基本原理：层析三维数字化仪的基本原理在本质上不同于传统的逆工程三维测量技术，它把被测物体用专门的填充剂充满其内外所有细节结构，再用真空和高压装置把被测物体制作成测量模块；对该测量模块进行逐层切削和扫描测量；对所有的被测断面进行图像处理，同时精确提取内外轮廓的边缘数据；再通过工作站进行三维CAD重建被测物体的实体模型，在三维CAD实体模型的基础上直接进行激光

近十年来，大型地下工程尺度达数百米、体量增至上万平方米；建设条件和使用环 境的特殊性给这类地下工程的施做带来极大的挑战。针对地下工程结构现浇混凝土施工 的特征，项目研究从混凝土材料与构件早期性能测试、地下工程混凝土结构早期性能设 计方法、以及施工控制技术等方面展开。 项目研究内容涵括混凝土材料科学与技术、结构设计方法、施工技术与组织等方面 的技术难题。理论方面研究了混凝土材料微观结构形成的物理化学变化与内部温度场、 湿度场的复杂作用过程，并考虑结构宏观层次荷载产生的应力场，建立了多场耦合作用 下复杂结构早期物理力学性能演化机理模型；在早期性能试验测试技术研究中，首次建 立了混凝土主动约束早期变形性能试验方法和操作程序，自行研发了试验装置与自动测 试仪器；融合地下工程混凝土结构早期变形、抗裂能力等提出了地下结构早期性能设计 方法，突破了承载能力极限状态设计的思想；通过仿真分析指导工程实践，结合现场远 程监控技术，实施混凝土改性、构件抗裂设计、养护技术等控制早期性能演化的技术措 施。 研究成果已成功应用于超高层建筑、地下综合体、隧道工程等数十项重大工程，并 为日本地铁 13 号线混凝土早期变形性能分析和香港金门公司地下工程早期变形控制所 采纳，取得了良好的效果。 研究成果的应用不仅可提高地下工程质量，保障其预期服役性能；还可促进信息技 术在传统土木行业的应用；同时，混凝土结构早期性能设计方法的思想可应用于其他结 构工程，对于保障基础设施可持续发展有重要意义。

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料耐腐蚀、耐高温、耐磨损、韧性高，能够广泛用于能源、交通、化工等领域的关键部件，比如摩擦制动材料、耐化学腐蚀叶片等。

        研发团队针对NASICON型结构钠离子电池正极材料面临的瓶颈问题，通过新颖的合成方法和材料晶体结构设计理念，成功开发了具有自主知识产权的长寿命、高功率和低成本的钠离子电池及其超稳定的正极材料。材料合成方法简单，反应条件温和，不需要特殊设备，目前已完成实验室中试，具备了公斤级的制备能力。成果具有高的振实密度，可实现高体积能量密度，具有非常优秀的实用化潜力。         意向开展成果转化的前提条件：中试放大及产业化工艺开发资金支持

卫星在轨运行和返回过程中需经历极端高低温环境，构件尺寸的稳定是保证卫星在轨高精度、返回高安全、任务高可靠的关键。针对卫星搭载的某宽带微波载荷与卫星本体材料之间热膨胀系数不匹配极易导致的载荷在轨及返回过程中载荷接收精度不稳定、信息传输不连续等问题。我校陈骏教授团队以原创的负热膨胀技术研发了具有轻质、热膨胀系数低、力学性能优异、尺寸稳定性好的高性能低膨胀铝基复合材料，并研制了系列关键连接内置件、环件等高性能低膨胀构件，首次将负热膨胀技术应用到我国的卫星上，填补了高性能低膨胀金属构件在工程应用领域的空白。该技术使得某宽带微波载荷与卫星本体之间热膨胀匹配性增强、界面应力大幅度减小，保证了卫星在轨与返回过程中信号高精度传输与接收，助力卫星成功返回。 图1 实践十九号卫星成功返回（图片来源国家航天局） 图2 高性能低膨胀铝基复合材料及构件应用于全球首颗可重复使用返回式技术试验卫星（图片来源央视新闻频道）

