回顧2024年。
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北京工業大學2024年重要科技進展
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北京工業大學
2024年主要學術進展簡介
確定工程抗震減災防禦工事和重大工程應用最具動態性的理論與方法
完**：李曉軍等人
中國是世界上受災最活躍、受災最嚴重的國家之一。 隨著城鎮化程序的擴大和許多世界級重大工程的規劃建設，越來越多的人和重大工程暴露在中強工程可能造成嚴重災害的地區，這對城市和重大工程的抗震減災提出了更高的要求。 作為工程減震減災防禦工事的基礎，設防動態引數的確定成為抗震減災工作面臨的重點和難題。 專案成果：定量表徵了強力工程的破壞效應，為重大工程防禦工事的科學判定奠定了理論基礎闡明了複雜場地條件對區域尺度波傳播效應的影響機理，打破了區域尺度上複雜場地非線性效應特徵認知的侷限性為重大工程建設抗震設防要求的確定提供了方法體系，為實現重大工程和城市震前、震中、震後綜合減災提供了科學依據和有效方法成果已應用於多項重大工程和國家示範工程。 該成果榮獲高等學校優秀科研成果獎（科學技術）一等獎。
公路橋梁服務狀態智慧型評估與韌性提公升關鍵技術
完**： 韓強 et al
橋梁坍塌、損壞等極端事件時有發生，其整個生命週期的服務安全受到嚴重威脅。 複雜環境、荷載等多重因素耦合作用下的結構損傷和效能下降是重要原因，難以獲得結構的真實服役狀態。 團隊攻克了公路橋梁損壞動態演化機理及效能退化規律的工程科學難題建立了環境-荷載多變數耦合下橋梁服務狀態的多尺度智慧型評價方法和技術，構建了橋梁智慧型監測預警系統綜合技術體系和控制平台，開發了效能增強和功能恢復的韌性提公升關鍵技術，以及公路效能增強和韌性提公升的成套技術橋梁形成。該專案對我國橋梁安全監測技術進步和運維產業公升級起到了重要推動作用，成果應用於全國數百座橋梁的監測和韌性提公升，具有顯著的社會效益和經濟效益。 該成果獲北京市科學技術獎二等獎。
超大城市交通視覺大資料高效表達與運營決策的關鍵技術與應用
完**：胡永利等人
隨著資訊化的不斷發展，資料已成為主要的交通資訊，佔城市交通大資料的90%以上，但其有效利用面臨“不能儲存，不能傳播，不能區分，不能使用”。等挑戰，成為制約智慧型交通發展的主要瓶頸。 專案聚焦交通表達互聯互通、交通要素分析、態勢與技術應用，提出交通視覺大資料高效表達與互聯互通技術，突破複雜環境下人車精準感知技術，開發城市級交通態勢與實時平台，實現超大城市交通運營決策支援應用， 取得一系列創新成果和智財權，形成多項國家和行業標準，並在多個城市實現規模化應用，經濟效益和社會效益顯著。該專案為特大城市交通高效利用提供了一整套關鍵技術，也有效提公升了城市交通運營決策的智慧型化水平。 該成果獲北京市科學技術獎二等獎。
複雜環境下地下工程用混凝土關鍵技術創新與應用
完**：李玥等人
地下混凝土結構包括建築基礎、地下管廊和地鐵盾構段等，具有施工難度高、隱蔽性強、荷載效應大、環境凍融、腐蝕強等多重複雜影響，容易導致混凝土結構滲漏開裂等耐久性差問題，從而引發重大安全事故。 針對上述問題，專案組依託多項國家、省部級專案，歷經十餘年，對複雜環境下地下混凝土關鍵技術進行系統研究，提出了複雜環境下地下混凝土開裂機理，發明了一系列功能新材料，提高混凝土的和易性和耐久性， 並形成了地下混凝土收縮、增韌、抗裂、防鏽的協同改進技術。綜合以上成果，主編國內首部高效能混凝土及剛性防水工程技術規程技術規範，指導地下混凝土結構設計施工，顯著推動了行業進步。 成果應用於北京大興國際機場、北京地鐵盾構段、北京副中心站綜合交通樞紐等重大工程，顯著提公升了地下混凝土工程的服務效能，取得了突出的社會經濟效益和環境效益。 該成果獲北京市科學技術獎二等獎。
