压电精密驱动功能部件的基础研究

精密驱动功能部件是高端装备的关键基础件,广泛应用于航空航天等领域,对国家的科技影响力和国防威慑力有着重要影响。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》中,以"嫦娥系列-探月工程"为代表的多个重大专项对精密驱动功能部件的轻量化、精密化和智能化等方面提出更高的要求。国家重点基础研究发展计划(973计划)"压电精密驱动功能部件的基础研究"项目围绕压电驱动功能部件(超声电机系统)的织构化接触界面的能量传递机理、压电器件和摩擦副的设计制造、系统的高精度控制3个方面的关键科学问题开展了系统深入的研究,并取得了一系列重要研究成果。本文从国内外研究现状和国家需求、关键科学问题、项目研究进展、总结与展望四部分进行论述。     

借激光之力,筑石墨烯集成之梦

随着便携式电子设备的快速发展,对于器件小型化和灵活性的需求正在成为一个重要的趋势。石墨烯是sp2杂化单原子层的二维晶体,具有独特的电学、机械、热学性质,较大的比表面积、较低的制造成本等,广泛的应用在可穿戴、智能电子器件等领域。尽管目前已有一些报道提出了很多关于石墨烯基可穿戴柔性电池、电容器以及集成电路、驱动器件的研究,但是大多数制备方法存在制备过程烦琐、操作复杂、制备和加工样品时间较长、样品容易遭到污染等问题,限制了其商业化的应用。此外,有效实现石墨烯功能复合材料的规模化制备仍然具有很大的挑战性。激光加工为非接触式加工技术,其较快的材料加工速度、较大的扫描面积、优越的纳米空间分辨率和逐步处理为高效、快速制备和加工石墨烯提供了新的思路。本文提出了一种激光区域选择性微加工氧化石墨烯纤维以及快速、大体积制备石墨烯功能复合材料的新方法;构建了不同结构的石墨烯/氧化石墨烯一体化纤维电容器,并获得了湿气响应刺激的可编织石墨烯基纤维驱动器,通过调节不同的激光参数,纤维在湿气下发生弯曲、弯折及螺旋扭转等复杂的响应形变;采用激光照射氧化石墨烯凝胶,引发凝胶迅速自发的还原反应,极短时间内将整个氧化石墨烯凝胶还原成石墨烯块。基于此成功制备了大块的三维结构石墨烯、化学掺杂的石墨烯、金属以及金属氧化物掺杂的石墨烯等。     

有机/无机杂化水凝胶纤维研究进展

有机/无机杂化水凝胶是一类具有三维网络结构的高含水、软湿性材料。近年来,基于杂化水凝胶功能与结构的研究积累,为进一步将水凝胶的本征功能与宏观构筑形式相结合,水凝胶纤维材料研究逐步兴起,并已在仿生结构构筑、生物材料等应用领域有重要进展。本文综述了近年来水凝胶纤维在制备技术、新型材料、应用领域等方面的研究进展,总结并评述了水凝胶纤维纺丝新技术的发展,及其面向生物、传感等领域的应用前景,并提出了以水凝胶纤维为媒介实现"人体-材料"互联的智能化构建设想。     

高性能炭/炭复合材料高效制备与服役基础研究

炭/炭复合材料是一种炭纤维增强炭基体的先进材料，具有低密度、高比强、高比模、耐高温、摩擦磨损性能优异等特点，是国家中长期规划高超声速飞行器工程、大飞机工程、载人航天与探月工程等关键部件用材，并在核能、光伏、化工、大型热加工等领域中有着独特的作用。但长期以来，我国炭/炭复合材料的制备技术与应用技术的基础研究相对薄弱，现有炭/炭复合材料不能满足高性能的要求，而且材料制备成本居高不下。     

多频驱动的多谐振超声电机

长期以来，工业界一直希望能推出一种全新地满足机器人需求的动作器，超声电机的出现为此奠定了一个良好的基础。超声电机是一种全新原理和全新结构的新型电机，利用超声电机的低速大转矩及断电自锁特性，可实现机器人直接驱动，从而消除传统电磁式电动机驱动中齿轮减速传动链以及复杂的制动装置所带来的不良影响，并可大大减小机器人的体积和重量。然而在机器人驱动的实际应用中，超声电机由于绝对的输出力矩较小，限制了超声电机在机器人等需要较大输出力矩等场合的应用。     