本项目所研究的电控调光膜材料即为聚合物分散液晶（Polymer dispersed liquid crystal，简称PDLC）薄膜材料，其主要应用领域为电控智能玻璃、大面积柔性液晶显示等。PDLC薄膜材料是将向列相液晶微滴均匀分散在高分子网络中而形成的复合材料，当未对PDLC薄膜施加电场时，在高分子网络的作用下液晶分子的指向矢呈无规分布，薄膜呈强烈光散射状态；当对PDLC薄膜施加电场时，液晶分子的长轴平行于电场排列（通常PDLC中所使用的液晶的各向介电常数为正），薄膜呈透明状态。 目前，国外的PDLC薄膜生产厂家均采用热固化法制备PDLC薄膜，而课题组所采用的为紫外光固化法，是世界上首家可以使用紫外固化法制备PDLC薄膜的科研单位，紫外光固化法相对于热固化法，其固化速度快、节能环保、成品率高。并且所制备的PDLC薄膜电-光性能优异，综合电-光性能优于其它国外PDLC薄膜生产厂家所生产的PDLC薄膜。

青岛科技大学先进电工材料研究院是学校从事高压绝缘与电工材料科研机构，由我国著名电气绝缘专家、中国工程院院士雷清泉教授担任院长。研究院是山东省高压绝缘与电工材料专业委员会挂靠单位，现有教职员工20余人，中国工程院院士1人、山东省专业技术拔尖人才1人、泰山学者青年专家1人;教授3人，副教授5人。目前围绕电力和能源形成了以下几个特色研究方向:高压直流电缆材料研发及应用、高压直流电缆附件硅橡胶材料研发及应用、特高压设备环氧树脂材料开发及应用、动车组车顶高压设备绝缘关键技术及应用、极端环境下绝缘材料与绝缘技术。先进电工材料研究院具备开展电工绝缘材料性能测试和研究的先进实验平台，拥有介电阻抗--热激电流综合分析仪、C3型固体介质空间电荷测试系统、真空沿面闪络测试系统、交/直流击穿测试系统、表面电位衰减测试系统、电流变仪、扫描电镜、真空型红外光谱仪等大型仪器，科研仪器设备总值1200万元。建有材料制备与化学合成、材料加工、电气性能测试、微观结构表征等专业实验室，处于国内电工材料领域研究先进水平。近几年团队围绕制约超/特高压设备发展的绝缘材料卡脖子问题，不断加强与全球能源互联网研究院、南方电网科研院、山东电科院、浙江电科院，以及特变电工、中天科技等一线科研院所和制造企业的交流和合作，在高压直流电缆绝缘材料、半导电屏蔽材料、高压电缆附件硅橡胶材料和新型电工绝缘材料等方面取得了突破性进展。基于团队前期电工绝缘材料的研究基础和研究特色，本次拟在特高压设备用增强型环氧树脂体系开发及应用关键技术（96)、特高压绝缘子用特种硅橡胶材料开发及应用技术（98）两个方面开展产学研合作。技术分析(1）高压直流电缆绝缘料及半导电屏蔽材料开发及评价方法:团队针对高压直流电缆电荷积聚问题，突破对其传统认识，于2017年首次提出半导电屏蔽层电荷发射评价方法。近两年申请国际/国家专利10余项，其中国际发明专利3项（获“青岛市PCT专利创造资助资金”资助)。该成果对于不断发展和深入研究半导电屏蔽料具有重要的科学意义和工程价值，可为我国绝缘料、半导电屏蔽料的性能提升和国产化提供理论指导。(2）高压电缆附件硅橡胶材料配方研究及评价方法:与全球能源互联网研究院合作开展土500 kV柔性高压直流电缆附件制备关键技术研究，研究了500 kV高压直流电缆附件硅橡胶材料的配方，以及硅橡胶与电缆主绝缘的界面匹配特性;建立了基于矩形图法的双层绝缘介质界面电荷评估方法。该成果用于指导500 kV柔性高压直流电缆附件材料选型及界面电荷评估。(3）新型电工绝缘材料研究:雷清泉教授于2017年在国际上首次提出了一种新型超电绝缘体结构原型——维氧化铝纳元胞，研究成果发表在纳米能源材料领域的顶尖学术刊物NanoEnergy 上。该成果对传统电介质击穿理论、材料结构形态研究及制造工艺将会产生根本性变革，对现代高端电缆制造及特/超高压输变电领域具有重要的意义和潜在的应用价值。(4）高导热绝缘环氧树脂材料研究。研究院郝春成教授开展了高导热绝缘环氧树脂研究，通过改性提高环氧树脂的耐击穿电压、导热性能，改善了力学性能，可用于特高压设备绝缘体系。