新型光子效應及其在跨尺度場調控中的應用
完**：張新平
專案針對整合光子學領域的前沿科學問題，實現了高效率、高整合度、高速度的新型光子器件，以及片上整合和光纖整合，推動了智慧型感測和材料檢測的變革性發展，在揭示電子動力學新物理和跨尺度場驅動與場相互作用效應的基礎上取得了創新成果光場作用下光子結構的控制.該團隊在原子尺度上發現了一種新的由超快光場驅動的電子動力學物理學，可以應用於跨尺度的光子操縱實現了奈米局域光場的跨尺度融合與環境感知的應用，提出了光生相變、形變與光場控制的協同機理，並開發了一種新的功能器件。 該成果對於解決光子晶元技術領域的核心物理問題，實現其在光通訊、光子互聯、智慧型感測和材料檢測等領域的應用具有重要意義，榮獲北京市科學技術獎二等獎。
低應力大型載人密封艙結構關鍵製造技術及應用
完**：陳淑君等
天宮空間站的建成投產，是中國載人航天事業的里程碑式成就。 艙室結構的高精度、低應力製造成為保證艙內服役效能的關鍵，關係到載人航天任務的成敗。 本專案通過校企深度合作，創新突破高肋牆板均勻受力成形、剛性穿孔低熱焊、結構應力可控拼調、序間應力協同減小四項關鍵技術，實現大型複雜薄壁殼結構的低應力、高可靠性製造為太空飛行器艙結構密封效能、結構精度和應力等級的高標準協同控制提供系統解決方案，開發並形成了大型薄壁殼體結構全流程低應力製造技術體系，已成功應用於多種複雜配置密封艙的研製為天宮空間站高可靠、長壽命在軌服務提供關鍵製造技術支撐。 該成果獲北京市科學技術獎一等獎。
具有層狀氧化鉍的鐵電薄膜，厚度低至 1 nm
結束**：陸玥等
在這項研究中，我們結合使用了低劑量積分相差 （IDPC）、同步輻射 X 射線衍射和 DFT 計算準確定位了一種新型結構的Bi6O9鐵電薄膜材料的原子級佔據資訊。 通過精確表徵Bi6O9鐵電薄膜中Bi、O和摻雜元素SM的原子佔據，可以清楚地發現SM佔據了Bi的晶格位置。 同時，由於外延生長關係，在襯底與薄膜的介面處存在較大的應力。 文章指出，當薄膜厚度減小到1nm時，晶胞C軸方向被拉伸這可能是該薄膜在1 nm厚度處仍具有17 c cm-2的最大殘餘偏振的重要原因之一。 研究結果發表在國際高水平期刊《科學》2024年第379卷第6638期，第1218-1224頁。
MOF聚合物複合材料從水基質中快速提取金
完**：李建榮等
隨著電子垃圾的快速積累和對電子垃圾需求的增加，尋找能夠提取電子垃圾的技術逐漸引起廣泛關注。 受這一新興產業的影響，人們非常關注設計功能材料，以便從複雜的水基質中快速、有選擇地捕獲金、銀、鈀、鉑等最新材料。 針對上述情況，本工作設計合成了一種高孔金屬-有機框架（MOF）-聚合物複合材料BUT-33-聚苯二胺（PPPD）。 該材料可用於快速、選擇性地從多種基質中提取金，包括河水、海水和 CPU 滲濾液。 BUT-33-PPPD具有極快的吸附速率，可在45秒內提取99%以上的Au3+，對Au3+（1600 mg g）具有很強的吸附能力和高選擇性，以及長期穩定性和可重複使用性。 高孔隙率和氧化還原吸附機理是該材料優異效能的根本原因。 由於氧化還原的吸附能力，金離子可以原位還原形成金奈米顆粒，因此複合材料可以直接用作下一步催化反應的非均相催化劑。 綜上所述，這些發現為電子廢棄物的提取和再利用提供了一種簡單可行的方法，為固體廢物的資源化利用提供了新的思路。 研究結果發表在國際期刊《科學進展》第9卷第13期，文章編號。EADG4923 2023 年。
高效矽異質結太陽能電池金字塔紋理化工藝的新策略
完**：鄭子龍等
