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陳溫福院士團隊孟軍教授課題組在生物炭-微生物協同治理抗生素污染方面取得新進展

項目成果/簡介:水成膜膠體泡沫是將聚合物分散在水中，加入發泡劑并在氮氣的作用下發泡形成的復雜混合體系。經過一段時間后，在泡沫液膜內，聚合物間相互交聯形成三維網狀結構，構成水成膜膠體泡沫的剛性骨架。防滅火水成膜膠體泡沫既具有凝膠的性質，又具有泡沫的性質，兼有注三相泡沫（注泥漿、注氮氣、注兩相泡沫）、注凝膠、注復合膠體的優點，同時又克服了各自的不足，從而大大提高其防滅火效果。

納米金剛石的金剛石晶粒尺寸在100nm以下, 表面極其光滑平整, 摩擦系數極低(可小于0.05), 因此是十分理想的工具(模具)涂層和光學涂層材料, 同時在MEMs (微機電系統)和高性能大屏幕(場發射)顯示技術等領域也有非常好的應用前景。 本項目組采用微波等離子體CVD和 DC Arc Plasma Jet CVD兩種工藝方法, 在玻璃, 硅, 鉬和硬質合金等襯底材料上成功制備了納米金剛石膜。 在玻璃襯底上制備的納米金剛石膜晶粒平均尺寸小于100 nm, 表面粗糙度小于Ra 5nm, 采用納米力學探針測量的顯微硬度高達8000kg/mm2, 在可見及近紅外區域具有非常好的透過特性, 紫外喇曼光譜(在新加坡國立南洋理工大學測試)顯示薄膜幾乎為純凈的金剛石納米晶粒組成。在其它襯底上的納米金剛石膜的組織結構和性能測試正在進行之中。 納米金剛石膜涂層硬質合金工具: 其中最有前景的是納米金剛石膜涂層硬質合金微型鉆頭; 納米金剛石膜涂層光學應用: 包括諸如”永不磨損鉆石涂層玻璃表殼”和”永不磨損鉆石涂層玻璃眼鏡片”, 及ZnS, Ge, Si等重要紅外軍事光學材料的抗(雨滴、沙粒)沖刷涂層; 微機電系統(MEMs)的微機械構件: 如微型齒輪, 軸, 軸承等; 高性能大屏幕顯示器件

水成膜膠體泡沫是將聚合物分散在水中，加入發泡劑并在氮氣的 作用下發泡形成的復雜混合體系。經過一段時間后，在泡沫液膜內， 聚合物間相互交聯形成三維網狀結構，構成水成膜膠體泡沫的剛性骨架。防滅火水成膜膠體泡沫既具有凝膠的性質，又具有泡沫的性質， 兼有注三相泡沫（注泥漿、注氮氣、注兩相泡沫）、注凝膠、注復合 膠體的優點，同時又克服了各自的不足，從而大大提高其防滅火效果。

本發明涉及以天然成分為原料，開發一種能夠抑菌防腐和延長 肉類產品保鮮期，具有一定粘稠度，可與肉類產品表面結合為一體的多功能液 態可食保鮮膜，噴涂于食品表面，對環境常在菌具有顯著的抑制作用，無毒無 害，且兼有保健和防偽（隱形標簽）作用，已獲得國家發明專利。 技術優點或者效益預測:肉雞屠宰后按部位進行分割，噴涂（或浸蘸）保鮮 膜液后裝入食品袋后密封，室溫冷卻編號，置于微溫(30~~40℃)和常溫 (20~~25℃)2 種條件下貯藏的保質期可分別達到 3、7d。同時可標識產品生產廠 家。有效防止肉類產品加工過程二次污染，從而延長保鮮期，同時兼有產品防 偽標識作用。應用前景十分廣闊。 

該成果是原有的鋁反射激光全息防偽末的升級替換品。這種薄膜結構簡單，僅有信 息層和基底層兩層組成。全息圖像以激光全息技術拍攝并用激光雕刻和電鑄手段，以光 柵條紋的形式復制到鎳質金屬模版上。以金屬模版熱壓氣凝膠或有機高聚物聚氨酯涂層， 形成承載全息圖像的信息層，可在薄膜上再現全息圖像。

