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基片集成類導波結構是近十幾年來微波毫米波學界發展起來的一種新型高性能平面集成導波結構，它具有極低的電磁泄露和互擾，其品質因數和功率容量遠高于傳統平面傳輸線，國內外數百所大學和研究機構開展了大量研究，使之成為微波毫米波領域最受關注的研究分支之一。 學科洪偉教授課題組是國際上這一學術分支的主要倡導者和貢獻者之一，在IEEE系列刊物上發表學術論文120余篇，在美、英、德、日、韓、波、葡等國家召開的國際會議上作大會報告、特邀報告20余次，論文被40多個國家的學者正面他引5000余次，獲授權國家發明專利50余項。 該研究成果在國內外都產生了比較大的影響，獲2016年度國家自然科學二等獎。

1 成果簡介隨著我國經濟的高速發展和人民生活水平的提高，環境污染、疾病監測、食品安全等民生熱點日益受到人們的關注。如何對上述問題進行簡單、快速的監控，將一些危害降至最低，保障人民生活和生產，這就需要一種可實時實地檢測、操作簡便的多應用傳感器件。 表面等離子體波（ SPP）傳感器是一種基于光學檢測的傳感器件，被廣泛用于藥物篩選、食物檢測、環境監測和細胞膜模擬等方面。相對于目前常見的化學、電子、力學等傳感器，SPP 傳感器擁有實時檢測、無需標記、對被檢測物無損害、探測方法簡單等眾多優點。為了降低成本、 穩定性能、減小體積，集成型 SPP 傳感器件的成為了現今研究熱點。然而現有的集成型 SPP 傳感器件普遍存在靈敏度低，探測范圍小等問題，限制了其應用的推廣。 課題組從 2006 年開始合作從事集成型 SPP 傳感器件研究，在清國家 973 項目、自然科學基金重點項目、教育部清華大學自主研究項目等項目資助下， 創新性提出一種基于 SPP-介質波導異質垂直耦合器的可集成生化傳感芯片，并對傳感芯片的傳感特性和應用進行了深入研究和探索。芯片的特點和性能如下：可集成，芯片體積小，可與便攜設備集成；可批量生產，價格低廉；靈敏度較傳統的集成型 SPP 傳感器件高出一個數量級；可實現對傳感區域的精確或者大范圍調節；可實現對納米量級大小的物質的探測；傳感性能穩定，應用領域廣泛。上述優點表明該芯片可以工廠大批量生產經營，也可以用于實驗室的科研研究，在化學，生物，醫學等多 個領域均有應用價值。查新表明，國內外目前尚未發現有相似原理的器件。 圖 1 (a) 集成型 SPP 傳感芯片與一元硬幣尺寸對比圖 (b) 傳感芯片的顯微鏡照片2 應用說明可集成型 SPP 生化傳感芯片在實驗室經多次驗證，可以實現對折射率液體以及納米級薄層物質的高靈敏探測，并初步應用于對雙酚 a（簡稱 BPA，一種塑料生長常用原料，每年生產將近 2700 萬噸含 BPA 的塑料類物質， BPA 具有胚胎致畸性和致毒性）的檢測。實驗結果表明，該芯片對于 BPA 的探測極限濃度可以達到 0.1ng/ml （歐盟公布食品準則中水含有BPA 的最高濃度為 1ng/ml）。3 效益分析由于目前國內尚無同類產品， 而且此產品在疾病檢驗，環境監測，藥品鑒別等多個領域具有應用價值， 因此本儀器具有較大的市場推廣空間。本傳感芯片價格低廉，使用簡便，對樣品無二次污染，性能穩定，甚至對納米量級的生化小分子探測均具有高靈敏度，相對于其他類型的傳感器件， 具有明顯的經濟和技術優勢。

本發明公開了一種復合波片光軸對準方法及裝置。將待對準復合波片的兩片晶片裝在支架上之后分別安裝在固定、旋轉波片卡盤上；從光源發出的光經過起偏器后形成線偏振光；通過待對準的復合波片后，線偏振光偏振態發生變化；根據探測器探測到的透射光強信號可進一步獲得待對準復合波片相位延遲波動量的變化幅值；比較相位延遲波動量的變化幅值的相對大小；通過電控旋轉臺控制旋轉波片卡盤轉動，直至將復合波片的光軸對準到所要求的精度范圍內。裝置包括光源，起偏器，固定波片卡盤，旋轉波片卡盤，旋轉檢偏器，探測器，電控旋轉臺，計算機，步進電機和電控旋轉臺控制器。該方法可以實現對復合波片光軸進行高精度對準，裝置簡易，操作簡單。

