多面体状氧化亚铜纳米颗粒的制备技术

科技处

-/新材料

纳米材料由于其结构的特殊性,如大的比表面以及一系列新的效应(小尺寸效应、界面效应、量子效应和量子隧道效应等),从而具有独特的物理、化学性质引起了人们的高度重视。氧化亚铜是很好的P型半导体,可以应用于太阳能转换、微电子、磁存储、催化、气敏等领域。尺寸达到纳米级之后,因其较大的比表面积和优良的表面物理化学性质使其在太阳能电池、微电子器件、气体催化、气敏传感器等方面有许多很有潜力的应用。
氧化亚铜纳米材料的制备一直是研究的热点领域之一。目前国内外对其纳米形貌的控制有许多研究报道。氧化亚铜的纳米线、纳米晶须、纳米球、纳米花、微纳米立方块等形貌已有相关的研究报道或者专利。虽然多面体状氧化亚铜微/纳米晶体已有报道,但是由于都是采用电化学方法制备,基片需要预先处理,且只能在基片上生长,使其条件较为复杂、合成不易控制、成本高、不利于大规模生产。而使用简单的化学溶液法一步合成尺寸和形貌均一的系列多面体状氧化亚铜纳米颗粒国内外尚未有报道。
该项目针对现有技术的不足,利用聚乙烯吡咯烷酮作为修饰剂,提供一种操作简单、反应温度温和、成本低的包括立方体、削角立方体、立方八面体、削角八面体、八面体状系列的多面体状氧化亚铜纳米颗粒的制备技术。

激光诱导制备大面积石墨烯纸

科技处

-/新材料

石墨烯以其突出的光学、电学、力学特性被誉为21世纪“革命性材料”,其在生物健康、能源环保、汽车制造、航空航天等领域均展现出重要的发展潜力。石墨烯纸(GraphenePaper, GP)作为一种超轻超薄、高强度、导电导热性好的自支撑宏观二维材料,在柔性电子、航空航天、智能结构、储能器件、生物医学等领域具有广泛应用。但目前传统方法对于大规模大尺度石墨烯纸的制备能力严重不足,极大地阻碍了石墨烯的应用推广。

该项目利用先进激光诱导石墨烯技术(Laser Induced Graphene, LIG)成功制备出无基质的大尺寸石墨烯纸,并可对其结构和性能进行精准调控,为石墨烯的广泛应用提供了有力支撑。该方法不仅实现了石墨烯纸的连续/高效/低成本/大规模制备,还可对石墨烯纸进行多尺度/图案化/不同结构的定制化制作,同时性能可调控的特点有效扩展了石墨烯纸的多功能应用。研发团队承担多项国家级、省部级及行业企业研究课题。

目前,研发团队在实验室条件下已实现基于石墨烯纸的智能复合材料在自固化,全生命周期结构健康监测和功能结构层-阻燃/除冰方面的成功应用。同时基于其可调控的结构和性能,已开展其在传感、结构功能表面、超级电容器和生物抗菌方面的应用研究。该项目在智能传感,能源存储等领域受到行业多家企业的关注,后续将在智能复合材料一体化成型及结构健康监测、高灵敏性可穿戴器件集成以及高性能蓄电池复合板栅材料等方面开展交流合作。

适用于显微镜的小体积五轴电动载物台

科技处

-/先进制造与自动化

光学显微镜在工程领域及科学研究中发挥着重要作用。随着被测物的不断变化,对显微镜测量精度的要求不断提高,对载物台的位移精度、实现功能要求越来越高,电动化的需求日渐显现,特别是在高倍率物镜下,视野范围小,任何不精准的移动都可能造成被观察的特征移出视野范围的可能。现有手动载物台可以实现多轴的移动或转动调节,并可通过手轮提供精度较高的位移步距。但手动载物台存在一些限制:不能恒定的输出相同的步距,存在人为误差;随使用时间的增加,手轮的阻尼会越来越小,容易出现无法精确定位的情况,且更容易受到外界的干扰;手动载物台需要人为接触操作,当由显示器观察时,因距离的关系操作非常不便,而长时间使用目镜观测会导致眼睛疲劳。电动载物台能够实现高精度的位移输出,但价格昂贵,且最多只能提供三维方向上的平动调节,无法提供角度偏转调节。用户可以自行购买三维位移平台作为载物台使用,但通用的电动位移台普遍体积较大,在垂直方向和水平方向会与显微镜发生结构干涉。
为了克服上述问题,本项目研发了一种适用于显微镜的小体积五轴电动载物台。适用于目前市面上多数显微镜,能够满足各个领域对于载物台的需求,并且成本低于电动载物台。