光伏發電作為一種可再生能源技術，在實現雙碳目標方面發揮著重要作用。 晶體矽非晶矽（C-SI A-SI）介面工程優化是突破矽電池技術進步瓶頸的關鍵。 通過結合亞原子微觀表徵、第一性原理和器件物理分析，對矽電池在C-Si A-Si介面處的微觀結構特徵和動態演化進行了觀察和測定。 該團隊在外延層中發現了一種新型的缺陷結構，稱為："嵌入式奈米孿生"。這一發現推翻了40多年來關於C-Si A-Si鈍化介面的主流共識，即電池效率的關鍵是介面中Si懸浮鍵的缺陷。 通過引入“原子階梯”的介面設計，有效改善了C-Si A-Si鈍化接觸介面的形貌。 新的設計策略可以廣泛應用於所有型別的矽太陽能電池，無需額外的工藝更改，並且具有良好的工藝相容性。 該研究為光伏電池的發展提供了技術創新，促進了光伏發電技術在實現雙碳目標方面的進一步發展。 相關結果於2024年發表於國際期刊Nature Communications，第14卷第1期，第3596號文章。
氮化碳Ni單原子位點的開發及其在光催化高效生產H2O2中的應用
完**：鄭坤等人
本研究利用球差電子顯微鏡、電子顯微鏡、原位同步輻射、X射線衍射和DFT計算，提出了一種高負載單原子催化劑的通用合成策略此外，所設計的Ni單原子催化劑實現了世界領先的光催化H2O2生產活性進一步揭示了催化劑上Ni單原子位點在原子水平上的光催化反應的動態演化機理。 本文指出，原子尺度Ni單原子活性位點的結構演化是其高催化活性和選擇性的主要原因。 相關結果於2024年發表在國際期刊Nature Communications， Vol. 14， No. 1， Article No. 7715 （2023）上。
現場環境中材料力學和物理性質起源的高空間分辨動力學
完**：王麗華等
材料的外部效能與外部場環境中的結構演化過程直接相關。 實現應力環境下材料原子層次演變的動態觀測一直是國際領域的難點和熱點。 由於常規技術的解像度較低，相關研究爭論已久。該團隊利用了原始的實驗裝置在國際上首次實現了BCC難熔金屬MO和AUCU合金奈米線變形過程的原子級動態觀察研究發現，BCC金屬MO的裂紋擴充套件是乙個交替的塑性和脆性斷裂擴充套件過程更新了BCC金屬斷裂理論**;揭示合金中的化學不均勻性可以有效提高材料的力學效能，為合金效能的優化提供重要參考。 此外，將原來的實驗方法從力學行為擴充套件到磁性能研究首次實現了奈米單晶鎳在應下磁疇變化的原位視覺動態觀察，形成了應力調控材料磁性結構的新研究方向為解決相關領域重大基礎科學問題提供了新的解決方案。 2024年，上述成果已3次發表在國際高水平期刊《自然通訊》上，共14卷，5540頁第 14 卷，第 5705 頁;14 卷，3963 頁。
范德華多鐵性材料CUCRP2S6的磁電各向異性
完**：王曉磊等人
本研究開發了一種新型的磁電功能資訊儲存材料首次揭示了范德華多鐵鐵性薄膜的電各向異性以及極化電壓、通電時間和極化方向調製的憶阻效應。 此外，該團隊還觀察了磁頻率響應的各向異性行為，以及溫度和場控的反鐵磁相變，並獲得了不同晶軸方向的磁各向異性引數和多種自旋共振模式。 它可以製造出一種新型的磁電多晶型憶阻器，具有低功耗、非易失性，能耗遠低於傳統半導體儲存器件。 研究結果於2024年發表在國際期刊《自然通訊》第14卷第1期，第840號文章中。
資訊傳輸用超低損耗空心抗諧振光纖製備技術
完**：王璞等人
空心抗諧振光纖技術可以突破傳統實芯石英光纖對光網路發展的束縛，提高資料中心網路的光資訊容量，降低系統時延，作為下一代主流光纖，有望引領並實現資料中心光網路系統的突破。 為了進一步降低空心抗諧振光纖的傳輸損耗，團隊利用雷射焊接玻璃等技術，創新了空心光纖的製備工藝在國內率先開發出一系列覆蓋1-2公尺重要雷射波段的超低損耗空芯抗諧振光纖並實現 085 db/km @ 2 μm（optics letters.38 dB km @ C+L 波段（中國雷射，49,11,1115002,2022），最小損耗為 02 dB km @ O 波段的超低損耗傳輸它是國際上在多個頻段報道的空芯光纖損耗最低的結果它在國內外都產生了影響。
高效矽基異質結太陽能電池技術