成果與項目的背景及主要用途： 吸波材料即雷達吸波材料（RAM），是指能夠吸收衰減入射的電磁波，并將其電磁能轉換成熱能而消耗掉或使電磁波因干涉而消失的一類材料。目前，隨著電磁波污染的日益嚴重，吸波材料在民用領域具有極大的發展潛力。許多研究已證明，持續、高強度的電磁波照射會誘發細胞變異、誘發腫瘤、癌癥等疾病，電磁波污染已成為世界各國本世紀重點治理的環境污染之一。不讓電子設備發射電磁波是不可能的，所以消除電磁波污染最有效的辦法就是使用吸波材料。這項屬于電磁干擾（EMI）范疇的研究已在世界各國得到廣泛重視和應用。 技術原理與工藝流程簡介： 本項目研究制備含有不同含量及分布的碳纖維(氈)樹脂基復合吸波材料，主要研究碳纖維(氈)排布方式、含量對于材料吸波性能的影響，通過調整參數，實現材料對電磁波的寬頻吸收、高效吸收、選擇吸收的目的；其次，通過對纖維(氈)表面改性、添加電磁損耗劑、改變基體種類等制備具有剛性和柔性基體吸波材料，同時對吸波機理進行研究，以求開發一種低成本、寬頻、高效、輕質的吸波材料。試樣的制備采用復合材料成型工藝壓縮模塑。將環氧樹脂與低分子量聚酰胺按質量比 2：1 攪拌均勻（E-44 型環氧樹脂：低分子量聚酰胺樹脂=100：50～100：100 質量比），在真空干燥箱中脫泡，然后澆注到事先預熱的半溢式模具中，模具中預置碳纖維或碳氈。在透波層表面加一層 S-玻璃布，目的是達到與自由空間的阻抗匹配，在模具底部也加一層玻璃布，目的是抵消由透波層玻璃布引起的應力，使試樣不致彎曲而造成測量誤差。然后將澆注好的模具在 60℃，10MPa的壓力下固化 2 個小時，得到所需的 180mm×180mm，厚度為 4mm 的正方標準試樣。 技術水平及專利與獲獎情況： 本研究通過兩年多的大量實驗，獲得具有良好吸波性能和商用價值的環境功能材料。可用于消除環境空間中的有害電磁波。本課題組制備了材料樣品，完成了 4 個專題的研究報告，發表論文 12 篇，申請專利兩項。本研究已達到國際先進水平。 應用前景分析及效益預測： 隨著電信業的飛速發展，吸波材料的應用已深入到通訊抗干擾、環保及人體防護等諸多領域。 成本估算： 環氧樹脂/碳纖維復合吸波材料E-44 環氧樹脂：15.4 元/公斤，低分子量聚酰胺樹脂：24 元/公斤。碳纖維：300 元/公斤 每塊試樣用碳纖維：0.36 克 其他費用：電費，模具費，人工費 每塊試樣成本：約 4 元（180×180mm） 折合成本：約 120 元/平方米 應用領域：電磁波污染的防護，構筑微波暗室。 2、 連續碳納米管纖維 成果與項目的背景及主要用途： 碳納米管被譽為超級纖維，是 21 世紀的基礎材料，具有優異的物理化學性質，其密度只有鋼的六分之一，強度超過鋼 100 倍，具有高導電導熱性，導熱性是銅的 5-8 倍，在高性能復合材料，能源電極，電場發射等多方面有重要的應用前景，世界各國和大公司都爭先投入搶占碳納米管市場，近年來產業發展迅猛。連續碳納米管纖維是無數碳納米管構成的長紗線，輕于碳纖維，有高柔性，具有碳納米管所有結構和功能特性，可編織和成型，較碳納米管更接近應用，在制備高性能復合材料方面，極具潛力，可用于宇航、汽車用高性能復合材料、風力發電葉片、導電導熱材料、電力傳輸電纜、高強編織物，智能紡織和柔性光電器件等。 基于天津大學的氣相法制備連續碳納米管纖維技術，研發碳納米管纖維量產化技術，制備萬米連續碳納米管纖維材料, 研發碳納米纖維復合材料和相關新材料，在國內率先推出碳納米纖維新產品，主導國內市場，開拓國際市場。 技術原理與工藝流程簡介： 本方法是一步制備連續碳管纖維的方法，具有工業化應用前景。2010 年天津大學技術團隊取得關鍵制備技術的突破，紡出千米連續的碳納米管纖維，為產業化提供了基礎。氣相紡絲法是以含碳原理和催化劑輸入到高溫爐中，在氣流中生長碳納米管并組裝成絲，用機械的方法紡出碳納米管纖維的新方法。主要成果包括發明了乙醇/丙酮混合碳源，發明了水密封反應器和致密碳管纖維的紡絲方法。目前已經取得連續紡絲數小時數千米連續碳管纖維，在方法、技術和材料性能方面處于國際領先水平。 應用前景分析及效益預測： 碳納米管的價格范圍較大 2-20000 元/克，價格取決于碳管種類和純度，有些容易合成，有些受制備限制，尚未量產化。目前市場上多壁管 2000 元/公斤，天津大學科技成果選編高純碳管價格十倍以上。高純單壁碳管尚未量產，目前仍以克量計，純度 80%的單壁管價格為 60 美元/克，高純（>90%）單壁管在 1000-2000 美元/克以上。連續碳管纖維為雙壁管，純度 90%，短期可參考單壁管價格 60-2000 美元/克。 應用領域： 高性能復合材料、導電導熱材料、儲能材料、功能電子和織物，產業領域航空航天、能源、環境、化工和紡織等。 合作方式及條件： 技術合作與專利轉讓 與國際知名企業和研究單位建立合作,引領碳納米管纖維新產業的發展