三层复合小口径血管支架及其制备技术

科技处

-/生物与新医药

近年来,心血管疾病的发病率逐渐增加,目前治疗心血管疾病的主要方法是血管移植,自体的静脉和动脉移植无疑是最佳选择,然而,由于患者自身条件的原因,严重限制了传统的移植手术。大口径的合成血管支架如Dacron公司对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和Gore公司生产的膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)已经被成功用于血液高速流动的主动脉上如胸、腹主动脉。然而,目前广泛使用的合成血管支架并不能满足小口径血管支架的需求。主要是由于其抗血栓能力差、新内膜增生造成的再狭窄等导致了移植的失败。
人体血管结构包含内膜、中膜和外膜三层。由于现有的纺织型人工血管支架大多为单层结构,存在着渗血的问题。因此,研究者在尝试通过不同的方法来制备多层结构的血管支架来模拟与人体血管类似的结构。
目前,制备血管支架的方法有很多,主要有热致相分离、溶剂铸造微粒浸出技术、水凝胶、分子自组装等方法。但这些方法不仅操作复杂,且制备的血管支架结构、形貌、组成均不可控。通过静电纺丝法制备的纤维直径分布从几十纳米到几微米,同时具有孔隙率高、比表面积大、孔径分布较宽等优点,仿生天然细胞外基质的尺寸和结构,有利于细胞的粘附和生长。
针对现有小口径血管支架的不足,本项目采用静电纺丝法,成功的制备了三层复合结构且无细胞毒性的小口径血管支架。

基于压电纤维复合材料的环状波模态换能器

科技处

-/先进制造与自动化

机电换能器指一类可以在机械场和电场间进行能量交换的设备,主要用于传感、作动以及近年来提出的振动能量收集和振动抑制等。这类设备必然包含某种具有机电耦合效应的部件,可以由纯机械设计实现,例如可动极板电容、可动芯棒电感或音圈作动器等;也可以由具有机电耦合效应的智能材料实现,例如光学纤维、压电陶瓷片、压电堆或压电薄膜等。基于智能材料实现的换能器具有轻质、小型和高效的特点,是目前机电换能器相关领域的关注热点。
目前,机电换能器中使用最成熟、应用最广的智能材料是植入式或粘接式的压电晶片,其优势是质量轻、机电耦合性能好以及易于加工实现等。然而,压电晶片较脆,易于断裂,难以于曲面贴合。为了突破这一限制,NASA兰利研发中心开发了压电纤维复合材料。但是,无论是压电晶片或是压电纤维复合材料,如果在使用中以粘贴或植入的方式与目标结构连接,都存在不方便拆卸、安装和维护的弱点。
工程领域中只对特定弹性波具有机电耦合性能的换能器,称为“波模态换能器”。但目前尚无针对更复杂结构(如圆柱壳体等)中各种弹性波设计的波模态换能器。这一现状限制了基于压电材料的先进结构健康监测技术在管路、航空发动机机匣、民航飞机机身等近似柱壳结构上的应用。
本项目针对现有压电纤维复合材料存在不方便拆卸、安装和维护的问题,同时针对圆柱壳体结构尚未有公开发表的波模态换能器能与包括弯曲波、拉压波以及扭转波在内的多种弹性波有选择性地进行能量交换的问题,研发了一种基于压电纤维复合材料的环状波模态换能器。

