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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(fā)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(shù)和功率容量遠高于傳統(tǒng)平面?zhèn)鬏斁€，國內(nèi)外數(shù)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(fā)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(fā)明專利50余項。 該研究成果在國內(nèi)外都產(chǎn)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(jīng)濟的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境污染、疾病監(jiān)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(jiān)控，將一些危害降至最低，保障人民生活和生產(chǎn)，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(huán)境監(jiān)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(yōu)點。為了降低成本、 穩(wěn)定性能、減小體積，集成型 SPP 傳感器件的成為了現(xiàn)今研究熱點。然而現(xiàn)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(chuàng)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(chǎn)，價格低廉；靈敏度較傳統(tǒng)的集成型 SPP 傳感器件高出一個數(shù)量級；可實現(xiàn)對傳感區(qū)域的精確或者大范圍調節(jié)；可實現(xiàn)對納米量級大小的物質的探測；傳感性能穩(wěn)定，應用領域廣泛。上述優(yōu)點表明該芯片可以工廠大批量生產(chǎn)經(jīng)營，也可以用于實驗室的科研研究，在化學，生物，醫(yī)學等多 個領域均有應用價值。查新表明，國內(nèi)外目前尚未發(fā)現(xiàn)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(jīng)多次驗證，可以實現(xiàn)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(chǎn)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(nèi)尚無同類產(chǎn)品， 而且此產(chǎn)品在疾病檢驗，環(huán)境監(jiān)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(wěn)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(jīng)濟和技術優(yōu)勢。

本發(fā)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(fā)出的光經(jīng)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(tài)發(fā)生變化；根據(jù)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(nèi)。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(xiàn)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(fā)展?jié)摿ΑＴS多研究已證明，持續(xù)、高強度的電磁波照射會誘發(fā)細胞變異、誘發(fā)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(huán)境污染之一。不讓電子設備發(fā)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(shù)，實現(xiàn)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(fā)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(huán)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(huán)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(huán)境功能材料。可用于消除環(huán)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(fā)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(yè)的飛速發(fā)展，吸波材料的應用已深入到通訊抗干擾、環(huán)保及人體防護等諸多領域。 成本估算： 環(huán)氧樹脂/碳纖維復合吸波材料E-44 環(huán)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(xù)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(yōu)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(fā)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(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。連續(xù)碳納米管纖維是無數(shù)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(fā)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(xù)碳納米管纖維技術，研發(fā)碳納米管纖維量產(chǎn)化技術，制備萬米連續(xù)碳納米管纖維材料, 研發(fā)碳納米纖維復合材料和相關新材料，在國內(nèi)率先推出碳納米纖維新產(chǎn)品，主導國內(nèi)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(xù)碳管纖維的方法，具有工業(yè)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(xù)的碳納米管纖維，為產(chǎn)業(yè)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(fā)明了乙醇/丙酮混合碳源，發(fā)明了水密封反應器和致密碳管纖維的紡絲方法。目前已經(jīng)取得連續(xù)紡絲數(shù)小時數(shù)千米連續(xù)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(chǎn)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(chǎn)，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(xù)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(chǎn)業(yè)領域航空航天、能源、環(huán)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(yè)和研究單位建立合作,引領碳納米管纖維新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

主要功能和應用領域：微波反射結合準光學技術是測量等離子體密度漲落空間分布在國際上新的發(fā)展方向。微波反射成像診斷是近十年來在微波反射技術和準光學成像技術基礎之上發(fā)展起來的，主要用于測量等離子體二維或三維磁流體不穩(wěn)定性以及電子密度漲落的新技術。 微波反射成像系統(tǒng)照片 特色及先進性：采用微波反射及準光成像相結合的方式，探測聚變等離子體內(nèi)部密度擾動，為診斷等離子體提供新的更有力工具。 技術指標：縱向分辨率3-8cm可調；接收陣列：2*8。 能為產(chǎn)業(yè)解決的關鍵問題和實施后可取得的效果：可以通過多個頻率，將通常的二維密度擾動診斷變?yōu)槿S診斷，為更深入的研究聚變等離子體內(nèi)部機理提供有力手段。