紫外探測技術是繼激光探測技術和紅外探測技術之后發展起來的又一軍民兩用光電探測技術。幾十年來，紫外探測技術已經逐漸應用于光譜分析、軍事、空間天文、環境監測、工業生產、醫用生物學等諸多領域，對現代科研、國防和人民生活都產生了深遠的影響。特別是在先進光譜儀器方面，國內急迫需要響應波段拓展到紫外的硅基成像器件。先進光譜儀器是集光、機、電和計算機于一體，技術密集的高科技產品。它是現代科技必不可少的精密檢測和分析手段，是現代天文學、航空航天、分子生物學、現代醫學、環境和生態等新科技建立和發展的基礎。國家對發展先進光譜儀器和研制光譜儀器用的探測器件非常重視，“十一五”國家科技支撐計劃專門設立了科學儀器設備研制與開發專項“先進大型光譜儀器的關鍵部件——高分辨分光器件和探測器件的研制”，技術人有幸成為承擔該課題的主要研究人員，負責高分辨探測器件的研制工作。 硅基成像器件如CCD和CMOS是最廣泛應用的光電探測器，而且先進的光譜儀器都采用了CCD或CMOS作為探測器件，這是因為CCD和CMOS具有靈敏度高、低噪聲等優點。但由于紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm），一般的硅基成像器件如CCD、CMOS等都在紫外波段響應很弱，這種很弱的紫外響應限制了硅基成像器件在先進光譜儀器及其他紫外波段探測方面的使用。 因此，本技術的研究成果硅基成像器件的紫外響應增強薄膜是經濟建設和社會發展迫切需要。 增強硅基成像器件的紫外響應，目前有兩種方法：一是改變硅基探測器的結構，如背照式CCD；另外一種是在現有的成像器件光敏窗口加鍍一層下變頻膜，把紫外光先轉化為可見光，然后再接收。國外自1980年起就開始增強硅基探測器紫外響應的下變頻薄膜研究，按使用材料的屬性，可以把變頻膜分為有機變頻膜和無機變頻膜兩種。有機變頻膜技術相對成熟，也有相關的專利出現。哈勃太空望遠鏡CCD、星球相機（WFPC）CCD和Photometrics等公司提供的響應波段延伸到紫外的CCD都是鍍的有機變頻膜。目前紫外增強有機變頻膜可使普通CCD的響應波段延伸到200nm，Roper Scientific公司開發的Metachrome II薄膜在120-430nm波段都具有良好的下變頻效果。有機變頻膜技術盡管成熟，但該類薄膜有著致命的缺點，那就是有機物分子在紫外輻射下降解速度很快。在照明度為1μW/cm2的光照下，有機分子以高達每小時3%的速率成指數降解。在這一方面，而無機變頻膜具有不可比擬的優點。無機變頻膜材料可以在它使用期限的前2%時間里，減少90%的降解量，因此，無機變頻膜具有非常優越的穩定性。在無機變頻膜方面，國外研究也剛起步，最早的報道見于2003年[1]，目前尚無成熟的增強硅基成像器件的紫外無機變頻膜技術。國內在有機和無機變頻膜方面，都沒有已見報道的研究工作。  為了提高探測器對紫外輻射的敏感性，我們采取了在硅基成像器件光敏窗口上鍍變頻膜的辦法，成功地使CCD及CMOS的響應波段拓展到150nm。該產品可廣泛應用在光譜分析、軍事、空間天文、環境監測、工業生產、醫用生物學等諸多領域，對推動國家的科研和產業在這些領域的發展有極大幫助。

