到的透射光强信号可进一步获得待对准复合波片相位延迟波动量的变化幅值；比较相位延迟波动量的变化幅值的相对大小；通过电控旋转台控制旋转波片卡盘转动，直至将复合波片的光轴对准到所要求的精度范围内。装置包括光源，起偏器，固定波片卡盘，旋转波片卡盘，旋转检偏器，探测器，电控旋转台，计算机，步进电机和电控旋转台控制器。该方法可以实现对复合波片光轴进行高精度对准，装置简易，操作简单。

成果与项目的背景及主要用途： 吸波材料即雷达吸波材料（RAM），是指能够吸收衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能而消耗掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料。目前，随着电磁波污染的日益严重，吸波材料在民用领域具有极大的发展潜力。许多研究已证明，持续、高强度的电磁波照射会诱发细胞变异、诱发肿瘤、癌症等疾病，电磁波污染已成为世界各国本世纪重点治理的环境污染之一。不让电子设备发射电磁波是不可能的，所以消除电磁波污染最有效的办法就是使用吸波材料。这项属于电磁干扰（EMI）范畴的研究已在世界各国得到广泛重视和应用。 技术原理与工艺流程简介： 本项目研究制备含有不同含量及分布的碳纤维(毡)树脂基复合吸波材料，主要研究碳纤维(毡)排布方式、含量对于材料吸波性能的影响，通过调整参数，实现材料对电磁波的宽频吸收、高效吸收、选择吸收的目的；其次，通过对纤维(毡)表面改性、添加电磁损耗剂、改变基体种类等制备具有刚性和柔性基体吸波材料，同时对吸波机理进行研究，以求开发一种低成本、宽频、高效、轻质的吸波材料。试样的制备采用复合材料成型工艺压缩模塑。将环氧树脂与低分子量聚酰胺按质量比 2：1 搅拌均匀（E-44 型环氧树脂：低分子量聚酰胺树脂=100：50～100：100 质量比），在真空干燥箱中脱泡，然后浇注到事先预热的半溢式模具中，模具中预置碳纤维或碳毡。在透波层表面加一层 S-玻璃布，目的是达到与自由空间的阻抗匹配，在模具底部也加一层玻璃布，目的是抵消由透波层玻璃布引起的应力，使试样不致弯曲而造成测量误差。然后将浇注好的模具在 60℃，10MPa的压力下固化 2 个小时，得到所需的 180mm×180mm，厚度为 4mm 的正方标准试样。 技术水平及专利与获奖情况： 本研究通过两年多的大量实验，获得具有良好吸波性能和商用价值的环境功能材料。可用于消除环境空间中的有害电磁波。本课题组制备了材料样品，完成了 4 个专题的研究报告，发表论文 12 篇，申请专利两项。本研究已达到国际先进水平。 应用前景分析及效益预测： 随着电信业的飞速发展，吸波材料的应用已深入到通讯抗干扰、环保及人体防护等诸多领域。 成本估算： 环氧树脂/碳纤维复合吸波材料E-44 环氧树脂：15.4 元/公斤，低分子量聚酰胺树脂：24 元/公斤。碳纤维：300 元/公斤 每块试样用碳纤维：0.36 克 其他费用：电费，模具费，人工费 每块试样成本：约 4 元（180×180mm） 折合成本：约 120 元/平方米 应用领域：电磁波污染的防护，构筑微波暗室。 2、 连续碳纳米管纤维 成果与项目的背景及主要用途： 碳纳米管被誉为超级纤维，是 21 世纪的基础材料，具有优异的物理化学性质，其密度只有钢的六分之一，强度超过钢 100 倍，具有高导电导热性，导热性是铜的 5-8 倍，在高性能复合材料，能源电极，电场发射等多方面有重要的应用前景，世界各国和大公司都争先投入抢占碳纳米管市场，近年来产业发展迅猛。连续碳纳米管纤维是无数碳纳米管构成的长纱线，轻于碳纤维，有高柔性，具有碳纳米管所有结构和功能特性，可编织和成型，较碳纳米管更接近应用，在制备高性能复合材料方面，极具潜力，可用于宇航、汽车用高性能复合材料、风力发电叶片、导电导热材料、电力传输电缆、高强编织物，智能纺织和柔性光电器件等。 基于天津大学的气相法制备连续碳纳米管纤维技术，研发碳纳米管纤维量产化技术，制备万米连续碳纳米管纤维材料, 研发碳纳米纤维复合材料和相关新材料，在国内率先推出碳纳米纤维新产品，主导国内市场，开拓国际市场。 技术原理与工艺流程简介： 本方法是一步制备连续碳管纤维的方法，具有工业化应用前景。2010 年天津大学技术团队取得关键制备技术的突破，纺出千米连续的碳纳米管纤维，为产业化提供了基础。气相纺丝法是以含碳原理和催化剂输入到高温炉中，在气流中生长碳纳米管并组装成丝，用机械的方法纺出碳纳米管纤维的新方法。主要成果包括发明了乙醇/丙酮混合碳源，发明了水密封反应器和致密碳管纤维的纺丝方法。目前已经取得连续纺丝数小时数千米连续碳管纤维，在方法、技术和材料性能方面处于国际领先水平。 应用前景分析及效益预测： 碳纳米管的价格范围较大 2-20000 元/克，价格取决于碳管种类和纯度，有些容易合成，有些受制备限制，尚未量产化。目前市场上多壁管 2000 元/公斤，天津大学科技成果选编高纯碳管价格十倍以上。高纯单壁碳管尚未量产，目前仍以克量计，纯度 80%的单壁管价格为 60 美元/克，高纯（>90%）单壁管在 1000-2000 美元/克以上。连续碳管纤维为双壁管，纯度 90%，短期可参考单壁管价格 60-2000 美元/克。 应用领域： 高性能复合材料、导电导热材料、储能材料、功能电子和织物，产业领域航空航天、能源、环境、化工和纺织等。 合作方式及条件： 技术合作与专利转让 与国际知名企业和研究单位建立合作,引领碳纳米管纤维新产业的发展

