北京大学: 非对称微腔光场调控新原理研究
动量守恒是自然界客观规律之一, 一个封闭系统的广义动量总是保持不变. 北京大学 '极端光学创新研究团队' 龚旗煌院士和肖云峰研究员等在非对称光学微腔中提出混沌辅助的光子动量转换新原理, 实现了光学微腔的高效, 超宽谱光耦合. 非对称光学微腔打破了空间旋转对称性, 调控了局域光场, 从而在支持分立回音壁模式的同时获得了准连续混沌模式.
专家解读:
作为增强光与物质相互作用的主要物理体系之一, 光学微腔与外部光场的直接耦合需满足动量匹配条件, 但往往仅在较窄光谱范围内实现, 使得微腔宽带光物理与应用面临挑战. 研究团队利用光学克尔效应的非线性调制, 在实验上首次观测到微腔光场的自发对称性破缺, 并获得了微腔手征光场. 这标志着我国微腔光学研究达到了一个全新高度. (北京大学龚旗煌教授)
北京大学: 5纳米碳纳米管CMOS器件
北京大学电子学系彭练矛教授团队在碳纳米管CMOS器件物理和制备技术, 性能极限探索等方面取得重大突破, 放弃传统掺杂工艺, 通过控制电极材料来控制晶体管的极性, 抑制短沟道效应, 首次实现了5纳米栅长的高性能碳管晶体管, 性能超越目前最好的硅基晶体管, 接近量子力学原理决定的物理极限, 有望将CMOS技术推进至3纳米以下技术节点.
专家解读:
芯片是信息时代的基础与推动力, 现有CMOS技术将触碰其极限. 碳管晶体管有望提供更高的性能和更低的功耗, 且较易实现三维集成, 系统层面的综合优势将高达上千倍. 碳管晶体管被这样评价: '工作速度是英特尔最先进的14纳米商用硅材料晶体管的三倍, 而能耗只是其四分之一. ' 意味着中国科学家 '有望在芯片技术上赶超国外同行' , '是中国信息科技发展的一座新里程碑' . (北京大学电子学系彭练矛教授)
广州医科大学: 慢性阻塞性肺病早期干预
慢性阻塞性肺病早期症状轻微甚至没有明显症状, 很容易被忽视和漏诊, 中晚期治疗效果差, 死亡率, 再住院率和致残率均较高. 广州医科大学冉丕鑫团队首次发现吸入抗胆碱能药物噻托溴铵, 能够显著改善早期慢阻肺患者的肺功能和生活质量, 研制了符合国情的慢阻肺初筛技术, 为实现早期诊断, 开展早期干预提供支持; 建立了社区分层精准综合防治模式, 发现减少生物燃料烟雾暴露可降低慢阻肺发病危险度.
专家解读:
该研究首次提出了慢阻肺的早期干预策略. 提出对于长期吸烟, 暴露于污染空气和生物燃料烟雾等慢阻肺患病因素的高危人群, 宜早期筛查, 一旦确诊, 即便没有明显呼吸道症状, 也宜及时启动戒烟, 减少生物燃料烟雾暴露和药物治疗等综合干预措施, 防止肺功能进一步下降和疾病发展, 提高慢阻肺综合防治水平. (广州医科大学冉丕鑫教授)
华中科技大学: 高性能数控系统关键技术及产业化
华中科技大学陈吉红教授团队 '产学研用' 联合攻关, 研发了系列化高性能数控系统成套产品. 构建全数字, 开放式数控系统软硬件平台; 开发了多轴联动, 多通道等控制功能, 实现了复杂轨迹的运动控制; 提出基于柔性加减速的高速纳米插补方法, 开发高速, 高精, 高刚度的驱动控制技术; 发明基于指令域大数据的分析方法, 实现了数控机床健康评估, 断刀监测, 工艺参数优化等智能化应用.
专家解读:
高性能数控系统是发展高端制造装备的基础, 代表国家制造业的核心竞争力. 此项研究成果在2000多家企业应用近10万台套, 实现了航空航天, 能源动力等领域高档数控装备和武器装备的批量应用, 为我国高档数控装备的自主可控提供了重要技术保障. 经中国机械工业联合会鉴定, 其功能, 性能和可靠性达到国外先进水平, 可替代进口. 在航空航天领域加工制造领域的应用, 国产高档数控实现了 '零的突破' . (华中科技大学陈吉红教授)
哈尔滨工程大学: 深海高精度水声综合定位技术
深海高精度水声定位是人类依赖众多水下潜水器进入深海, 探测深海和开发深海的关键.
在哈尔滨工程大学研发的深海高精度水声综合定位系统引导下, 我国 '深海勇士' 号载人潜水器2017年9月29日在南海3500米深处仅10分钟就快速找到预定的海底目标, 实现了 '大海捞针' , 标志着我国深海高精度水声定位装备与技术达到国际领先水平.
专家解读:
研究团队攻克了深海高精度超短基线定位, 融合水面超短基线阵列和海底分布长基线阵列的综合定位等关键技术, 解决了海洋声速慢, 平台运动大时延异步定位难题, 水声综合定位系统, 定位精度达到0.3米, 定位有效率超过90%, 进入世界领先行列. 为我国 '深海勇士' 号载人深潜首航试验和最先进科考船 '科学' 号南海综合调查科学考察两次任务, 奠定了坚实的技术与装备基础. (哈尔滨工程大学水声学院孙大军教授)
哈尔滨工业大学: 高轨星地双向高速激光通信系统技术
2017年4月12日, 哈尔滨工业大学谭立英团队研制的激光通信终端随卫星发射入轨. 高轨星地双向高速激光通信系统在近4万公里距离的卫星与地面站间, 实现了上下行光束的 '精确对准, 稳定保持, 高速通信' , 成功进行了最高传输数据率达每秒5Gbps的通信数据传输, 实时转发和存储转发, 是迄今为止国际上高轨卫星激光通信的最高传输数据率.