通過使用鉛的條狀非公度相作為鉛膜和硅襯底的界面，用超高真空分子束外延技術成功制備出一種宏觀面積的、塞曼保護的新型二維超導體。系統的低溫強磁場實驗表明，該體系的超導電性可存在于超過40特斯拉的平行強磁場中，這一數值遠超過體系的泡利極限，是塞曼保護超導電性的直接證據。第一性原理計算結果也表明，條狀非公度相中特殊的晶格畸變會延伸至鉛膜中，從而在該體系中引入很強的塞曼自旋軌道耦合。同時，新的微觀理論也給出了強雜質情形下各種自旋軌道耦合及散射效應對二維超導臨界場的影響并定量地解釋了塞曼保護超導電性的物理機制。該工作表明，可以通過界面工程在中心反演對稱性保護的二維超導中引入面內中心反演對稱性破缺，也即在二維晶體超導體系中人工引入塞曼保護的超導電性機制。這一結果預示出人們有望在二維超導體系中，通過界面調制發現新的非常規超導特性。這種宏觀尺度強自旋軌道耦合下的二維超導，也為拓撲超導的探索提供了新的平臺，并為未來無耗散或低耗散量子器件的設計與集成奠定了基礎。圖 (a) 脈沖強磁場實驗表明6個原子層厚鉛膜的超導電性在高達40 T的水平強場下仍不被破壞。(b) 臨界場隨溫度的關系與理論高度重合，有力地證明了超薄鉛膜中的塞曼自旋軌道耦合保護的超導電性。 (c) 對外延生長于條狀非公度相（SIC）界面上的超薄鉛膜進行磁阻測量的示意圖。

目前乙酸乙酯等的合成方法是以乙酸和乙醇為原料，采用濃硫酸為催化劑來制取，該法副反應多且受限于反應平衡轉化率提高、后處理工藝復雜、生產成本高、設備腐蝕嚴重、廢酸排放污染環境。采用新的酯化反應技術和可代替硫酸的新型酯化催化劑及分離技術具有重要的意義。本項目技術采用固體酸代替硫酸，采用透水膜打破反應平衡，反應轉化率可以提高到98%以上，減少廢酸排放，反應時間縮短到2h，工藝節能綠色，實現了部分節水減排。

01. 成果簡介 近年來，隨著氫能利用技術發展逐漸成熟，應對氣候變化壓力持續增大，以及氫能市場前景巨大，氫能在世界范圍內備受關注，世界發達國家均將氫能及綜合應用作為未來能源發展的重點方向之一。燃料電池汽車融合了內燃機汽車和純電動汽車的優點，不僅具有零排放、高效與高功率密度的優勢，而且續駛里程足夠長，被業界公認為是新能源汽車的發展趨勢。經過北京奧運會23輛、上海世博會的196輛燃料電池汽車的批量示范驗證和多輪技術迭代優化，燃料電池汽車開始進入交通運輸領域的主戰場，從2013年開始，歐、美、日、韓的燃料電池汽車相繼上市銷售。與國外發展路徑不同，我國從燃料電池商用車切入推進氫能在交通領域的應用，氫燃料電池商用車已實現小批量生產并在上海、北京、河北、廣東等地示范運營。氫能行業迎來了產品孕育的發展機遇。 膜電極作為燃料電池發動機的核心部件，代表企業如美國GORE公司、英國Johnson Matthey公司。本項成果提供了一種制備膜電極的技術，創新點為：1）采用“熱定型法”工藝制備催化層，優化電化學三相界面和促進多相傳質，解決了傳統膜電極性能低、壽命短瓶頸問題；2）發明了將質子交換膜和催化層封裝在氣體擴散層內的一體化膜電極產品，提升了燃料電池的一致性和可靠性,并提高了電堆生產效率。該項成果已應用于示范項目，應用情況良好。性能指標：1）面電導: >40S/cm22）拉伸強度: >35MPa3）H2滲透率:<2mA/cm24）0.6V@2.5A/cm2 (測試條件：1.5atm,70℃,空氣計量數2.3,濕度80%)5）壽命:20000小時（加速老化法,10%性能衰減）02. 應用前景 燃料電池03. 知識產權 本項成果已申請專利22項。04. 團隊介紹 團隊在燃料電池應用研究方面已有超過20年的技術積累，在技術開發和成果轉化過程中，先后獲得“第十九屆全國發明展覽會發明獎”金獎、北京市第三屆發明專利獎一等獎、“清華大學科研成果推廣應用效益獎”二等獎、“第十屆國際發明展覽會發明獎”金獎、湖北省技術發明獎等多項獎勵。負責人為副教授、博士生導師，累計在多個國際權威期刊上發表SCI論文96多篇，申請發明專利60余項。05. 合作方式 技術許可。06.聯系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn wangcheng@tsinghua.edu.cn