“甘纤尺”-预防肝硬化和肝癌的检测技术

朱琪

-/生物与新医药

我国是肝脏疾病的重灾区,有肝病大国之称。中国的乙肝病毒感染者有近1亿人,近些年,脂肪肝、酒精肝和肝硬化患者更是急剧增长,其中脂肪肝据统计已超过2.3亿。中国肝病人口达3亿。肝癌发病隐匿、进展迅速、治疗难度大、生存期短,多数患者就诊时已经达到 肝硬化和肝癌阶段,诊断后五年存活率平均不到20%。

预防肝硬化和肝癌的关键是把肝病控制在可以扭转的肝纤维化阶段。“甘纤尺”技术可以无创地检测肝纤维化,把肝病控制在肝纤维化阶段,预防预防肝硬化和肝癌的发生。

“甘纤尺”技术就是壳酶蛋白(CHI3L1)肝纤维化检测技术,优势包括:
• 美国哈佛大学等专家权威杂志文章,包括J. of Hepatology, Gut, Hepatology等肝病领域最好的3个杂志。
• 全国著名医院的临床试用和推广包括北京友谊医院,广州中山三院,湖南湘雅二院,湖北武汉同济,上海海军军医大学附属东方肝胆医院,浙江大学附属一院,二院,邵逸夫医院,温附一等

• 德国,美国(Lab Corp)等国家开始使用。

• 2018年进入中华医学会的【肝硬化肝性脑病诊疗指南】, 2019年【慢性乙型肝炎防治指南】 。


“甘纤尺”技术拥有的CFDA注册证书和欧盟CE-mark 证书, 公司还拥有手机APP “肝病网”,提供网络时代的手机肝病健康管理和自我检测平台。

基于单光纤关联成像的内窥镜系统及成像技术

科技处

-/电子信息

光纤内窥镜在各个领域都有着广泛的应用。在医学领域,医生可以通过内窥镜观察到病人胃、直肠等部位的病变以辅助治疗。在工程领域,内窥镜被用来对物体内部进行视觉检查,例如检查违禁物品,违禁车辆等。
单根的单模光纤由于其只能传播单个像素的光强值,无法直接得到光场的强度分布,故无法直接成像。由许多根单模光纤组成的光纤束可以对小范围内的目标进行成像,不过其成像范围小于光纤束的直径,且在使用时必须使其前端紧挨着物体才能进行成像,如此便使其使用范围比较受限,不仅如此,其成像分辨率完全取决于光纤束中的光纤数目,难以有所提高和突破。
多模光纤可以通过计算或波前调制的方式进行二维图像的传播,可是在实际内窥镜使用过程中,光纤的弯曲、移动都会严重影响光在其中传播的相位,致使其需要重新进行相位调制,十分不便,故其无法应用于内窥镜的实时成像。由于其成像机制的限制,成像分辨率完全取决于光纤的数量。对于一定直径尺寸的内窥镜而言,提高分辨率就意味着减小单根光纤的直径,这在制造工艺上是难以实现的。
针对以上问题,本项目研发了一种基于单光纤关联成像的内窥镜系统及成像技术,用以提高内窥镜的分辨率,且能够实现大视场非接触式成像。

大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形技术

科技处

-/先进制造与自动化

随着航空技术的发展,新一代飞机对气动性能和外观要求越来高,飞机钣金零件朝着高强度,高精度、高表面质量和表面特征复杂的方向发展。高强铝合金材料由于质量轻,强度高、耐腐蚀性强、疲劳性能好等诸多优点,在飞机结构件上大量应用,但是铝合金塑性差,延伸率低,厚向异性指数小,硬化指数低,对于型面复杂变形较大的钣金零件在成形过程中容易出现起皱和开裂缺等陷。传统的铝合金类大型薄壁带有复杂特征的零件加工采用爆炸成形的方法,爆炸成形是压力加工专业中的一门特殊工艺,它受到场地,工作条件,工作环境等因素的限制。在实际生产过程中,对于形状复杂的零件欲通过计算给出准确的药量是十分困难的,因此往往是先对零件形状进行简化,然后通过计算估算药量,在爆炸过程中再适当加以调整,增加加工道次;复杂零件需要多炮爆炸成形,其能源利用率较低。在爆炸成形中真空度要求较高,否则零件会出现烧伤反鼓现象,表面质量很差,需要人工进行二次修复。
板式充液成形方法是一种利用柔性的液体介质替代部分传统刚性模具,使坯料在高压液体的作用下按照预先设计的轮廓发生塑性变形从而成形出所需零件的先进成形方法,具有节省工序、简化模具结构、降低成本等优点。成形出的零件具有成形精度高,表面质量好,壁厚分布均匀,回弹小、成形极限高等优点。特别适合结构复杂的零件的成形。但是要成形带有小圆角特征的大型板材零件,需要较高的成形压力,设备的吨位需求也相应的提高,因此设备的吨位成为制约此类零件成形的主要因素。
该项目研发出一种在不增加设备合模吨位情况下,高效、高精度的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形技术。