完**：張永哲等人
晶體矽異質結太陽能電池（SHJ）是一種通過在晶體矽的兩側沉積本徵非晶矽和摻雜非晶矽，可以雙面進入光中發電的太陽能電池，被認為是下一代工業電池技術。 團隊長期專注於矽基太陽能電池研究，與全球最大光伏企業隆基綠能科技有限公司等世界級企業合作，聚焦矽基太陽能電池生產線關鍵科技難題先後實現了“反式”電池結構設計、電池結構的原理創新發明了“兩步沉積鈍化”的新工藝和寬禁帶低寄生吸收到光表面的設計，改進了奈米孿晶抑制的“超薄鈍化層”工藝達到 2511%的世界效率記錄。 2024年，基於電池產業化路線，在不增加產業化工藝步驟和成本的前提下，提出了晶面微調外延和雙抑制技術，解決了高效率、低成本的相容性問題，並與隆基綠能科技有限公司聯合成立了北京工業大學-隆基綠能光伏研究院， 共同助力中國光伏技術的發展。
載人航天新材料3D列印技術應用基礎研究
完**：陳繼民等
面對傳統3D列印彈性體材料效能差、無法應用於航天極端環境的重大瓶頸問題。 3D列印航空航天新型彈性體材料力熱效能控制關鍵技術研製成功首次提出了一種利用深空環境變數（無氧、高低溫迴圈交替、強輻射）控制新型3D列印航空航天彈性體材料效能的方法，解決了微觀結構複雜構型特徵跨尺度耦合下材料力學效能調控的關鍵科學問題新型3D列印航空航天彈性體材料的力學效能得到了極大的提高。 2024年，該團隊研發的空間站綠色植物栽培裝置將搭載天舟六號貨運飛船進入天宮實驗室。
富鋰錳基正極材料已從基礎研究走向產業化應用
完**：海軍中尉等
富鋰錳襯底正極材料（LLOS）具有能量密度高的優勢，是下一代高能鋰離子電池正極材料的關鍵技術路線。 團隊以LLOS材料為核心，從結構分析與演化、反應機理、設計控制優化到工程適配放大等方面對系統進行了基礎與應用研究，部分成果獲得2024年北京市自然科學獎二等獎（唯一完成單位），並榮獲由北京工業大學牽頭、星恆動力聯合開展的2024年度國家重點研發計畫專案， 比亞迪和國家電網。2024年，團隊將推動LLOS材料從實驗室走向產業化，建設年產500噸生產線。 公司生產的LLOS材料已通過行業龍頭企業驗證，實現噸位產品供應，並與比亞迪、興恆動力、小公尺、五礦集團、科技部國家新能源汽車技術創新中心（國創中心）等企業建立了緊密的合作關係。 在此基礎上，團隊於2024年12月發起成立聯合國創新中心“北京工業大學先進電池材料與器件研究所-國創中心”。進一步打造集材料創新、技術研發、工程化為一體的國際化高水平科技創新平台。
高精度擺線針輪蝸輪磨齒機的國產化及產業化應用
完結**：季淑婷等人
高精度擺線齒輪的生產長期依賴國外進口，但國外工具機工具價格高、供貨周期長，使得國內生產迴轉向量減速機成本高，生產效率受制於國外供應週期，難以在國際市場上形成競爭地位。 團隊專注於高精度擺線輪的生產，對擺線輪蝸輪加工的嚙合原理、擺線輪蝸輪磨齒機床的設計、擺線針輪的加工過程控制、加工精度檢測方法和工具機數控系統的編制等進行了系統的研究。 2024年，團隊承擔北京智通精密傳動技術有限公司揭牌任務成功研發出用於國產磨齒機的高精度擺線齒輪加工刀具建立了獨特的高精度擺線齒輪加工技術，並創造了配套的刀具輪廓檢測方法。 目前，技術研發已經完成，專案有望將高精度擺線齒輪的生產成本降低到三分之一，生產效率提高兩到三倍，即將投產。 這一成果將有助於國內企業擺脫對國外產品的依賴，有效提公升自主創新能力。
北京工業大學2024年重要科技進展
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*：科學技術發展研究院。
排版：高喆.
編輯：陸洋、魏曉偉。
評論：於一冰。
版權宣告：《公孝V》要原創並不容易，請勿擅自做**。
今天也是小V
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