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一、項目進展 創意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業 入學/畢業時間 學號 鄧多多 化學化工/化學工程 2018.9/2022.6 201831044104 三、指導教師 姓名 學院/所學專業 職務/職稱 研究方向 王娜 化學化工/制藥工程 實驗教師/高級實驗師 環境功能材料 四、項目簡介 聚乙烯亞胺是一種包含伯胺，仲胺和叔胺的部分支鏈聚合物。本項目根據聚乙烯亞胺和單寧酸的性質，采用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）與超支化聚乙烯亞胺作為紡絲的前體材料，通過靜電紡絲制備納米級纖維膜，再與戊二醛交聯，使纖維膜具有水不溶性，最后與單寧酸接枝。制備出一種新型纖維膜并用于吸附水中Cr(VI)離子。

本發明公開一種復合型重金屬污染土壤改良劑及其應用和施用方法，其包括如下組分：草木灰、鈣鎂磷肥、生石灰、沸石和有機肥，其重量的配比為：草木灰:鈣鎂磷肥:生石灰:沸石:羥基磷灰石:有機肥＝(0.3-1.1):(0.1-1.2):(0.4-2.1):(0.1-0.6):(0.008-0.06):(0.4-1.2)。其通過生石灰、鈣鎂磷肥、羥基磷灰石中的磷酸鹽、草木灰中的碳酸鉀等無機組分固定污染土壤中的重金屬，并結合草木灰、有機肥等有機肥料相改善污染土壤的肥力，持續強化受污染土壤的修復，具有較高的穩定性、良好的環境友好型、成本低廉，能夠鈍化并修復多種重金屬污染土壤，特別是對工礦企業排放廢渣造成的土壤污染有良好的修復效果，能夠達到治理目標，而且不會產生二次污染，易于大面積推廣。

一種等離子體發射光譜法檢測重金屬污染方法，對樣品的發射光譜進行實時采集，根據不同重金屬元素的特征發射波長對光譜數據進行識別，以標準樣品的濃度為橫坐標，光譜峰值強度為縱坐標，繪制標準校準曲線；將待測樣品的光譜峰值強度代入標準校準曲線，計算出重金屬元素的濃度，在對樣品的發射光譜進行實時采集前，利用放電等離子體對樣品進行處理，如果樣品是液體時，將液體樣品吸附在載體上進行處理。本發明在檢測過程中，利用放電等離子體，能夠激發重金屬元素，提高檢測效率，適用于快速響應的應用場景。此外，該方法無需昂貴的真空設備或復雜的化學試劑，并通過標準曲線校準，可實現對重金屬元素的準確定量分析，檢測精度高且結果穩定可靠。

近年來重金屬污染事件頻發，不僅嚴重阻礙經濟社會的良性發展，而且對人體健康造成不可逆轉的損害。我國是人均耕地資源短缺的國家，水、大氣等受體的污染物最終將會陸續轉移到土壤中。為保證糧食安全問題，2016年國務院印發了《土壤污染防治行動計劃》，簡稱“土十條”。 本成果針對中國日趨嚴重的土壤重金屬污染問題，開展土壤重金屬污染生物修復關鍵技術研發與應用示范，對于大力推進耕地質量保護與提升，解決重金屬污染造成的食品安全問題具有重要的意義。 技術特點： 1．綜合利用有機物料、微生物等對土壤中重金屬的鈍化和解毒原理，結合改良土壤、誘導植物抗逆等技術手段，圍繞微生物菌劑創新等開展研究； 2．篩選出多種重金屬修復優勢菌株，研發了復合微生物菌劑的配方及其發酵生產工藝，通過田間試驗證明土壤中施用微生物菌劑可明顯降低土壤有效態重金屬的含量，并可顯著降低作物可食用部分中重金屬的含量，提高作物對重金屬的耐受性，提高土壤pH值，增產效果較明顯； 3．實現了多菌株協同發酵培養的創新，在復合微生物菌劑制備工藝上，從菌株的發酵到生產工藝的優化等方面取得了一系列的自主知識產權。 相關技術對于保護生態環境、治理環境污染具有重要的意義，同時為保障農產品安全和促進農民增收提供新途徑。