光纤电流互感器的闭环检测装置

科技处

-/电子信息

电流互感器(Current tran ducer简称CT) 是电力系统中进行电能计量和继电保护的重要设备,其精度及可靠性与电力系统的安全、可靠和经济运行密切相关。然而随着电力工业的发展,电力传输系统容量不断增加,运行电压等级越来越高,目前我国电网的最高电压等级已达500KV,并向更高的电压等级发展。而传统的电磁式电流互感器原理是基于类似变压器原理的电磁感应,由于其工作原理决定了技术上有一些难以解决的困难。如:(1)电压等级提高,增大了绝缘困难,致使绝缘结构复杂,体积重量更大,安装、运输不便,且造价呈指数上升。 (2)由于铁芯磁特性有限,在某些较大的工作电流或故障电流作用下可能会发生铁芯严重饱和,使测量结果出现难以容许的偏差,给电力系统提供错误信息。(3)如果互感器输出处于开路状态,输出端会感应高压,有可能导致绝缘故障或危及其它设备及工作人员安全。(4)目前传统电流互感器内部多充以矿物油作为绝缘和散热介质,存在突然失效而可能导致燃烧、爆炸的危险。
目前大多数电流互感器是利用晶体的Faraday效应。晶体构建的光纤电流互感器的缺陷在于:动态范围小、灵敏度低、插入损耗大。
本项目研发了一种传感器装置,具体地说,是指一种全光纤结构的光纤电流互感器。该光纤电流互感器利用传输电流产生的磁场的Faraday效应, 使传输光的相位发生变化,通过测量干涉后的信号幅值可以间接测量出导线中的电流值。

三相共用超荧光光纤光源的光纤电流互感器

科技处

-/电子信息

电流互感器是电力系统中最重要的高压设备之一。随着电力系统电压等级的不断提高,传统的电磁式电流互感器在绝缘、带宽、动态范围、输出接口、安全性、重量、体积等方面暴露出了固有的缺点, 而基于法拉第(Faraday) 效应的萨格奈克(Sagnac) 型光纤电流互感器在这些方面却有着突出的优势,是高电压大电流测量中最有前景的方案。Sagnac型光纤电流互感器充分利用Faraday效应的非互易性和外界干扰的互易性,通过检测两束圆偏光之间的相位差来检测电流,结合非互易的相位调制技术,能够在干涉测量时达到很高的精度,其主要光路方案包括环形干涉仪结构和反射式结构。其中, 基于Sagnac环形干涉仪的光纤电流互感器通过检测两束反向传输的旋向相同的圆偏光之间的相位差来检测电流。
该方案存在工程应用中存在的主要问题是:需要保证两个1/4波片的一致性,工艺上存在一定的难度, 且受振动、Shupe效应影响比较严重;受Sagnac效应影响,对旋转敏感;电流灵敏度也仅是反射式光纤电流互感器的一半。而反射式Sagnac型光纤电流互感器采用共光路设计, 通过检测两束同向传输的旋向正交的圆偏光之间的相位差来检测电流,良好的互易性保证了互感器对外界环境干扰(如振动、shupe效应、Sagnac效应) 具有更强的免疫能力, 电流灵敏度是环形干涉仪方案的2倍;因此,反射式Sagnac型光纤电流互感器已成为Sagnac型光纤电流互感器的主流方案。
但在现有技术方案中, 反射式Sagnac型光纤电流互感器存在光路损耗大,信号光利用率低等问题,由于普遍采用超辐射发光二极管(SLD) 作为光源, 其效率较低,出光功率不高且寿命有限,对于电力系统应用显得不够。
本项目开发了一种三相共用超荧光光纤光源的光纤电流互感器,通过该电流互感器能够减小光源中心波长漂移所造成的互感器变比误差,降低对光源温控精度的要求,提高互感器的使用寿命,且光路损耗小,信号光利用率高,在相同信噪比要求下对光源输出功率的要求更低。

