北京大學: 非對稱微腔光場調控新原理研究
動量守恒是自然界客觀規律之一, 一個封閉系統的廣義動量總是保持不變. 北京大學 '極端光學創新研究團隊' 龔旗煌院士和肖雲峰研究員等在非對稱光學微腔中提出混沌輔助的光子動量轉換新原理, 實現了光學微腔的高效, 超寬譜光耦合. 非對稱光學微腔打破了空間旋轉對稱性, 調控了局域光場, 從而在支援分立迴音壁模式的同時獲得了准連續混沌模式.
專家解讀:
作為增強光與物質相互作用的主要物理體系之一, 光學微腔與外部光場的直接耦合需滿足動量匹配條件, 但往往僅在較窄光譜範圍內實現, 使得微腔寬頻光物理與應用面臨挑戰. 研究團隊利用光學克爾效應的非線性調製, 在實驗上首次觀測到微腔光場的自發對稱性破缺, 並獲得了微腔手征光場. 這標誌著我國微腔光學研究達到了一個全新高度. (北京大學龔旗煌教授)
北京大學: 5納米碳納米管CMOS器件
北京大學電子學系彭練矛教授團隊在碳納米管CMOS器件物理和製備技術, 性能極限探索等方面取得重大突破, 放棄傳統摻雜工藝, 通過控制電極材料來控制晶體管的極性, 抑制短溝道效應, 首次實現了5納米柵長的高性能碳管晶體管, 性能超越目前最好的矽基晶體管, 接近量子力學原理決定的物理極限, 有望將CMOS技術推進至3納米以下技術節點.
專家解讀:
晶片是資訊時代的基礎與推動力, 現有CMOS技術將觸碰其極限. 碳管晶體管有望提供更高的性能和更低的功耗, 且較易實現三維整合, 系統層面的綜合優勢將高達上千倍. 碳管晶體管被這樣評價: '工作速度是英特爾最先進的14納米商用矽材料晶體管的三倍, 而能耗只是其四分之一. ' 意味著中國科學家 '有望在晶片技術上趕超國外同行' , '是中國資訊科技發展的一座新裡程碑' . (北京大學電子學系彭練矛教授)
廣州醫科大學: 慢性阻塞性肺病早期幹預
慢性阻塞性肺病早期癥狀輕微甚至沒有明顯癥狀, 很容易被忽視和漏診, 中晚期治療效果差, 死亡率, 再住院率和致殘率均較高. 廣州醫科大學冉丕鑫團隊首次發現吸入抗膽堿能藥物噻托溴銨, 能夠顯著改善早期慢阻肺患者的肺功能和生活質量, 研製了符合國情的慢阻肺初篩技術, 為實現早期診斷, 開展早期幹預提供支援; 建立了社區分層精準綜合防治模式, 發現減少生物燃料煙霧暴露可降低慢阻肺發病危險度.
專家解讀:
該研究首次提出了慢阻肺的早期幹預策略. 提出對於長期吸煙, 暴露於汙染空氣和生物燃料煙霧等慢阻肺患病因素的高危人群, 宜早期篩查, 一旦確診, 即便沒有明顯呼吸道癥狀, 也宜及時啟動戒煙, 減少生物燃料煙霧暴露和藥物治療等綜合幹預措施, 防止肺功能進一步下降和疾病發展, 提高慢阻肺綜合防治水平. (廣州醫科大學冉丕鑫教授)
華中科技大學: 高性能數控系統關鍵技術及產業化
華中科技大學陳吉紅教授團隊 '產學研用' 聯合攻關, 研發了系列化高性能數控系統成套產品. 構建全數字, 開放式數控系統軟硬體平台; 開發了多軸聯動, 多通道等控制功能, 實現了複雜軌跡的運動控制; 提出基於柔性加減速的高速納米插補方法, 開發高速, 高精, 高剛度的驅動控制技術; 發明基於指令域大數據的分析方法, 實現了數控機床健康評估, 斷刀監測, 工藝參數優化等智能化應用.
