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01. 成果簡介 世界上有數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方法，其通常需要安裝在口內喉部，由肺部發出的氣流經過舌、唇的調制，引起人工喉膜片振動，使其發出語音信號。然而，現有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發音模糊，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、性能優異的新型人工喉的器件及系統研究。 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、聲音收發系統集成、動作監測系統、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聲系統方面有了雙重突破，實現了石墨烯的器件級應用至系統級應用的跨越。通過專用電路對聲音信號的放大和轉換，第二代石墨烯智能人工喉首次將收聲系統和發聲系統連接起來，實現了聲音輸入到輸出的閉環，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，實現了動作發聲系統。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可通過臂包穿戴在胳膊上，首次實現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，有望實現像“創可貼”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02. 應用前景 第二代智能石墨烯人工喉集收聲和發聲于一體，可直接貼附于失語者喉部，并將喉部的不同動作轉化為對應聲音，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、機器學習等技術結合，在語音識別、家庭醫療等領域具有廣闊前景。03. 知識產權 已獲得國家發明專利授權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，清華大學環境與健康傳感技術研究中心副主任。擔任IEEE電子器件學會副主席（中國大陸首次）、國際微電子領域頂級學術會議IEDM執委（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新學術成果。主要研究方向為智能微納電子器件、芯片與系統，包括：智能傳感器與智能集成系統，二維納電子器件與芯片，柔性、可穿戴器件與系統，智能信息器件與系統技術等。在國內外重要學術期刊和會議發表重要SCI期刊論文400余篇，國際微電子領域頂級學術會議IEDM論文11篇；獲國內外發明專利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年中國國際智能產業博覽會十大“黑科技”創新產品（從1082項創新產品中脫穎而出）。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 技術許可。06. 聯系方式 郵箱：qyc16@mails.tsinghua.edu.cn、liuyi2017@tsinghua.edu.cn

以ERP/MES為代表的管理信息系統和以PLC/DCS為代表的自動化技術，在鋼鐵企業己經大規模應用，盡管這兩類系統的推廣取得了一定效果，但卻容易忽略了兩者之間的有效配合，導致企業上層計劃缺乏有效的實時信息支持、下層控制環節缺乏優化的調度與協調。計劃層與執行層無法進行良好的雙向信息交互，企業難以實時反應，也就是管理和控制脫節的矛盾越來越突出。天 為IL2綜合二級過程控制系統正立足于此，妥善解決基于PLC/DCS的鋼鐵行業面臨著“信息孤島”和“全局實時信息流”集成的兩個難點問題。系統通過數據采集傳輸功能實現生產實績數據的采集、生產指令的下達。系統采用全景圖的形式對生產物流狀態進行實時監控，在采集大量實時生產數據基礎上，通過數據綜合管理模塊完成生產數據的統計、分析、存儲，并為生產管理決策提供依據。

本發明公開了一種金屬負載五氧化二釩催化劑及其制備方法和應用，該催化劑以五氧化二釩為活性組分，添加鉑、鈀、釕、銅中的一種或幾種金屬為負載金屬組分。制備方法為：將釩鹽、金屬鹽和絡合劑依次溶于水中，制成溶膠，攪拌加熱蒸發水分形成凝膠，烘干，焙燒、研磨即可得到。催化劑能夠在200?300℃，氫氣壓力1?10MPa條件下高效降解微晶纖維素，制得小分子醇類物質。本發明的催化劑的制備方法簡單，成本低廉，工藝綠色環保，易于大規模生產；加氫反應條件溫和，纖維素轉化高，選擇性良好，產物為重要的化工原料。