面结构光三维测量技术是近几年飞速发展的光学三维测量技术，是基于条纹投影的物体三维面形重建技术。它利用物体面形对标准正弦条纹图的相位调制并对图像进行相位解调实现物体三维检测。该系统包括高质量面结构光投影模块、低失真图像采集模块及快速的数据处理算法。该测量系统中，标定准确的相位与空间三维坐标的关系是该三维测量技术至关重要的步骤。由于面结构光三维测量技术具有速度快、非接触、精度高等优点逐步受到人们的重视，它被认为是目前最有前途、最有发展潜力的三维测量技术。 一、主要功能和应用领域 该面结构光三维测量系统结合特定的标定技术，确定各个系统参数，建立相位与空间三维坐标的数学关系，改善系统的精确度及灵和性。该测量系统适用于工业制造、产品检测、模具设计、逆向工程、生物医学、文物保护、机器视觉等领域，具有广阔的应用前景。 二、特色及先进性 1、系统结构任意摆放 该任意摆放面结构光三维测量系统的组成部件在空间位置相对任意，易于在实地测量中使用。它在几何结构、光路等方面没有严格的平行性、垂直性要求，仅需要图像采集系统的视场被投影系统的视场所覆盖。 2、标定技术经济实惠且使用灵活 系统标定的过程中，仅需一种打印的棋盘格作为标定板，相比于制作困难且成本高昂3D标准件，该技术成本低，具有极高的实用性。同时，标定板的位置可以随机、任意放于测量视场中的任何一个空间位置，相比于现行的标定技术，具有极大的灵活性。 3、高分辨率 基于任意摆放面结构光三维测量系统，避免现行测量方法中因系统设置不准而造成的测量误差；考虑镜头引起的畸变现象，对每个像素点标定，降低畸变对测量结果的不良影响；采用最小二乘拟合算法，对多组数据拟合，保证相位与空间三维坐标关系的准确性。 4、测量系统技术指标 物体面形三维测量对测量仪器的分辨率、稳定性有较高要求，且部分算法复杂，所设计的系统采用联机方式。系统主要技术指标：测量范围：200mm×300mm×200mm，且连续可调；横向分辨率：可达0.06mm(主要受相机分辨率的限制，本系统采用AVT-GT1660C相机)；纵向分辨率：可达0.02mm 四、能为产业解决的关键问题和实施后可取得的效果 1、基于任意摆放面结构光三维测量系统，解决传统系统设置难度大、对测量环境稳定要求高的困难。 2、标定技术可适用于任何面结构光三维测量系统，解决了现行标定技术使用范围较窄的问题。 3、该测量系统和标定技术具有高分辨率且经济实用，极大提高面结构光三维测量技术测量精度，拓展了面结构光三维测量技术的应用领域。

配完成，效率低、周期长且模具工作型面表面质量无法保证。本成果在深入分析了影响大型汽车覆盖件模具凸凹模工作型面贴合率影响因素的基础上，研究提高贴合率的数字化分析与设计方法，建立了基于汽车覆盖件拉延减薄和模具在成形力下的弹性变形量耦合的精细模面设计方法。利用基于型面变形补偿的汽车覆盖件模具型面设计系统及方法后，调试周期缩短了30%，大大的提高了模具工作型面调试效率，缩短了模具的制造周期，创造了良好的经济效益，提升了企业核心技术能力的同时提高了企业的竞争力。本项目的研究成果已经成功在多家大型汽车覆盖件模具企业进行了大量的工业化应用，已为国内外知名汽车公司的大型覆盖件模具项目提供了高质量的模具。项目对改变我国汽车高档模具主要依赖进口的现状、促进天津市装备制造业的发展具有重要意义。