气动软体抓持装置

科技处

-/先进制造与自动化

柔性是生物体本质而普适的重要属性。绝大部分生物都具有柔软的组织,这些生物依靠自身柔性,能够高效、和谐地与自然界交互。“软体”的机器人也能像生物体一样,主动或被动地改变自身形状、刚度和运动,从而更加安全高效地与环境交互。传统柔性铰链原理的机器人是依靠多个微小刚性单元的连接以及弹簧等刚性元件的使用来达到“柔性”的目的,但控制方式与传统刚性机器人没有本质的区别,故这类机器人虽然在一定程度上解决一些刚性机器人存在的问题,依旧有其局限性,依然应该划分于“刚性”机器人的范畴。
本项目研发了一种基于软体材料和气动控制的气动软体抓持装置,以代替传统机械手执行末端进行高效而安全的作业。本项目手指设计为叠层排布的褶皱式柔性结构体,通过向手指内部的通道进行充气或吸气,从而实现手指向外弯曲或者向内弯曲的姿态变形,抓起和释放球状、片状、立方体状、锥刺表面以及各种复杂外形的实体,并且可以抓起于自身重量3倍的物体的物品。与刚性机器手相比,本项目没有类似刚性机器手的连杆、铰链和电机等结构上的限制,没有复杂的控制系统,在抓持易碎、形状复杂的工件时具有不可替代的优势。在未来的空间站小型机械臂作业,工业生产线以及医疗康复等领域具有潜在的应用前景。

基于低成本硅相机的昼夜连续彩色成像系统

科技处

-/电子信息

昼夜连续成像对于安防监控、自动驾驶、国防安全等领域都有重要意义。现有的许多实用的成像系统,例如24小时监控系统,需要在全天候不间断的稳定地捕获高质量彩色图像。但这不可避免的会受到环境光照变化的影响。带有红外滤光片的普通硅相机通常在充足的日光下工作良好,但在夜间光线不足时表现不佳,无法满足实际应用需求。简单地使用闪光灯或增加曝光时间是不切实际的,因为它们会改变拍摄图像的色调、造成能源的浪费、导致图像模糊等。
为了克服这种困境,大多数现有解决方案使用额外的近红外照明来照亮物体。然而,近红外光照对于这些监控系统来说是一把双刃剑。一方面,它利用了硅传感器对近红外光照灵敏的特性,允许监控系统在低光照环境中获取视觉信息。另一方面,它影响了硅传感器对可见光信息的捕获并导致拍摄的图像质量下降,主要体现在对比度下降。
与现有解决方案不同,本项目提出使用一个普通的去除红外滤光片的硅传感器相机捕获可见光与近红外信号混合的图片,通过所提出的增强方法获取高质量的可见光图像与近红外图像,从而避免了额外硬件的需要,如图所示。所需的硬件只是一个去除红外滤光片的硅传感器相机,通过将可见光信号与近红外信号分离的计算过程,将输入的硅传感器相机采集的可见光与近红外混合图像,稳定转换为高质量的色彩鲜艳的可见光图像。因此,本技术相较现有解决方案具有价格更低廉、传感器技术更成熟、受环境光照影响更小等优势。