在巡检条件下，实现多物理量融合的钢轨病害动态检测技术。采用复合电磁技术检测材料表面和内部的宏观伤损；采用巴克豪森技术测量缺陷产生前的残余应力、材料状态改变、表面早期伤损；应用相控阵超声技术检测钢轨内部缺陷，并实现焊缝的精确定位及智能化全尺寸高效检测。实现覆盖诸如钢轨（含焊缝）等重大设施及新型材料全尺寸、全寿命周期的健康状态综合检测。 高速铁路损伤检测：实现80-350km/h的高巡检速度下对轨道不同阶段损伤的检测，提高轨道安全性； 智能制造质量检测：实现新型加工、增材制造中加工质量无损检测，提高智能制造的加工水平； 结构智能健康监控：实现钢轨、桥隧、航空航天设施关键部位故障状态监控，提高重大设施寿命。 技术优势 巡检试验转台的速度提升至350km/h，填补了国内350km/h速度等级巡检试验转台的空白。首次在国内研究了350km/h高速及不饱和状态下铁磁性材料动态磁化过程机理。采用电磁、涡流、图像等无损检测核心关键技术，研究各种材料的伤损缺陷对检测信号的影响，克服使用环境、高速运动对检测系统的影响，在高速及重载铁路应用条件下，对服役钢轨表面、亚表面以及一定深度的裂纹缺陷损伤进行快速巡检，构建高速钢轨裂纹巡检设备，实现对铁路钢轨裂纹缺陷形貌参数等相关数据信息的快速获取、损伤程度判别，并进行故障预警和寿命评估。研究基于复合电磁效应、超声波、激光、图像融合的钢轨巡检及实时分析技术，实现病害特征识别与缺陷重构。通过分析铁磁性材料磁化过程，抑制巡检中检测探头的振动、提离效应、材料属性以及使用环境对钢轨表面检测结果的影响；基于多物理量数据的融合分析，精确识别钢轨缺陷产生前的残余应力、早期伤损等多种病害。通过使用超声技术实现焊缝精确定位及全断面相控阵高效检测。

在巡检条件下，实现多物理量融合的钢轨病害动态检测技术。采用复合电磁技术检测材料表面和内部的宏观伤损；采用巴克豪森技术测量缺陷产生前的残余应力、材料状态改变、表面早期伤损；应用相控阵超声技术检测钢轨内部缺陷，并实现焊缝的精确定位及智能化全尺寸高效检测。实现覆盖诸如钢轨（含焊缝）等重大设施及新型材料全尺寸、全寿命周期的健康状态综合检测。高速铁路损伤检测：实现80-350km/h的高巡检速度下对轨道不同阶段损伤的检测，提高轨道安全性；智能制造质量检测：实现新型加工、增材制造中加工质量无损检测，提高智能制造的加工水平；结构智能健康监控：实现钢轨、桥隧、航空航天设施关键部位故障状态监控，提高重大设施寿命。技术优势巡检试验转台的速度提升至350km/h，填补了国内350km/h速度等级巡检试验转台的空白。首次在国内研究了350km/h高速及不饱和状态下铁磁性材料动态磁化过程机理。采用电磁、涡流、图像等无损检测核心关键技术，研究各种材料的伤损缺陷对检测信号的影响，克服使用环境、高速运动对检测系统的影响，在高速及重载铁路应用条件下，对服役钢轨表面、亚表面以及一定深度的裂纹缺陷损伤进行快速巡检，构建高速钢轨裂纹巡检设备，实现对铁路钢轨裂纹缺陷形貌参数等相关数据信息的快速获取、损伤程度判别，并进行故障预警和寿命评估。研究基于复合电磁效应、超声波、激光、图像融合的钢轨巡检及实时分析技术，实现病害特征识别与缺陷重构。通过分析铁磁性材料磁化过程，抑制巡检中检测探头的振动、提离效应、材料属性以及使用环境对钢轨表面检测结果的影响；基于多物理量数据的融合分析，精确识别钢轨缺陷产生前的残余应力、早期伤损等多种病害。通过使用超声技术实现焊缝精确定位及全断面相控阵高效检测。应用范围:（1）获得国家科技部重大科学仪器开发专项重大科学仪器开发专项“在役钢轨缺陷综合检测监测设备开发与应用”、国家自然科学基金委员重大科学仪器开发专项“钢轨接触疲劳及裂纹多物理高速巡检监测技术攻关”铁路总公司重大课题“高铁钢轨浅表层缺陷快速检测关键技术研究及装备研制”等项目支持。（2）作为关键核心设备应用于中国铁路总公司新一代国产大型高速钢轨探伤车GTC-80，累计巡检里程已达1万公里以上。发现各类型缺陷，如裂纹，剥离，磨损等400多例，通过了铁路总公司的关键技术鉴定，实现进口重大装备替代。（3）30km/h的双轨电动探伤机器人，集成环境感知、智能巡检、大数据处理与无线传输等功能，实现无人监控下的长距离自主运行，用于城市轨道巡检，已应用于南京地铁、西安地铁等。（4）智能制造质量检测技术应用于宝武集团宝日冷轧钢板厂（世界最大冷轧钢板生产线）钢板加工性能在线自动检测。（5）结构智能健康监控技术应用于京沪高铁CRTS-Ⅱ型轨道板健康监控（上海铁路局科技进步一等奖）、金温高铁沿线光纤监测（全国首例）、贵广客专K75+431双线特大桥沉降监测、芜湖地铁1、2号线安全监控系统；（6）挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛特等奖，创青春全国大学生创业大赛金奖，第一届中俄工业创新大赛二等奖。

