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01. 成果簡介 世界上有數(shù)以百萬的語言障礙患者，其中有的是由于先天缺陷導致其存在語言功能障礙，也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能，語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡易的語言康復(fù)方法，其通常需要安裝在口內(nèi)喉部，由肺部發(fā)出的氣流經(jīng)過舌、唇的調(diào)制，引起人工喉膜片振動，使其發(fā)出語音信號。然而，現(xiàn)有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發(fā)音模糊，訓練周期長，并且需要患者自己手持助音器于喉部，造成極大不便，所以亟需便于失語者攜帶、操作簡單、性能優(yōu)異的新型人工喉的器件及系統(tǒng)研究。 本成果團隊研究的第二代石墨烯智能人工喉（WAGT）在器件柔性可貼附、聲音收發(fā)系統(tǒng)集成、動作監(jiān)測系統(tǒng)、輕型可穿戴等方面有了重大突破。首先，第二代石墨烯人工喉采用了更貼合人體皮膚的紋身式薄膜作為襯底，無需膠帶粘貼，可直接貼敷在人體喉嚨，極大地提高了佩戴舒適感；其次，第二代石墨烯智能人工喉在收發(fā)聲系統(tǒng)方面有了雙重突破，實現(xiàn)了石墨烯的器件級應(yīng)用至系統(tǒng)級應(yīng)用的跨越。通過專用電路對聲音信號的放大和轉(zhuǎn)換，第二代石墨烯智能人工喉首次將收聲系統(tǒng)和發(fā)聲系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)了聲音輸入到輸出的閉環(huán)，并可以通過示波器實時觀測喉部運動情況。接著，通過與單片機的結(jié)合，該器件可以將人體喉部的不同動作“翻譯”成不同的聲音，實現(xiàn)了動作發(fā)聲系統(tǒng)。通過連接解碼器，該器件還可以播放任意音樂。最后，第二代石墨烯智能人工喉系統(tǒng)可通過臂包穿戴在胳膊上，首次實現(xiàn)了石墨烯人工喉的可穿戴功能。未來將進行體積更小及功能更多的集成，有望實現(xiàn)像“創(chuàng)可貼”一樣貼附在人體喉部并幫助失語者“開口說話”。圖1. 可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系統(tǒng)02. 應(yīng)用前景 第二代智能石墨烯人工喉集收聲和發(fā)聲于一體，可直接貼附于失語者喉部，并將喉部的不同動作轉(zhuǎn)化為對應(yīng)聲音，有望幫助失語者正常與他人“交談”。在未來，該器件將與聲紋識別、機器學習等技術(shù)結(jié)合，在語音識別、家庭醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊前景。03. 知識產(chǎn)權(quán) 已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)2項。04. 團隊介紹 本成果項目團隊負責人為任天令教授，清華大學信息科學技術(shù)學院副院長，教育部長江學者特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，清華大學環(huán)境與健康傳感技術(shù)研究中心副主任。擔任IEEE電子器件學會副主席（中國大陸首次）、國際微電子領(lǐng)域頂級學術(shù)會議IEDM執(zhí)委（中國大陸首次）、IEEE電子器件學會教育委員會主席（中國大陸首次）、中國微米納米技術(shù)學會理事等。近年來，承擔國家自然科學重點基金、國家重大科技專項、國家公益性行業(yè)科研專項、國家重大儀器專項、國家863計劃、國家973計劃等多項國家重要科技項目，做出一系列具有重要國際影響的創(chuàng)新學術(shù)成果。主要研究方向為智能微納電子器件、芯片與系統(tǒng)，包括：智能傳感器與智能集成系統(tǒng)，二維納電子器件與芯片，柔性、可穿戴器件與系統(tǒng)，智能信息器件與系統(tǒng)技術(shù)等。在國內(nèi)外重要學術(shù)期刊和會議發(fā)表重要SCI期刊論文400余篇，國際微電子領(lǐng)域頂級學術(shù)會議IEDM論文11篇；獲國內(nèi)外發(fā)明專利70余項，入選2018年愛思唯爾（Elsevier）“中國高被引學者”（微電子領(lǐng)域唯一入選者）。獲2018年電子學會自然科學一等獎，“石墨烯智能人工喉”榮獲科技導報評選的2017“中國十大重大技術(shù)進展”，“人工智能微納電子器件”榮獲2017“清華大學十大重大學術(shù)成果”，石墨烯“人工喉”在2018年全國科技活動周被評為“最受公眾喜愛項目”，還入選2018年中國國際智能產(chǎn)業(yè)博覽會十大“黑科技”創(chuàng)新產(chǎn)品（從1082項創(chuàng)新產(chǎn)品中脫穎而出）。團隊成員有副教授、助理教授、助理研究員等7人。05. 合作方式 技術(shù)許可。06. 聯(lián)系方式 郵箱：qyc16@mails.tsinghua.edu.cn、liuyi2017@tsinghua.edu.cn