近年來，磁振子電子學在信息計算和信息傳輸領域表現出了極具價值的應用潛力。磁振子電子學利用以磁振子為載體的電子自旋進動來實現信息處理，有望實現無熱量產生、低耗散的信息傳輸，相比于傳統意義上通過操縱電荷來實現信息的處理的微電子學具有無可比擬的巨大優勢。磁振子電子學領域的進展很大程度上依賴于能夠有效傳輸磁振子的新材料的發現，而獲得長距離的磁振子輸運始終是磁振子電子學研究的重中之重。與通常的三維磁性絕緣體（如Yttrium Iron Garnet）相比，二維尺度下的磁振子被理論預言有很多的新穎物理效應，例如自旋能斯特效應，拓撲磁振子，以及外爾磁振子等。 在最新的研究文章中，量子材料科學中心韓偉課題組在二維磁性體系中展開工作并取得了重要進展，觀測到了二維反鐵磁體系中磁振子的長距離輸運。MnPS3晶體是一種層狀反鐵磁材料，利用機械剝離手段得到了二維的MnPS3薄片。MnPS3薄片上制備了用于測量磁振子輸運的非局域器件，器件結構如圖A所示。器件左側Pt電極通過熱方法來注入磁振子，右側Pt電極探測在二維MnPS3中擴散傳輸的磁振子。在二維反鐵磁MnPS3中，實驗上觀測到了幾微米的磁振子擴散長度。并且從圖B中可以看出，隨著注入端和探測端距離的增加，探測到的非局域信號表現出e指數衰減的形式，跟一維漂移擴散模型的理論模型一致。在此基礎上，他們還系統研究了MnPS3厚度對磁振子弛豫性質的影響。隨著MnPS3厚度從40nm降低至8nm，磁振子弛豫長度由4μm減小到1μm（圖C），這可能是由較薄的MnPS3中較強的表面雜質散射效應導致的。 該文章中的結果具有重要的學術價值：二維材料中的磁振子輸運實現為二維磁性材料在磁振子電子學的應用與發展奠定了基礎，也有望推動磁振子在量子尺度下的新穎量子物理性質研究。圖：二維反鐵磁體系中磁振子輸運研究。（A）二維反鐵磁MnPS3中的磁振子輸運測量結構示意圖。（B）自旋信號R_NL^*隨電極間距的依賴關系，與理論預言的e指數衰減吻合。（C）磁振子弛豫長度隨MnPS3厚度的依賴關系。 該工作于2019年2月7日在線發表于物理學術期刊Physical Review X上(Phys. Rev. X 9, 011026 (2019) )。 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.011026。該工作由韓偉研究員設計和指導完成，北京大學量子材料科學中心2015級博士生邢文宇為文章第一作者，物理學院2015級本科生邱露頤為第二作者（今年9月份將去哈佛大學讀博士），韓偉研究員為文章通訊作者。本工作的順利完成得到了量子材料科學中心賈爽教授和謝心澄院士的合作幫助，以及國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項的支持。