項目背景：大型工業軟件是我國邁向制造強國的戰略支 撐，實現智能制造的核心技術載體。歐美發達國家將“掌握 最先進的大型工業軟件的核心技術”視為“持續掌控全球工 業產業布局主導權”的必要條件。《國民經濟和社會發展第 十四個五年規劃和 2035 年遠景目標綱要》指出，要“加強 工業軟件研發應用”。典型的大型工業軟件 CAD 是提高我國 制造業核心競爭力，保證國家制造業戰略安全所必須的關鍵 技術，但目前市場基本被國外產品壟斷，核心技術受制于人。 發展我國自主可控的 CAD 軟件，打破卡脖子局面勢在必行。 面向行業的 CAD 軟件是當前的發展趨勢。在化工設備的 CAD 設計環節，其主流的技術已經逐漸從二維模型設計到三維模 型設計演進。但在化工設備的制造環節，仍然以二維工程圖 作為唯一參考。由于諸多原因，通過軟件自動將三維模型自 動生成二維工程圖成為解決問題的較優解。二維工程圖自動 生成是 CAD 行業世界性難題，國內外尚無一款軟件完整實現 該功能。為了攻克 CAD 工業軟件卡脖子戰略性技術，提升國 產工業 CAD 軟件的競爭力，大幅度提高化工設計的設計效率， 尋求合作以研制出具有自主知識產權的、符合化工靜設備設 計要求的二維工程圖自動生成關鍵技術。 所需技術需求簡要描述：針對公司前期設計的三維模型 文件，自動創建二維工程圖，滿足以下關鍵技術需求：1.能 夠覆蓋 90%以上的靜設備類型；2.設計架構可擴展，可以通過配置或者類似插件形式擴展的新的設備類型；3.支持的自 動出圖內容包括圖幅、視圖、文表、節點圖、管口方位圖等； 4.支持的文表包括標題欄、明細欄、管口表、管口明細表、 技術特性標和零件參數表等，文表內容準確率 100%；5.支持 的視圖元素包括投影視圖、自動標注、管口引線、零件序號 引線等；視圖表達正確、清晰、無歧義、符合行業習慣；6. 支持的圖幅種類有裝配圖、零件圖、部件圖、管口方位圖； 7.支持整套設備圖紙自動布局，包括圖幅的選擇、圖紙拼接、 圖面內元素的自動布局等；8.尺寸正確率 100%，核心尺寸缺 失率 0%，整體尺寸缺失率<5%；9.圖面美觀，符合行業規范， 圖紙完成度>90%；10.支持常見的圖面布局形式，視圖比例 恰當，各圖面元素間結構關系合理，整體布局緊湊、美觀。 可提供若干布局方案供選擇。  對技術提供方的要求:1.具有化工設計行業知識和經 驗，承擔過石油化工相關項目。2.熟悉 CAD 軟件的相關開發。 3.具有工學博士學位或高級職稱，技術方案成熟可靠穩定有 創新思維。 

本技術提出以超導HGMS技術分離提取高純SiO 2 ，SiO 2 品位可達99%以上，低成本、高效、綠色。 該提取產品可用于生產高純SiO2（白炭黑）、微晶玻璃、耐酸、阻燃、輕質保溫或耐火材料、SiC復相材料及復相導電陶瓷材料等。納米級高純SiO2甚至可作儲能、修飾材料等等；SiO2 ≥99～99.5%產品可用于制造玻璃、保溫或耐火材料、冶煉硅鐵、冶金熔劑、研磨料及耐酸工程；SiO2≥99.5～99.9%的高純石英可用于航空、航天、電子、機械及IT等行業，耐火材料、鑄造等行業以及油漆等理想的化工填料。

天苯胺基甲酸甲酯廣泛用于多種優良殺蟲劑的合成中間體，還可用于其他各種農藥、醫藥、精細化工等領域中；目前其制備方法都直接或間接使用劇毒的光氣作為原料，對環境污染嚴重，而且生產成本較高。本技術直接采用碳酸二甲酯與苯胺進行酯交換合成，反應條件溫和，收率較高，是一條清潔生產工藝。 肼基甲酸甲酯是醫藥卡巴、卡巴多司、卡巴氧、阿苯達唑等的中間體，還可用于合成碳酰肼等。由碳酸二甲酯與水合肼一步合成，產率高、無三廢，過程清潔無毒。年產1000噸規模，投資90萬元。 三氯甲基碳酸酯替代光氣及雙光氣，在有機合成、高分子材料、醫藥、農藥、香料和染料等領域應用極其廣泛。年產1萬噸規模，投資2200萬元。 碳酰肼是一種方便、安全的水處理劑。目前碳酰肼的合成方法都采用劇毒的原料來合成，環境危害較大。本課題組采用碳酸二甲酯生產碳酰肼，反應條件溫和，設備簡單，工藝安全，無三廢。整個過程轉化率達95％以上，而選擇性幾乎100％。是綠色清潔工藝。國際先進。 呋喃唑酮是一種具有較廣抗菌譜的呋喃類殺菌劑，對多種革蘭氏陽性及陰性大腸桿菌、炭疽桿菌、副傷寒桿菌和痢疾桿菌等均有效，主要用于治療細菌性痢疾、腸炎等，也可用于治療尿道感染；近年來用于治療傷寒，療效較好。 目前，國內呋喃唑酮的生產廠有十多家，但其合成方法主要為乙醇胺、尿素路線，該法工藝流程長、三廢嚴重。本課題組采用碳酸二甲酯羰基化路線合成呋喃唑酮，反應路線短、條件溫和、操作簡易。整個過程基本無三廢、收率高，為清節生產工藝。年產3000噸，設備投資約1000萬元。