專家解讀:
高性能數控系統是發展高端製造裝備的基礎, 代表國家製造業的核心競爭力. 此項研究成果在2000多家企業應用近10萬台套, 實現了航空航天, 能源動力等領域高檔數控裝備和武器裝備的批量應用, 為我國高檔數控裝備的自主可控提供了重要技術保障. 經中國機械工業聯合會鑒定, 其功能, 性能和可靠性達到國外先進水平, 可替代進口. 在航空航天領域加工製造領域的應用, 國產高檔數控實現了 '零的突破' . (華中科技大學陳吉紅教授)
哈爾濱工程大學: 深海高精度水聲綜合定位技術
深海高精度水聲定位是人類依賴眾多水下潛水器進入深海, 探測深海和開發深海的關鍵.
在哈爾濱工程大學研發的深海高精度水聲綜合定位系統引導下, 我國 '深海勇士' 號載人潛水器2017年9月29日在南海3500米深處僅10分鐘就快速找到預定的海底目標, 實現了 '大海撈針' , 標誌著我國深海高精度水聲定位裝備與技術達到國際領先水平.
專家解讀:
研究團隊攻克了深海高精度超短基線定位, 融合水面超短基線陣列和海底分布長基線陣列的綜合定位等關鍵技術, 解決了海洋聲速慢, 平台運動大時延非同步定位難題, 水聲綜合定位系統, 定位精度達到0.3米, 定位有效率超過90%, 進入世界領先行列. 為我國 '深海勇士' 號載人深潛首航試驗和最先進科考船 '科學' 號南海綜合調查科學考察兩次任務, 奠定了堅實的技術與裝備基礎. (哈爾濱工程大學水聲學院孫大軍教授)
哈爾濱工業大學: 高軌星地雙向高速雷射通信系統技術
2017年4月12日, 哈爾濱工業大學譚立英團隊研製的雷射通信終端隨衛星發射入軌. 高軌星地雙向高速雷射通信系統在近4萬公裡距離的衛星與地面站間, 實現了上下行光束的 '精確對準, 穩定保持, 高速通信' , 成功進行了最高傳輸數據率達每秒5Gbps的通信數據傳輸, 即時轉發和存儲轉發, 是迄今為止國際上高軌衛星雷射通信的最高傳輸數據率.
專家解讀:
衛星雷射通信是建設空間資訊高速公路不可替代的手段. 高軌星地雷射通信需在衛星與地面站間實現高精度捕獲, 並有效克服衛星運動, 平台抖動, 複雜空間環境等因素影響, 保持雷射光束的持續高精度穩定對準, 技術難度極大. 高軌星地雙向高速雷射通信系統技術項目的成功完成標誌著我國在空間雷射通信領域走到了國際前列, 是衛星通信領域的又一個裡程碑, 建立了天地資訊網路中通天鏈地的高速骨幹通道, 為我國今後建立天地一體化資訊網路奠定了重要基礎. (哈爾濱工業大學譚立英教授)
南京農業大學: '誘餌模式' ——病原菌致病的全新機制
南京農業大學王源超團隊圍繞疫黴菌攻擊植物的主要武器 '效應子' , 系統研究了疫黴菌效應子的作用機理, 發現疫病菌在侵染過程中能向胞外分泌糖基水解酶XEG1降解植物細胞壁, 植物則分泌蛋白酶抑制子GIP1抑制XEG1的活性; 疫病菌又可分泌水解酶的失活突變體XLP1充當 '誘餌' 幹擾防禦反應, 與XEG1協同攻擊植物抗病性.