基于微泡的超声分子成像及其给药治疗

超声分子成像是近年来提出的新一代医学超声成像方法,在肿瘤、心脑血管等疾病的早期检测和疗效评价方面具有重大的应用前景。近年来,国内外利用超声造影剂已成功应用于动脉粥样硬化、炎性反应、血栓、肿瘤等疾病的早期诊断及进程监测,并逐步进入到分子成像、功能成像以及分子治疗的新时代。     

高分辨率超声成像检测技术及其应用

本文介绍了高分辨率超声成像检测技术及其特点、技术进展与成果应用案例，提出了我国高分辨率超声成像检测技术发展的建议。     

飞秒激光3D打印蛋白质光子器件

蛋白质是生命活动得以进行的重要物质基础。经过长期的自然进化,多种多样的蛋白质分子结构、性质、功能独特而又千差万别,且很多都难以被人工材料所仿制和替代。近年来,人们将各种蛋白质(及衍生物)基生物材料与先进微纳加工和集成技术有机结合,以蛋白质为重要、关键乃至核心材料,实现了各种新型功能化微纳结构、器件与集成系统——这已成为蛋白质基生物材料的一个重要的前沿研究方向、应用领域和发展趋势。尤其是蛋白质(及衍生物)在微纳光/电(子)相关的多学科领域交叉性应用方兴未艾。但是,大部分微纳加工成型技术在亚微米乃至纳米精度真三维等能力上的不足或缺失,限制了蛋白质基生物材料在微纳尺度应用的进一步发展(尤其是三维光子器件与系统)。而另一方面,利用飞秒激光直写技术,人们已经成功地制备了各种器件构型的高质量二维和三维微纳光子器件。本文着重介绍利用蛋白质材基的飞秒激光直写技术。首先,以蛋白质基材料作为人工合成聚合物的环境、生物兼容理想替代材料,获得亚微米乃至纳米级精度的各种高质量二维和三维蛋白质基微纳光/电器件,较好地实现其原型功能;其次充分挖掘、利用蛋白质本征性质,赋予所制备器件新颖多样的特性与功能。最终实现在材料功能特性和器件几何构型上"双重"任意设计和可控的飞秒激光直写定制,而有助于推动其多样化的应用拓展。     

ZnO P型掺杂研究取得重要进展

ZnO是一种非常重要的制备紫兰光器件的宽禁带半导体新材料 ,ZnO的P型掺杂是ZnO光电器件应用的关键技术和基础。浙江大学硅材料国家重点实验室叶志镇课题组在973计划项目“信息功能材料相关基础问题”的课题“宽带隙异质结构材料生长及电学、光学特性裁剪”和国家自然科学基金重点项目的支持下在ZnOP型掺杂方面进行了系统深入研究并取得重大突破。课题组发明了三种ZnO的P型掺杂技术 ,申请了 8项国家发明专利。其中使用N、Al共掺技术和用MOVCD混合气体掺杂技术制备的P型ZnO ,电阻率最低为 1.5Ω·cm ,空穴浓度 10 18cm-3 ,空穴迁移…     

地震智能数据采集系统

智能数据采集系统充分融合了先进的计算机网络数据库技术、低功耗的工业单片机技术、高灵敏度的电磁传感技术，进行地震信息数据采集、信息分析对比，利用互联网把分布在各地台站的信息进行汇总，用于对各种地震前兆仪器的物理量数据采集、数据管理、曲线分析。     

水环境监测无线网络微传感器芯片系统基础研究

面向水环境监测国家重大需求，针对无线网络微传感器芯片系统急需解决的领域前沿问题，围绕着三维微纳结构传感效应及尺度效应、敏感材料与载体相互作用机理及表面增强效应、多靶标可逆特异性响应机理与信号转换机制、能量产生及耗散机理与自循环复合换能机制等核心科学问题进行探索性研究，深入研究和认识敏感机理，探索和研究新的敏感效应和敏感方法，获得提高微纳生物化学传感器灵敏度、选择性、稳定性的科学方法与技术途径；发展微纳加工、集成与封装新方法，研制出水环境监测关键微传感单元、微弱信号检测与传输极低功耗电路、环保型长效微型电源；通过微传感单元、极低功耗集成电路、微型电源的集成，结合样品预处理微流控芯片，实现水环境监测无线网络微传感器芯片系统，突破和解决水环境现场、实时、网络化自动监测关键技术。获得一批自主知识产权和前沿性成果，造就一支具有国际水平的研究队伍，营造不断创新的环境，为使我国在传感技术领域进入国际先进和领先水平，为我国信息技术的长远发展奠定坚实的基础。     