雙環(huán)戊二烯氧乙基甲基丙烯酸酯是一種特殊功能性單體，具有耐水性、耐溶劑性、柔韌性、附著力好等優(yōu)點，是光固化材料理想的活性稀釋劑。可廣泛地應(yīng)用在UV涂料、膠黏劑、油墨，以及樹脂的改性等領(lǐng)域。

該成果通過分子設(shè)計構(gòu)建了一系列芳腈基聚合物，發(fā)明了熒光性、磁性、導電/介電性的芳腈基聚合物與先進功能材料，獲得了中國發(fā)明專利25項。突破了合成控制、產(chǎn)品純化、環(huán)保處理與規(guī)模裝備等關(guān)鍵技術(shù)，形成了1000噸級聚芳醚腈產(chǎn)業(yè)化合成成果及其系列先進復(fù)合材料、薄膜、纖維應(yīng)用技術(shù)；獲得了500噸級的鄰苯二甲腈樹脂合成裝備及耐高溫先進復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)。取得的大部分發(fā)明成果近三年共產(chǎn)生經(jīng)濟效益超過10億元，取代了部分相關(guān)產(chǎn)品的進口。 左圖：芳腈基聚合物，復(fù)合材料及加工型材的實物照片 右圖：芳腈基聚合物材料的工業(yè)化生產(chǎn)裝置圖

項目簡介： 現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的同時也對環(huán)境造成了污染，重金屬對水體的 污染極大程度地損害了農(nóng)、林、牧、漁等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時也對人民 的健康和生命造成威脅。因此有必要對被重金屬污染的水體進行綜合 性治理。 本項目提出聯(lián)合使用聚合物絮凝劑和螯合樹脂（包括螯合纖維） 對水中重金屬的去除提出治理方案。1．使用天然殼聚糖作絮凝劑對重金屬污水進行預(yù)處理 2．使用氨基膦酸螯合樹脂對預(yù)處理后等重金屬超標廢水精制可 達到國家排放標準 3．使用輻照接枝制備功能化離子交換纖維實現(xiàn)對重金屬廢水的 處理 綜合使用殼聚糖、氨基磷酸樹脂、接枝纖維可以使重金屬污水的 處理技術(shù)提升一個新的臺階。在實現(xiàn)重金屬廢水治理的同時建立環(huán)保 產(chǎn)業(yè)鏈。一方面利用甲殼素原料方面的優(yōu)勢，建立生產(chǎn)殼聚糖的工廠。 另一方面擴大氨基磷酸樹脂的產(chǎn)量和使用范圍。此外還可以解決輻照 站資源浪費問題。達到一舉多得的目的。

該項目已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利：專利號：ZL200510130795.9。 聚合松香是松香改性的產(chǎn)品，由于聚合松香具有色澤淺、軟體點高、不結(jié)晶、不氧化等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于油墨、油漆、膠粘劑和合成樹脂等的生產(chǎn)，同時還應(yīng)用于橡膠、電氣、造紙及制造多種助劑等。但是，聚合松香中的甲苯不溶物在國產(chǎn)聚合松香中普遍存在，這是一個不容忽視的問題。甲苯不溶物的存在既影響了產(chǎn)品質(zhì)量，也增加了成本。所以，去除聚合松香中的甲苯不溶物顯得特別重要。然而，到目前為止，國內(nèi)尚沒有較好的技術(shù)可以實現(xiàn)聚合松香中的甲苯不溶物的去除。 該項目在不影響聚合松香性能的基礎(chǔ)上，將聚合松香中的甲苯不溶物的含量降到0.01%以下。所用的工藝簡單、快速和所需成本低，能有效降低聚合松香甲苯溶液中的不溶物。