一、 項目簡介生物電磁信號攜帶有生物活體的生理、病理信息，檢測和提取有用生物電磁信號并據(jù)此分析其內(nèi)部電磁過程，對于揭示生命活動本質和醫(yī)學診斷治療都具有重要意義。課題組于1995年開始對生物醫(yī)學電磁場問題數(shù)值求解方法及應用進行研究，1997年主持了國家自然科學基金電工學科首個生物電磁領域課題“生物醫(yī)學電磁逆問題求解的數(shù)值方法研究”。二、 項目技術成熟程度在生物醫(yī)學電磁問題數(shù)學建模與求解方法方面，針對腦電（EEG）和電阻抗成像（EIT）的正、逆問題，分別建立了二維與三維數(shù)學模型、靜態(tài)和動態(tài)求解模型，研究高效快速的求解方法。在功能成像方面，針對肺功能、乳腺癌以及腔內(nèi)心肌瘢痕等檢測問題，研制了128通道多頻電阻抗實時監(jiān)測與成像系統(tǒng)，對人體胸腔和乳腺的電阻抗特性進行檢測與功能成像。三、 技術指標（包括鑒定、知識產(chǎn)權專利、獲獎等情況）近年來獲河北省自然科學二、三等獎各1項；完成和承擔國家自然科學基金重點項目2項，國家自然科學基金面上項目2項，省部級項目10余項；出版專著2本，發(fā)表論文百余篇，其中大部分被SCI、EI檢索；申請專利2項。四、 高清成果圖片3-4張 人體胸腔呼吸過程電阻抗信息檢測與功能成像

福州大學物信學院黃衍堂教授團隊與福建美營自動化科技有限公司進行產(chǎn)學研合作，成功研發(fā)“遠程熱成像人體體溫檢測報警裝置”。該設備已經(jīng)在福州高新區(qū)管委會試點投入使用，被應用于抗擊新冠病毒疫情的戰(zhàn)疫。

微波反射結合準光學技術是測量等離子體密度漲落空間分布在國際上新的發(fā)展方向。微波反射成像診斷是近十年來在微波反射技術和準光學成像技術基礎之上發(fā)展起來的，主要用于測量等離子體二維或三維磁流體不穩(wěn)定性以及電子密度漲落的新技術。

熒光顯微成像是分子生物學研究的主要手段，然而由于激發(fā)光的高光子通量和光毒性，成像總次數(shù)受限，因而目前還未能全面揭露細胞內(nèi)部細胞器的相互作用及動態(tài)過程。活細胞的高分辨長時程成像目前仍然是生物學研究中的巨大挑戰(zhàn)，由于軸向掃描速度的限制，三維熒光成像需要更大的激發(fā)光子通量，而光漂白效應則極大限制了三維成像的總時長。同時，由于熒光光譜較寬，成像過程中通道數(shù)目受限，熒光成像一般僅能同時標記有限種類的分子。而電鏡等輔助成像手段雖可觀察多種細胞器，但僅能提供靜態(tài)快照作為輔助。光學衍射層析顯微成像具有光通量低，光毒性小的特點，可有效解決熒光成像遇到的問題。光學衍射層析成像系統(tǒng)中，先前的工作缺少熒光成像作為輔助，衍射層析圖像中的多數(shù)結構缺乏標定，僅能進行形態(tài)學分析。傳統(tǒng)光學衍射層析成像中，也僅對脂滴、染色體和線粒體進行了結合寬場熒光成像的鑒別標定。 北大研究團隊提出一種結合光學衍射層析顯微成像和結構光照明超分辨熒光成像的雙模態(tài)顯微成像方法，用超分辨熒光成像輔助光學衍射層析進行共定位成像。在雙模態(tài)成像系統(tǒng)中，光學衍射層析成像具有優(yōu)異的分辨能力，且無光毒性的限制，因而可以長時間、全面地記錄細胞內(nèi)各種細胞器間的三維相互作用動態(tài)；熒光成像模態(tài)可提供分子層面的化學特異性分辨能力，因此成為鑒別無標記成像模態(tài)成像結果的重要依據(jù)。利用光學衍射層析-結構光照明熒光雙模態(tài)成像系統(tǒng)，可開展一系列的活細胞成像研究，并應用于病理診斷、藥理分析、耐藥性研究等。