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基于石墨烯多维多尺度结构的能源与传感技术
1 成果简介石墨烯是一种典型的单原子层二维材料，具有独特的狄拉克电子结构、超高的载流子迁移率和浓度，在高速、高质量薄膜器件集成等方面显示出潜在应用优势。然而，本征石墨烯呈金属或半金属特性，限制了其在器件中的应用。本成果从石墨烯的可控生长及多维多尺度宏观结构组装出发，探索调控石墨烯电子结构的有效方法，推动其在纳米器件中的集成与应用。 主要内容包括：石墨烯晶片的形状、尺寸控制， 多维多尺度宏观结构的原位生长与组装；石墨烯的结构（拓扑）与化学改性：采用缺陷、应变和化学修饰等手段对石墨烯的能带结构进行调控；研究石墨烯在外加电场、磁场、光激发等条件下，电子结构的演变及电子、光子、激子、声子等的相互作用； 器件组装与表征：晶体管、传感器、结、异质/杂化结构等。2 应用说明基于石墨烯的二维薄膜材料已成功应用于太阳能电池和超级电容器等能源器件，显示出优异的能量转换与存储性能及良好的工作稳定性。某些特色多维多尺度结构可与其它纳米材料（如碳纳米管、二氧化钛、二氧化锰）构建复合结构，在吸附、水处理、传感、光催化等领域具有广阔的应用前景。 图 1 石墨烯编织结构 图2 石墨烯晶片/纳米颗粒复合结构 该项目的相关研究工作已申请国家发明专利 5 项，具有自主知识产权。3 效益分析目前，石墨烯在全球范围内尚未形成稳定的工业化需求， 但从需求市场的潜力来看，石墨烯在应用上将逐渐扩大。随着技术研究及产业发展，石墨烯独特的力学与电学性能，将使其在国内外应用市场，特别是电子、新材料、航天军工等领域，发挥重要的甚至是革命性的作用，产生规模经济效益。4 合作方式技术转让或合作开发，商谈。5 所属行业领域能源环境。
清华大学
2021-04-13
力-热-化多场耦合理论与数值模拟技术
随着人类对自然科学认识的不断深入以及现代工业技术的不断进步，特别是凝胶等软物质的应用、锂电池、燃料电池等技术的发展，人们逐渐认识到力热与化学作用之间也存在着不可忽略的耦合作用。本成果完成人通过引入化学反应进度，基于非平衡态热力学建立了一套适用于描述可变形固体材料质量传递、热传导以及化学反应耦合问题的力-热-化连续介质理论框架，该理论适用范围宽广，针对包含化学反应的各演化过程有相应的耦合动力学控制方程。针对所建立力-热-化多
哈尔滨工业大学
2021-04-14
多尺度参数相关的工业发酵过程优化与放大技术
项目来源于国家科技部 “973”重大基础研究、“863”重点项目和上海市重点项目，旨在解决工业发酵过程优化与放大中的科学问题和生产实践推广，此技术可广泛应用到生物制药、食品工业、化工、农业等多个应用领域，开发的技术及工艺、工程和装备均处于国际先进水平。
项目技术特点：
（1）提出了工业发酵过程工程的多尺度优化理论，建立了基于细胞代谢的宏观代谢流检测与控制和参数相关分析的优化研究方法，建立了基于细胞生理代谢特性和反应器流场特性相结合的工业发酵放大方法；
（2）研制了专门用于发酵过程优化与放大研究用的装备，并应用到工业发酵过程中；
（3）建立了基于工业发酵过程数据处理与实时远程诊断的工业发酵过程信息处理系统；
（4）开发了专门用于过程优化与放大研究用软件包；
（5）已应用到十余个产品的过程优化中，产品产量大幅度提高；
（6）实现生物过程工艺、工程、装备一体化研究。