红外热像(热波)无损检测技术

科技处

-/先进制造与自动化

采用主动热激励技术对物体进行热激励,如果物体内部存在缺陷或其它物理结构变化,热波的传播就会发生相应的变化,利用红外热像仪记录物体表面温度场的变化过程,并进行红外热像序列处理,就能提取出与内部缺陷或结构对应的特征信号,从而可对内部缺陷或物理特性进行定量的检测和诊断。红外热像(热波)检测是以瞬态传热、弹性振动、红外光学、信号处理和图像处理等为基础的可视化定量无损检测技术,其应用场合贯穿于航空航天结构产品全过程全寿命周期的各个阶段和工序过程,从产品的设计、材料研究与制备、工艺研究与优化、结构件制造装配、整机服役和结构修理都离不开无损检测技术的支持和核心配套。
本项目研发的红外无损检测设备通过超声波、脉冲光源、连续光源等方式对被检测物体进行热激励,以红外热成像方式检测物体的内部缺陷,具有单次检测面积大、速度快、可单面检测、无需拆卸被检测部件、可在外场使用等优点,适合于多种形状固体材料结构内部裂纹、分层或脱粘缺陷检测。其主要检测对象有:材料内部微裂纹,复合材料的分层、脱粘和撞击损伤,热障涂层和陶瓷部件上的微裂纹,管道内壁的裂纹和腐蚀坑,C/C复合材料上的裂纹,固体发动机绝热层脱粘,航天胶接结构脱粘,焊缝内部裂纹等多种材料内部缺陷。

基于移动APP的智能锁芯物联网接入技术研发

-/电子信息

智能家居和物联的技术发展趋势符合当前的市场需求,而门萨科技所从事的创新性研究和实验,所研发的产品技术完全符合新技术趋势和规范的要求,推广开来,势必引领基于云的智能物联和安防系统的快速普及。 本项目"门萨云连安控系统",实现一套通用的软件框架系统和与其系统对应的一种落地硬件产品框架,实现设备间的互联和远程授权控制。远程控制服务器和数据管理服务器通过Internet与多个终端设备进行安全连接,基于标准的TCP/IP协议进行安全连接,用户层自定义通信协议实现设备间的应用场景会话, 其中包括登记、管理和授权和注销等业务消息。终端设备间通过蓝牙、近场通信、Wi-Fi或以太网等连接进行应用场景安全连接和会话。实现授权等服务。受控终端设备通过微控制器连接传统的硬件设备如门锁,开关等传统硬件器件,实现物理上的自动控制功能。 本项目具有以下创新点: 创新点 1:本项目自主研发了云端护航技术,将蓝牙鉴权方式通过云端实现同步及授权时效性控制,通过完善、安全的连接,实现自主创新的远程实时鉴权与本地安全验证系统配合,确保终端消费者的人身、财产、信息安全。相关技术已申请1项发明专利,1项软件著作权。 创新点 2:本项目创新性的研发了一种红外感应激活设备连接的蓝牙装置,利用超低功耗红外感应技术在需要使用蓝牙场景中自动激活蓝牙设备,没有通讯的情况下自动休眠。既提高了用户体验又降低了功耗。相关技术已申请1项实用新型专利。 创新点 3:本项目采用云端服务,在全国多个点搭建后台服务器,实施分级多节点的分布式服务系统。由于采用了云端来管理设备授权,使得设备端蓝牙可以绑定无穷个客户端设备,灵活的控制客户端授权的时效性。该项技术处于国内外领先水平。 创新点 4:本项目支持多种通讯协议,通过添加支持多种主流通讯协议WiFi、Bluetooth 4.0、RFID等模块。让基于门萨云联安控系统的产品设备和个人终端实现互连互通。大大提升了产品的实用性。 创新点 5:本项目支持多种控制平台,通过APP适配iOS平台无线终端设备、Android平台无线终端设备、PC设备,Windows7、Windows8等系列平台。 项目产品技术指标、使用性能达到国际先进水平,将填补了国内该领域技术及产品的空白,将提升行业技术领域产品升级,加快基于物联网技术的安防产业化发展。在就业方面,预计新增就业岗位数十人,培养更多的职业技术。

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