專家解讀:
疫黴菌引起的作物疫病曾被稱為 '植物瘟疫' , 嚴重威脅著全球糧食和生態安全. 目前疫病每年在全球造成的損失依然高達200多億美元. 由於疫黴菌基因組複雜, 對致病機理缺乏了解, 嚴重製約了防控技術研發. 該研究發現的 '誘餌模式' 是一種全新的病原菌致病機制, 是生物互作領域近年來的一項重大理論突破. 由於該機制在病原菌中具有普遍性, 不但對改良作物持久抗病性具有指導意義, 也為開發新型生物農藥提供了新線索, 在農作物綠色生產領域具有潛在的應用前景. (南京農業大學植物保護學院王源超教授)
天津大學: 真核生物酵母長染色體化學再造
天津大學元英進, 深圳華大基因研究院楊煥明, 清華大學戴俊彪等團隊聯合, 完成了4條釀酒酵母長染色體的化學全合成, 建立了多級模組化和並行式染色體合成策略, 實現了由小分子核苷酸到真核長染色體的快速定製合成. 在此基礎上, 構建了人工環形染色體, 為當前無法治療的染色體成環疾病發生機理和潛在治療手段建立了研究模型.
專家解讀:
基因組設計合成提供了深化理解生命進化, 基因組與功能關係等基礎科學問題的新思路. 然而, 基因組合成面臨長染色體難以精準合成, 合成染色體導致細胞失活等難題. 該成果原創性地建立了基因組缺陷靶點快速定位方法和多靶點片段共轉化的基因組精確修複技術, 解決了化學合成長染色體導致細胞失活的難題, 在國際上首次實現了長染色體合成序列與設計序列的完全匹配, 提供了深化理解生命進化, 基因組與功能關係等基礎科學問題的新思路. (天津大學化工學院教授元英進)
西安交通大學: 煤炭超臨界水氣化制氫發電多聯產技術
西安交通大學郭烈錦團隊發展了針對煤炭超臨界水氣化制氫發電多聯產技術大型工程化聯產的系統整合與匹配方法, 解決了產業化中存在的關鍵技術和輔助配套工程技術, 完成了熱電聯產, 氫熱聯產等兩大類大型工程示範裝置的技術設計, 推動開展了熱電, 氫熱等兩類聯產系統的首套示範工程的建設工作.
專家解讀:
該技術可從源頭上解決導致霧霾的SOx, NOx等燃煤氣體汙染物和粉塵排放, 以超臨界水, H2和CO2組成的混合產物氣可用於制氫, 發電, 供熱, 供蒸汽, 工藝上可自然實現CO2富集和資源化利用, 可提高發電機組煤電轉化效率至少5個百分點, 降低一次投資30%, 節水, 運行費用更低. 第三方論證專家組認為 '該技術具有完全自主智慧財產權, 技術是可行的, 經濟性是合理的' . 投資方認為該技術 '實現了煤炭能源的高效, 潔淨, 無汙染利用, 必將帶來能源技術的深刻變革, 為全球節能減排做出巨大貢獻' . (工程熱物理專家, 西安交通大學郭烈錦教授)
浙江大學: 高速鐵路列車運行動力效應試驗系統(iHSRT)
浙江大學邊學成教授牽頭的陳雲敏院士團隊發明了國際上首台高速鐵路列車運行動力效應試驗裝置. 該裝置將列車運行荷載轉化為作用於一系列軌枕上的垂向動荷載, 通過精確控制相鄰激振器的載入相位差實現列車輪軸高速移動對路基的載入. 整個試驗系統由列車運行載入激振器陣列, 載入控制系統, 全比尺線路模型和測試系統組成, 最高車速達360km/h.
專家解讀:
高速鐵路列車運行產生的振動不能及時傳播出去引發激波現象和馬赫效應, 導致路基產生過大振動和迴圈累積沉降, 影響列車安全及乘坐舒適性. 團隊利用該系統發現了伴隨動孔壓劇增的飽和路基馬赫效應和樁承式路基動力土拱效應, 揭示了高鐵路基內部動應力放大效應及沿深度衰減規律, 迴圈累積沉降規律和產生過大沉降的機理. 據此提出了路基迴圈累積沉降評價, 控制和修複方法, 並成功應用於軟土地基上的10餘項高鐵和地鐵工程, 取得了顯著的社會和經濟效益. (浙江大學建築工程學院邊學成教授)
注: 按申報主持單位拼音順序排序, 排名不分先後.
《中國教育報》2018年01月08日第7版 版名: 高教周刊·科學研究