曾三次获得国家科技进步二等奖，近年申请专利十余项。
华东理工大学
2021-04-13
多场耦合能质传递强化及调控理论与方法
能源、环境及化工等领域广泛存在具有相变和反应的能质传递和转化问题， 具有多区域、多场、传递与转化等相互耦合的特点，是影响装备性能的关键热物 理问题，对提升性能至关重要。本项目针对上述领域中共性的多场耦合能质传递 机理反其强化和调控方法的前沿科学问题开展研究工作，取得了系列原创性研究 成果。主要发现点有：
一、 分区耦合多相传递可视化实验方法及其机理与特性：创新了滞止流和通 流槽道内逸出速率及位点可控的液滴和气泡动力学行为、变孔隙率网络流道及其 与外部流场耦合的两相流动、毛细阻力可调的多孔层内相变传热及含反应边界的 两相流及传递等可视化实验方法。获得了逸出液滴聚合衰减震荡机理及规律；发 现了微孔逸出气泡脱离后涌入和界面震荡现象；揭示了具有壁面逸出气泡的槽道 内两相流规律；阐明了具有微孔层和结构缺陷的气体扩散层内两相分布特征；厘 清了反向式毛细蒸发器多孔层内相分布规律反其对相变传热的影响机理；揭示了 燃料电池内两相流动和传输以及电化学反应的相互作用规律，获得了流道水淹与 压降之间的定量关系及膜电极表面温度分布特性。
二、 多元多相分区耦合能质传递及转化理论模型：建立了多场耦合固体基质 表面细胞吸附成膜理论模型，揭示了生物膜结构与能质传递及产氢/产电性能的 相互关系；建立了含生化反应的多孔填料床内多相能质传递的毛细管模型和多相 混合模型，阐明了流动和传输与生化反应的耦合特性，为固定化细胞生物反应器 性能预测提供了方法；建立了毛细结构材料内分区耦合相变传热理论模型，为反 向式毛细蒸发器和微槽膜状凝结换热提供了理论计算方法；提出燃料电池两相传 输三维孔隙网络模型和气体有效扩散系数的分形模型，首次利用V0F方法模拟 了边壁具有逸出液滴的燃料电池流道内细观两相流行为，揭示了多孔扩散层与流场板流道内两相流的耦合关系以及流道结构和工况参数对两相流特性的影响规律。
三、多场耦合能质传递强化及调控方法：基于分区耦合强化传热思想，提出 了三维肋表面和螺旋扭带组合强化传热新方法；通过分区流动和传递强化与调控, 发展了三维柱状阵列结构阳极微流体燃料电池，显著提升了电池性能；利用石墨 烯表面修饰，实现了多孔电极内微生物产电菌电子转移速率和活性生物量调控和 强化；创新性利用流场/浓度场/温度场/光场的强化和调控，结合表面修饰和弥 散光导体技术，实现微生物生化转化全过程强化；提出了通过外接电阻控制阳极 电势诱导和调控生物膜结构，强化了质子传输，大幅提升了微生物燃料电池性能。
重庆大学
2021-04-11
基于微流控芯片的血液多指标分析仪
已有样品/n养老产业是未来的黄金产业，养老院的常规体检和快速诊断是一个痛点。基于微流控芯片的体液多参数分析仪满足了这个需求，市场需求在50 亿人民币以上，目前还没有同类产品。该成果针对社区医院和养老院的常规体检和疾病诊断，开发了于微流控芯片的体液多参数分析仪，更换芯片可以检测血常规、血生化、尿液、免疫等多个项目。实现一台仪器检测多种常见疾病。目前阶段性成果或结题成果获得：专利1 项、SCI 论文11 篇、湖北省自然科
武汉大学
2021-01-12
一种移动式多参数水质分析仪
1. 痛点问题