北京大學物理學院/定量生物學中心歐陽頎課題組在Nature Physics發表題為“The energy cost and optimal design for synchronization of coupled molecular oscillators”（文章網址：https://www.nature.com/articles/s41567-019-0701-7）文章，揭示了互相耦合的分子振子達到同步化所需的熱力學代價，表明分子振子的同步化需要額外能量耗散，并揭示了能量耗散與所能達到的最優同步化效果及耦合的最佳設計之間的關系。 振子之間的同步化現象在自然界是非常普遍的現象，許多非線性理論與實驗很好地回答了很大一部分非線性振子中的同步化問題。然而，對于分子振子而言，他們的振蕩節律由隨機的、大噪聲的生化反應所決定，與之前相對成熟的非線性理論所涉及的情況有所不同。這類分子振子的同步化規律，尤其是同步化所需的熱力學代價尚不明確。 歐陽頎課題組與美國IBM T. J. Waston 研究中心/北京大學定量生物學中心杰出訪問教授的涂豫海教授展開合作研究，首次在理論上闡明了實現分子振子同步化所需的熱力學代價。該研究提出一個簡單而普適的隨機理論模型，假設不同的分子振子之間被一些額外的分子間化學反應耦合起來從而使彼此的相位相互靠近，用以描述一般的可產生同步化振蕩的分子振子。在這個理論模型中，研究者們找到了單分子穩定振蕩狀態的概率密度的解析解，由此計算了不同條件下的能量耗散，并通過平均場近似得到了該振蕩出現同步化現象的條件。通過比較不同條件下的能量耗散，研究者發現，若要實現分子振蕩的同步化，除去驅動單個分子振蕩的能量以外，還必須要有一部分不為零的額外的能量耗散。除此以外，當外界條件給定能量耗散的大小時，雖然可以通過調整模型中的參數達到各種不同的同步化效果，但是可以達到的最優的同步化效果由給定的能量耗散所限制。當能量耗散小于一個臨界值時（這個臨界值大于驅動單個分子振蕩的能量）同步化是不可能的，給定的能量耗散越大，所能達到的最優同步化效果越好。該結論具有一定的普適性。隨后研究者在藍藻的生物鐘系統中檢驗了該理論，驗證了生物體內的分子振蕩體系確實需要額外的能量來實現同步化。 北京大學物理學院博士生，歐陽頎課題組的張東良為該文章的第一作者，涂豫海教授為通訊作者，合作者包括歐陽頎教授和美國加州圣地亞哥分校的博士后曹遠勝博士。

本發明公開了一種高壓輸電線路絕緣子清掃與檢測機器人，包括可以繞旋轉軸向兩邊打開的環形框 架和控制箱，環形框架包括通過多個輔助支架固定相連的上層支架和下層支架、以及通過清掃層升降機 構可上下移動的中層支架，上層支架上設有用于夾住絕緣子的上夾爪，上夾爪上設有檢測裝置，中層支 架上設有清掃裝置和夾持絕緣子裙部的輔助夾爪，上層支架和下層支架之間還設有通過夾爪層升降機構 上下移動的下夾爪，與轉軸相對的環形框

“基于信道/接口優選技術的水雨情視頻遙測終端系統” 突破了氣候變化與自然災害監測領域中的信息技術和遙測技術難題，包括多信道切換，接口切換以及低功耗等技術瓶頸，其中多信道感知優選技術、接口優選技術和水雨情及視頻融合技術達到國際先進水平。本成果在四川省廣漢市、什邡市、綿竹市、德陽市旌陽區、云南省紅河縣和祿勸縣山等多個地區的應用單位產生了顯著的經濟效益。在地理信息系統和自然災害監測等領域的應用發揮了重要的作用。 ？ 提出了水雨情遙測終端系統與視頻監控系統融合技術，實了遙測終端機同時采集雨量、水位、風速、風向、沉降、位移、次聲等環境參數和視頻圖像的功能，降低了遙測站的設備成本及運維費用； ？ 提出了基于業務感知的多信道優選技術，降低了數據傳輸時延，提高了系統的可靠性； ？ 提出了基于按需自適應的水雨情視頻遙測終端系統接口優選技術，降低了系統的功耗； ？ “基于信道/接口優選技術的水雨情視頻遙測終端系統”不僅使用在“山洪災害監測預警系統項目”與“中小河流水文監測項目”之中，還能夠廣泛使用于：“水電站防汛預警及其水庫安全優化運行調度項目”、“水利罐區閘群樞紐防汛預警及其安全優化運行調度項目”、“江河水庫（湖泊）的水質監測項目”、“社會用水戶的取水量監測項目”、“水庫大壩及渠堤的變形監測項目”、“河堤船閘的變形監測項目”、“滑坡泥石流監測項目”、“高速公路的邊坡橋隧的安全穩定監測項目”、“鐵路的邊坡橋隧的安全穩定監測項目”等業務領域。 ？ 所以，持續進行“遙測終端機”的“技術升級更新”研究開發，針對不同的專業應用不斷推出更新的“遙測終端機”，具有廣闊的市場應用前景。

本成果在四川省廣漢市、什邡市、綿竹市、德陽市旌陽區、云南省紅河縣和祿勸縣山等多個地區的應用單位產生了顯著的經濟效益。在地理信息系統和自然災害監測等領域的應用發揮了重要的作用。