針對燃料電池傳統(tǒng)Pt/C催化劑易中毒，使用壽命短，成本較高等問題，本項目將導電聚合物與傳統(tǒng)碳載體復(fù)合作為Pt系催化劑載體，一方面保持碳材料的高電導率，另一方面利用導電聚合物自身的電活性賦予Pt催化劑高的抗中毒能力及催化活性。并且采用化學法合成該催化劑，可批量生產(chǎn)，并且在保持其催化活性的同時減小載鉑量，降低成本，有利于商品化推廣使用。本項目選擇聚苯胺（PAn）、聚吡咯（PPy）兩種導電聚合物對XC-72C碳黑、碳納米管（MWNT）進行修飾，包括PAn/XC-72C，PAn/MWNT，PPy/MWNT、PPy、Pan五種復(fù)合載體材料及其載鉑催化劑的生產(chǎn)方法，該復(fù)合催化體系中鉑的負載量為10％～30％。其中的關(guān)鍵技術(shù)已獲得三項國家發(fā)明專利授權(quán)（ZL 200710008657.2，ZL 2007100084524）。

該成果通過分子設(shè)計構(gòu)建了一系列芳腈基聚合物，發(fā)明了熒光性、磁性、導電/介電性的芳腈基聚合物與先進功能材料

本技術(shù)從兩親共聚物出發(fā)，通過一步加熱法，得到粒徑高度均一的納米球，直徑可在20-80nm范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。該納米球可在水中長期穩(wěn)定分散，根據(jù)需要可通過調(diào)控酸堿度予以沉淀回收。另外，在聚合物納米球制備過程中，可直接包載疏水性熒光或藥物分子，從而具備其他功能特性，而納米球的尺寸規(guī)整性保持不變。該方法只涉及到加熱，甚至無需攪拌，極易規(guī)模化制備。

共軛聚合物因其柔性、可溶液加工、低成本等優(yōu)點，在柔性顯示、電子皮膚和生物傳感等功能器件中有潛在的應(yīng)用價值。高均勻性的大面積加工是共軛聚合物作為有機半導體材料向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化的重要一步，但具有很強的挑戰(zhàn)性。由于共軛聚合物的分子間強相互作用和復(fù)雜的鏈纏結(jié)，溶液加工過程中往往產(chǎn)生結(jié)晶與無定形區(qū)域、排列缺陷、厚度變化等非均勻性現(xiàn)象，限制了共軛聚合物的大面積加工。即使在稀溶液中，共軛聚合物分子之間仍具有一定程度的聚集。因此，如何通過調(diào)控聚合物從溶液到固相薄膜的聚集行為和組裝過程，從而實現(xiàn)共軛聚合物的大面積加工，并進一步實現(xiàn)“從下而上”器件加工方式，成為了很有挑戰(zhàn)性的科學問題。本研究實現(xiàn)了聚合物單分子薄膜大面積加工，并獲得了優(yōu)異的電子傳輸性能，有望應(yīng)用于加工制備大面積、高性能的有機場效應(yīng)晶體管。  共軛聚合物由于分子之間的π?π相互作用和鏈段纏結(jié)，在溶液中形成了特征的1D蠕蟲狀組裝結(jié)構(gòu)，組裝體在溶液加工過程中進一步的生長，形成了網(wǎng)絡(luò)狀組裝結(jié)構(gòu)，最終通過沉積方法可以在基底上形成2D聚合物單分子層網(wǎng)絡(luò)（圖1）。研究人員首先通過混合溶劑策略調(diào)控氟代苯并二呋喃二酮（F4BDOPV）片段與聯(lián)二噻吩（2T）片段形成的共軛聚合物（F4BDOPV-2T）在溶液中組裝行為，并通過垂直提拉法表征了沉積薄膜的形貌。原子力顯微鏡（AFM）高度圖表明在氯仿溶液中沉積得到的薄膜具有特征的網(wǎng)絡(luò)狀形貌，且厚度在很大的實驗加工窗口內(nèi)均保持聚合物單分子層量級（約4 nm）。薄膜吸收光譜、AFM高度以及掠入射X射線散射證明了聚合物單分子層的厚度，且表明單分子層的形成具有寬的加工窗口。聚合物單分子層的形成與基底的性質(zhì)關(guān)系較小，在具有不同接觸角的基底均可以沉積得到聚合物單分子層網(wǎng)絡(luò)。寬的加工窗口和弱的基底相關(guān)性非常有利于加工大面積和高均勻性的聚合物薄膜。