比色检测在环境监测市场占据较大比重。根据结果判读的方式，比色法可分为目视比色法和光电比色法。目视比色法包括比色试纸条、试剂盒等，可节省判读仪器，经济性好，但是准确性低。光电比色法往往需要实验室分析仪器，譬如实验室台式或者便携式/手持式分光光度计、酶标仪等，准确性高，但是经济性受到诟病，且仪器小型化、智能化程度低，导致其应用场景和范围受限。综上，目前市场上主流的水质比色分析仪器或技术在经济性和准确性上无法兼顾。
2. 解决方案
基于智能手机的移动式多参数水质分析仪，以手机摄像头为信号感知和处理模块，减少了新仪器开发的成本和周期，此外提出了整合手机摄像头的比色检测光路系统设计方案，建立了图像信息与浓度之间的定量关系模型，开发了配套的单机及云上APP测试软件。仪器可支持可见光波长范围（400-700 nm）的水质参数快速比色分析，测定指标包括氟化物、氨氮、余氯、正磷酸盐、浊度等。整机重量小于1kg，主机尺寸12cm*7.5cm*7cm，电源采用充电锂电池，防护等级IP54，检测方法符合国标。
相比于传统实验室水质分析技术，该款仪器重量轻、体积小，利用智能手机庞大的用户基础和兼容平台，可实时上传数据和定位监测地点，可组网形成监测大数据的管理和分析。手机的开放性系统有利于迭代升级，互联网服务有利于产品升级和维护。该仪器打破传统环境监测极大依赖于实验室仪器的现状，提供兼顾经济性、准确性和便捷性的非凡测量体验；有利于开展现场污染调查及定量分析，在条件恶劣和偏远地区的环境监测中可以发挥重要的作用；借助智能手机的高用户普及率及实时定位功能，能够为构建环境物联网和污染大数据提供技术支撑。
合作需求
（1）寻求在数字孪生流域、智慧河湖应用场景对接资源。
（2）寻求在环境监察执法、管网巡查执法、应急监测等领域有丰富市场销售经验与渠道资源的企业开展商务合作。
清华大学
2022-01-06
紫外可见智能型多参数水质测定仪
北京连华永兴科技发展有限公司
2022-07-01
TE-800Plus 智能式多参数水质测定仪
▷产品简介：TE-800 PLUS是一款便携式多参数高精度分析仪，具有实时数据传送，4G通讯模块，采用高精度数字电极，检测项目有COD，TOC，氨氮，浊度，悬浮物，叶绿素，蓝绿藻，余氯，pH，溶解氧，温度，电导率，ORP， TDS，水中油等项目，适应于各种恶劣工作环境，内置高容量SD卡可进行数据无限保存；专业水质检测仪系统，内置高容量锂电池，仪器性能稳定、测量准确、测定范围广、功能强大、操作简单, 是一款为客户在野外，实验室提供检测，监察，数据管理融为的一体便携水质检测系统 .
▷功能特点：
※ 检测项目有COD，TOC，氨氮，浊度，悬浮物，叶绿素，蓝绿藻，余氯，pH，溶解氧，温度，电导率，ORP， TDS，水中油（可定制项目）；
※ 8寸彩色触摸屏，内置热敏打印机；
※ 内置大容量充电锂电池，待机时间长；
※ 采用传感器新技术、无需试剂，无污染，经济、便捷；
※ 整机按照人工学设计，外观流行时尚，携带方便；
※ 可长时间在野外工作，中文界面切换，操作简单、快速；
※ 内置存储卡可实现数据保存、查询；
※ 采用高精度全数字光学电极，自动温度补偿，从而实现更稳定准确的测量值；
※ COD，浊度，悬浮物,叶绿素，蓝绿藻，水中油采用全数字光学电极，能自动对光路衰减及浊度影响进行快速补偿，从而实现更稳定准确的测量值；
▷应用行业：
可广泛应用于科研院所、环境监测，环境工程、江河湖泊、自来水厂、石油化工、生物制药、光伏能源、食品饮料、水产养殖和市政给排水以及第三方检测等行业 .