苯胺基甲酸甲酯廣泛用于多種優良殺蟲劑的合成中間體，還可用于其他各種農藥、醫藥、精細化工等領域中。目前其制備方法都直接或間接使用劇毒的光氣作為原料，對環境污染嚴重，而且生產成本較高。本技術直接采用碳酸二甲酯與苯胺進行酯交換合成，反應條件溫和，收率較高，是一條清潔生產工藝。 肼基甲酸甲酯是醫藥卡巴、卡巴多司、卡巴氧、阿苯達唑等的中間體，還可用于合成碳酰肼等。本技術由碳酸二甲酯與水合肼一步合成，產率高、無三廢，過程清潔無毒。年產1000噸規模，投資90萬元。 三氯甲基碳酸酯替代光氣及雙光氣，在有機合成、高分子材料、醫藥、農藥、香料和染料等領域應用極其廣泛。年產1萬噸規模，投資2200萬元。 碳酰肼是一種方便、安全的水處理劑。目前碳酰肼的合成方法都采用劇毒的原料來合成，環境危害較大。本技術采用碳酸二甲酯生產碳酰肼，反應條件溫和，設備簡單，工藝安全，無三廢。整個過程轉化率達95％以上，而選擇性幾乎100％。是綠色清潔生產工藝。 呋喃唑酮是一種具有較廣抗菌譜的呋喃類殺菌劑，對多種革蘭氏陽性及陰性大腸桿菌、炭疽桿菌、副傷寒桿菌和痢疾桿菌等均有效，主要用于治療細菌性痢疾、腸炎等，也可用于治療尿道感染；近年來用于治療傷寒，療效較好。本技術采用碳酸二甲酯羰基化路線合成呋喃唑酮，反應路線短、條件溫和、操作簡易。整個過程基本無三廢、收率高，為清潔生產工藝。年產3000噸，設備投資約1000萬。

1，3-環戊二酮是一種重要的應用十分廣泛的中間體，在抗生素、除草劑以及香料的制備中有著重要的應用，是一種重要的精細有機合成中間體。由于其制備方法較少，合成難度較大而使得其目前在市場上較為緊缺，特別是百公斤以上的供貨非常難得，且售價很高。 項目特色： 本課題組發展了一類易于大規模生產 1，3-環戊二酮的合成方法，以 4-氯乙酰乙酸甲酯為起始原料，經過四步反應，以 30%的總收率得到 1，3-環戊二酮，產品純度大于 98%，產品外觀成淡黃色，符合目前市場要求，整個生產工藝投料簡單，后處理不涉及硅膠柱層析等復雜操作，目前以進行多次公斤級投料，產率穩定，三廢較少，且易于處理。 

石墨烯由于其獨特的二維納米結構，且具有高強度、高熱穩定性、高化學穩定性以及優良的導熱性等特性，在防腐涂料領域具有廣闊的應用前景。石墨烯、氮化硼等二維材料由于其特殊的結構使其具有不透過性，作為金屬基底與腐蝕環境的阻隔層而保護基底不被自然環境所腐蝕。通過化學氣相沉積法及塊體剝離法可分別制備直接生長于金屬表面的大面積石墨烯、氮化硼薄膜，或粉狀的石墨烯、氮化硼納米片。通過化學氣相沉淀法，二維材料可以在任意形狀的金屬基底的所有暴露面上生長，實現對金屬表面的全面保護。

頁巖氣是指賦存于富有機質泥巖及其夾層中，以吸附或游離狀態為主要 存在方式的非常規天然氣，成分以甲烷為主。近幾年來，美國頁巖氣勘探開發 技術突破，產量快速增長，實現其“天然氣革命”，對國際天然氣市場及世界能源格局產生重大影響，極大的改寫了世界能源格局。但是頁巖層巖石具有結構致密、堅硬、超低滲透率等特性，因而頁巖氣開發非常困難。 目前世界上開發頁巖氣井初步造縫較為成熟的技術方案是在鋪設的水平 油管井中用聚能射孔器作為初步造縫的裝置來擊穿油管和巖石，形成頁巖層巖 石的初步造縫。其原理是用電纜將射孔器送到套管要射孔的部位，由電雷管引爆 射孔子彈。子彈是高效火藥壓制成聚能的致密錐形體，外包以銅皮。火藥爆燃沿 錐形面的中心，瞬間以每秒8000米的高速和2000°C以上高溫的噴射流，射穿套 管壁和水泥層，在地層中再穿透300-500毫米。每個射孔槍向四周沿螺旋線裝 置多發子彈，每米長度射孔密度不少于15?20個孔，以保證出油的裸露面 積。高效力的射孔，有時再加上油層的壓裂措施，使射孔完井在完井方法中占 主導地位。 二氧化碳相變頁巖氣增產技術及裝備提供一種能夠適應各類頁巖層、能 夠替代聚能射孔彈的頁巖氣初步造縫裝置，是一種基于臨界C02相變來對頁巖 層巖石初步造縫的電纜射孔器，其射孔器是一種可以調節壓力、爆破速度、造 縫能力強、安全可靠的低溫射孔器，具有根據不同地區的頁巖氣層巖石的致密程 度調節巖石欲裂時爆破壓力和爆破速度、提高了頁巖氣層的開采率、安全可靠特點。