随着我国对环境保护越来越重视，充填采矿技术得到越来越广泛应用。通常仅用于有色、黄金、贵金属等高价值矿体开采的全尾砂充填采矿法，近 10 年来已在铁矿、煤矿等低价值资源开发中应用，并且具有逐年发展趋势。与其他采矿方法相比，充填法采矿不仅采矿工艺复杂，生产能力低，而且充填采矿成本高，因此采矿经济效益差，影响充填采矿技术推广应用。特别对于低品位大型铁矿，通常以水泥作为胶凝材料实施全尾砂充填法开采，其胶结充填体强度低，水泥用量大，导致充填采矿成本居高不下，显著降低充填采矿经济效益。近 10 多年来，人们一直在探索低成本充填胶凝材料以及膏体充填技术。以胶固粉为代表的新型充填胶凝材料在充填矿山中应用，获得显著的经济、社会和环保效益。胶固粉一类新型充填胶凝材料以矿渣为主，与复合激发剂（C 料）在矿山制备。近年来，随着我国对环保重视和管理，对钢铁和水泥产业限产，作为水泥掺合料的矿渣成为一种宝贵的短缺资源，其材料成本在逐年提高且供不应求；由于激发剂成本提高和远距离运费，由此制备的胶固粉一类全尾砂充填胶凝材料成本逐年提高，目前基本上接近 42.5 普通硅酸盐水泥材料成本。钢渣、脱硫石膏、氟石膏、磷石膏、电石渣、鎂渣等低品质固体废弃物资源，由于其活性低、资源化利用成本高，作为水泥掺合料存在安定性等问题，因此资源化利用率低，目前仍是名副其实的固体废弃物。本项目利用钢渣等低品质固体废弃物，开发全固废绿色充填胶凝材料，以及超细尾砂似膏体制备技术，在充填矿山尤其是低价值充填矿山应用，不仅能够显著降低充填采矿成本，而且还可以实现低品质固体废弃物资源化高附加值和规模化利用。本项目核心技术成果开发出的全固废绿色充填胶凝材料，与水泥和胶固粉相比，充填材料成本大约是水泥或胶固粉成本的 50%~70%，而固废废弃物利用100%，其中较难利用的钢渣、脱硫石膏等低品质固体废弃物利用率将达到 55%以上。与胶固粉相比，其胶结体早期强度较低，但后期强度（28d）基本持平。因此，该种充填胶凝材料可以应用于大型贫铁矿阶段嗣后充填矿山以及对早期强度要求不高的上向分层进路胶结充填采矿法。