专家解读:
卫星激光通信是建设空间信息高速公路不可替代的手段. 高轨星地激光通信需在卫星与地面站间实现高精度捕获, 并有效克服卫星运动, 平台抖动, 复杂空间环境等因素影响, 保持激光光束的持续高精度稳定对准, 技术难度极大. 高轨星地双向高速激光通信系统技术项目的成功完成标志着我国在空间激光通信领域走到了国际前列, 是卫星通信领域的又一个里程碑, 建立了天地信息网络中通天链地的高速骨干通道, 为我国今后建立天地一体化信息网络奠定了重要基础. (哈尔滨工业大学谭立英教授)
南京农业大学: '诱饵模式' ——病原菌致病的全新机制
南京农业大学王源超团队围绕疫霉菌攻击植物的主要武器 '效应子' , 系统研究了疫霉菌效应子的作用机理, 发现疫病菌在侵染过程中能向胞外分泌糖基水解酶XEG1降解植物细胞壁, 植物则分泌蛋白酶抑制子GIP1抑制XEG1的活性; 疫病菌又可分泌水解酶的失活突变体XLP1充当 '诱饵' 干扰防御反应, 与XEG1协同攻击植物抗病性.
专家解读:
疫霉菌引起的作物疫病曾被称为 '植物瘟疫' , 严重威胁着全球粮食和生态安全. 目前疫病每年在全球造成的损失依然高达200多亿美元. 由于疫霉菌基因组复杂, 对致病机理缺乏了解, 严重制约了防控技术研发. 该研究发现的 '诱饵模式' 是一种全新的病原菌致病机制, 是生物互作领域近年来的一项重大理论突破. 由于该机制在病原菌中具有普遍性, 不但对改良作物持久抗病性具有指导意义, 也为开发新型生物农药提供了新线索, 在农作物绿色生产领域具有潜在的应用前景. (南京农业大学植物保护学院王源超教授)
天津大学: 真核生物酵母长染色体化学再造
天津大学元英进, 深圳华大基因研究院杨焕明, 清华大学戴俊彪等团队联合, 完成了4条酿酒酵母长染色体的化学全合成, 创建了多级模块化和并行式染色体合成策略, 实现了由小分子核苷酸到真核长染色体的快速定制合成. 在此基础上, 构建了人工环形染色体, 为当前无法治疗的染色体成环疾病发生机理和潜在治疗手段建立了研究模型.
专家解读:
基因组设计合成提供了深化理解生命进化, 基因组与功能关系等基础科学问题的新思路. 然而, 基因组合成面临长染色体难以精准合成, 合成染色体导致细胞失活等难题. 该成果原创性地建立了基因组缺陷靶点快速定位方法和多靶点片段共转化的基因组精确修复技术, 解决了化学合成长染色体导致细胞失活的难题, 在国际上首次实现了长染色体合成序列与设计序列的完全匹配, 提供了深化理解生命进化, 基因组与功能关系等基础科学问题的新思路. (天津大学化工学院教授元英进)
西安交通大学: 煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术
西安交通大学郭烈锦团队发展了针对煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术大型工程化联产的系统集成与匹配方法, 解决了产业化中存在的关键技术和辅助配套工程技术, 完成了热电联产, 氢热联产等两大类大型工程示范装置的技术设计, 推动开展了热电, 氢热等两类联产系统的首套示范工程的建设工作.
专家解读:
该技术可从源头上解决导致雾霾的SOx, NOx等燃煤气体污染物和粉尘排放, 以超临界水, H2和CO2组成的混合产物气可用于制氢, 发电, 供热, 供蒸汽, 工艺上可自然实现CO2富集和资源化利用, 可提高发电机组煤电转化效率至少5个百分点, 降低一次投资30%, 节水, 运行费用更低. 第三方论证专家组认为 '该技术具有完全自主知识产权, 技术是可行的, 经济性是合理的' . 投资方认为该技术 '实现了煤炭能源的高效, 洁净, 无污染利用, 必将带来能源技术的深刻变革, 为全球节能减排做出巨大贡献' . (工程热物理专家, 西安交通大学郭烈锦教授)
浙江大学: 高速铁路列车运行动力效应试验系统(iHSRT)
浙江大学边学成教授牵头的陈云敏院士团队发明了国际上首台高速铁路列车运行动力效应试验装置. 该装置将列车运行荷载转化为作用于一系列轨枕上的垂向动荷载, 通过精确控制相邻激振器的加载相位差实现列车轮轴高速移动对路基的加载. 整个试验系统由列车运行加载激振器阵列, 加载控制系统, 全比尺线路模型和测试系统组成, 最高车速达360km/h.
专家解读:
高速铁路列车运行产生的振动不能及时传播出去引发激波现象和马赫效应, 导致路基产生过大振动和循环累积沉降, 影响列车安全及乘坐舒适性. 团队利用该系统发现了伴随动孔压剧增的饱和路基马赫效应和桩承式路基动力土拱效应, 揭示了高铁路基内部动应力放大效应及沿深度衰减规律, 循环累积沉降规律和产生过大沉降的机理. 据此提出了路基循环累积沉降评价, 控制和修复方法, 并成功应用于软土地基上的10余项高铁和地铁工程, 取得了显著的社会和经济效益. (浙江大学建筑工程学院边学成教授)
注: 按申报主持单位拼音顺序排序, 排名不分先后.
《中国教育报》2018年01月08日第7版 版名: 高教周刊·科学研究