天尔分析仪器（天津）有限公司
2022-07-18
成品油管道调和建模、控制与优化技术
针对油品调合过程中的关键质量指标辛烷值（马达法和研究法）和雷德蒸汽压等调合规律的非线性，建立了预测准确，结构简洁的智能调合模型。由于实际工业生产过程中存在的干扰因素很多，调合模型输出值与成品油属性在线分析仪的检测值不可避免地要产生一定的偏差，为此开发了汽油调合模型的在线优化校正技术，使调合模型适应工业过程操作特性的变化和生产工况的迁移。在建立的调合模型基础上，开发了离线和在线优化技术。离线优化技术不需要企业进行管道改造和安装在线分析仪，可在一定范围内提高调合的成功率和降低调合成本。在线调合模式基于离线模式，可动态更新和优化调合配方，从而能够进一步提高调合成功率，降低调合成本，减少质量过剩。开发的优化技术还考虑了多种可能的现场生产模式：例如：管道调合，罐式调合，罐底油补偿模式等。已汽油调合软件ECUST_BLEND工作。成品汽油调合过程的建模、模拟与离线优化技术已经成功在金陵石化完成现场应用。其中汽油辛烷值调合效应模型，将汽油调合过程中组分油表现的非线性效应定量的描述出来，进而准确的对成品汽油的关键指标辛烷值作出预测，与传统的乙基模型对比表明所建模型精度提高了约1%。在调合模型基础上开发的离线优化技术，结合了成品油生产现场的特点，能够有效的考虑罐底油、直调组分、锰剂添加量、以及库存约束等现场情况。在实际应用过程中，所完成的汽油调合工作全部一次达到国III标准。通过与传统的手调方式进行比较，优化后配方提高了一次汽油调合的成功率，稳定了汽油生产过程，并且降低了调合成本与质量过剩：质量过剩稳定在0.?以内，且研究法辛烷值在93.5-4.1之间波动。仅以离线优化为例，通过成本核算，每年的调合成本可减少1275万元左右。
华东理工大学
2021-04-11
成品油管道调和建模、控制与优化技术
针对油品调合过程中的关键质量指标辛烷值 (马达法和研究法) 和雷德蒸汽压等调合规律 的非线性，建立了预测准确、结构简洁的智能调合模型。由于实际工业生产过程中存在的干扰 因素很多，调合模型输出值与成品油属性在线分析仪的检测值不可避免地要产生一定的偏差， 为此开发了汽油调合模型的在线优化校正技术，使调合模型适应工业过程操作特性的变化和生 产工况的迁移。在建立的调合模型基础上，开发了离线和在线优化技术。离线优化技术不需要 企业进行管道改造和安装在线分析仪，可在一定范围内提高调合的成功率和降低调合成本。在 线调合模式基于离线模式，可动态更新和优化调合配方，从而能够进一步提高调合成功率，降 低调合成本，减少质量过剩。开发的优化技术还考虑了多种可能的现场生产模式。例如：管道 调合，罐式调合，罐底油补偿模式等。已汽油调合软件ECUST_BLEND工作。 成品汽油调合过程的建模、模拟与离线优化技术已经成功在金陵石化完成现场应用。其中 汽油辛烷值调合效应模型，将汽油调合过程中组分油表现的非线性效应定量的描述出来，进而 准确的对成品汽油的关键指标辛烷值作出预测，与传统的乙基模型对比表明所建模型精度提高 了约5%。在调合模型基础上开发的离线优化技术，结合了成品油生产现场的特点，能够有效 的考虑罐底油、直调组分、锰剂添加量、以及库存约束等现场情况。在实际应用过程中，所完 成的汽油调合工作全部一次达到国III标准。通过与传统的手调方式进行比较，优化后配方提 高了一次汽油调合的成功率，稳定了汽油生产过程，并且降低了调合成本与质量过剩，质量过 剩稳定在0.1以内，且研究法辛烷值在93.5-4.1之间波动。仅以离线优化为例，通过成本核算， 每年的调合成本可减少1275万元左右。
华东理工大学
2021-04-11