成果描述：本發明公開了一種基于毫米波通信天線差速旋轉方式的毫米波天線對中控制系統。本發明的對中控制系統由多個相同的對中控制裝置組成，對中控制裝置分別設置在不同的毫米波天線通信站點中；每個對中控制裝置包括天線轉動模塊、位置信息檢測模塊、天線信息采集傳感器和對中控制模塊；天線轉動模塊、位置信息檢測模塊和天線信息采集傳感器分別與對中控制模塊。本發明能有效提高毫米波天線對中精度，實現天線自動化對中通信，減少對中前的準備工作和數據交換工作，增加毫米波的通信保密性，實現毫米波通信機動性、可靠性及野外自適應特性。市場前景分析：天線自動化領域。與同類成果相比的優勢分析：技術先進，性價比較高。

成果介紹基片集成類導波結構是近十幾年發展起來的一類新型平面集成高性能導波結構，2011年被國際微波雜志列為“改變未來無源與控制器件的十大非凡發明”之首（Microwave Journal, Nov. 2011）。本項目組是國際上這一領域的主要貢獻者之一，在國家自然科學基金委創新群體基金和國家973項目等的資助下，對基片集成類導波結構的傳輸特性、諧振特性、損耗機理、模式轉換機理、極化轉換機理等科學問題及其在多個分支的創新應用開展了系統深入的研究，建立了精確有效的設計方法，構建了基礎設計公式，提出并命名了半模基片集成波導等新型導波結構，提出了一系列基片集成類無源元件新結構等。技術創新點及參數1、在國際上最早提出并發展了適合于周期性基片集成類導波結構的頻域有限差分和直線法全波分析模型，揭示了其傳輸機理，并在此基礎上構建了一組閉式設計公式。這組公式已被廣泛用于基片集成類導波結構元器件的設計。相關代表作單篇正面他引均超過150次。2、提出并命名了半模基片集成波導、折疊半模基片集成波導等新型導波結構，系統研究了其導波特性、損耗機理和模式轉換機理等，構建了設計公式，并在此基礎上發展了一系列新型微波毫米波高性能元器件，其中代表作單篇正面他引均超過100次。3、提出了多種基片集成波導無源新結構，深入研究了其諧振特性、耦合特性和損耗機理，并在此基礎上發展了一系列高性能新型元器件及單基片集成系統。相關代表作合計正面他引350余次。4、在基片集成波導天線輻射機理研究的基礎上，突破了經典Elliott設計公式的局限性，建立了相應的分析模型和設計方法，發展了一系列新穎的高性能基片集成類天線及陣列，相關代表作由于其基礎性和創新性被合計正面他引300余次。市場前景項目研究成果已獲54項授權國家發明專利，其中部分專利已進行技術轉讓并應用于企業產品中。