基于CRISPR合成生物传感的研究现状与展望

随着合成生物学的发展，合成生物传感技术（synthetic biology-enabled sensing technology,SBST）伴随模块化传感系统的标准化与平台化而出现。在各种传感工具中，规律间隔成簇短回文重复序列及相关蛋白（clustered regularly interspaced short palindromic repeat,CRISPR）技术具有反应温和、操作简单和灵敏度高等显著优势，因其能最大化发挥模块化组件的易用性与可扩展性，已被广泛应用于SBST研究。为概述基于CRISPR的SBST，首先梳理其在生物安全与医学检验、食品安全和环境监测等不同领域的拓展应用；其次分析其对一锅法、无扩增和可视化等现场检测方法的影响；最后探讨基于CRISPR的SBST所面临的挑战与机遇。合成生物学的进步为CRISPR技术的发展提供技术支撑，进一步激发SBST的创新，助力健康中国战略。     

结构导向的纳米级金属簇合物基分子功能材料光电性能调制研究：实验、理论及应用

21世纪是高度信息化的社会，信息社会对超大容量信息传输、超快实时信息处理和超高密度信息存储的需求，加快了信息载体从电子向光电子和光子的转换步伐，光纤通信、光子计算和数字化信息网络技术已成为光电信息技术发展的大趋势。相应地，信息功能材料也已由块状材料发展到薄层、超薄层微结构材料，并正向集材料、器件、电路为一体的功能集成芯片材料、有机／无机复合材料和纳米结构材料方向发展。     

碳纤维立体管状织造装备及技术研发

三维立体织物是一种由连续纤维在三维空间按照一定规律相互交织而形成的整体纤维增强骨架。贯穿空间各个方向的纤维,克服了传统织物叠层结构骨架的层间结合薄弱的缺点,保证了增强结构的整体性和稳定性,同时也具有更加宽泛的设计自由度,可实现材料性能的优化设计和异形构件的仿形成型,成为高性能复合材料制备的技术关键和产业用纺织品的前沿发展方向。三维立体织物生产方法有机织法、编织法、针织法、缝纫法,他们是在各自平面纺织技术基础上改进而成,其中,三维编织法和三维机织法是目前生产纤维增强立体织物较为常用的方法。     

路侧车辆管理系统的设计

本文介绍了基于视频技术的路侧车辆管理系统的设计方案。针对国内路侧停车场的特点，设计给出了系统的功能和结构，并给出了视频车位检测算法及系统软件设计方案。     

新型功能纳米界面构建及生物传感分析应用

生物分析过程中，绝大多数生物识别分子组装、特异性结合反应以及传感信号的读取，全都发生于传感界面，界面的功能和性质对于检测效果起到关键作用。如何构建新型生物传感界面，促进高灵敏、高特异和高通量的生物分析方法的实现，是生命科学中一个重要的研究课题。     

电子皮肤技术及其专利分析

电子皮肤是具有感知功能的智能电子系统，文章主要介绍了电子皮肤的概念及其技术特点，并基于专利计量分析，总结了电子皮肤技术的研究热点和发展趋势，最后对电子皮肤在中国未来的发展提出了建议与展望。     

功能性复合矿物材料的制备技术研究

该课题针对我国非金属矿物复合材料产业技术相对落后、产品附加值低和相关应用行业缺乏合适的替代材料等突出与紧迫问题，采用无机材料表面改性与复合技术制备功能性复合矿物材料，包括非金属矿物基复合白色颜料和高性能复合导电材料两类。课题系统研究功能性复合矿物材料先进制备技术中非金属矿物属性、     

变电站开关柜触头发热缺陷智能监测分析系统研究

文章基于RFID技术的变电站开关柜触头发热缺陷智能监测系统,采用先进的智能传感技术和独特先进的无线通讯技术,进行可靠的高压隔离和信号传输,利用其固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能,在线测量测点温度后,以无线方式将数据上传至本地服务器进行温度监测和模型自动分析,实现了发热缺陷超温报警。还可与变电站自动化系统连接,在远端调度中心监控室内监视设备各测点的温度运行状态,发现异常,远程报警,及时消除事故隐患。     

超声影像在脑血管病诊断及脑肿瘤切除术中应用的临床研究

脑血管病和脑肿瘤发病率高，易致死致残（世界卫生组织调查显示，我国脑血管病发病人数居世界第一位，致残率高达60％～80％），常规影像技术如脑血管造影等有创、昂贵，立体定向导航系统术中易“漂移”，不利于脑血管病的筛查和脑肿瘤的术中定位监测。本研究应用彩色多普勒超声实现常见脑血管病的无创、早期检测，并应用术中超声对180例脑肿瘤手术实时引导。