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基片集成類導波結構是近十幾年來微波毫米波學界發展起來的一種新型高性能平面集成導波結構，它具有極低的電磁泄露和互擾，其品質因數和功率容量遠高于傳統平面傳輸線，國內外數百所大學和研究機構開展了大量研究，使之成為微波毫米波領域最受關注的研究分支之一。 學科洪偉教授課題組是國際上這一學術分支的主要倡導者和貢獻者之一，在IEEE系列刊物上發表學術論文120余篇，在美、英、德、日、韓、波、葡等國家召開的國際會議上作大會報告、特邀報告20余次，論文被40多個國家的學者正面他引5000余次，獲授權國家發明專利50余項。 該研究成果在國內外都產生了比較大的影響，獲2016年度國家自然科學二等獎。

1 成果簡介隨著我國經濟的高速發展和人民生活水平的提高，環境污染、疾病監測、食品安全等民生熱點日益受到人們的關注。如何對上述問題進行簡單、快速的監控，將一些危害降至最低，保障人民生活和生產，這就需要一種可實時實地檢測、操作簡便的多應用傳感器件。 表面等離子體波（ SPP）傳感器是一種基于光學檢測的傳感器件，被廣泛用于藥物篩選、食物檢測、環境監測和細胞膜模擬等方面。相對于目前常見的化學、電子、力學等傳感器，SPP 傳感器擁有實時檢測、無需標記、對被檢測物無損害、探測方法簡單等眾多優點。為了降低成本、 穩定性能、減小體積，集成型 SPP 傳感器件的成為了現今研究熱點。然而現有的集成型 SPP 傳感器件普遍存在靈敏度低，探測范圍小等問題，限制了其應用的推廣。 課題組從 2006 年開始合作從事集成型 SPP 傳感器件研究，在清國家 973 項目、自然科學基金重點項目、教育部清華大學自主研究項目等項目資助下， 創新性提出一種基于 SPP-介質波導異質垂直耦合器的可集成生化傳感芯片，并對傳感芯片的傳感特性和應用進行了深入研究和探索。芯片的特點和性能如下：可集成，芯片體積小，可與便攜設備集成；可批量生產，價格低廉；靈敏度較傳統的集成型 SPP 傳感器件高出一個數量級；可實現對傳感區域的精確或者大范圍調節；可實現對納米量級大小的物質的探測；傳感性能穩定，應用領域廣泛。上述優點表明該芯片可以工廠大批量生產經營，也可以用于實驗室的科研研究，在化學，生物，醫學等多 個領域均有應用價值。查新表明，國內外目前尚未發現有相似原理的器件。 圖 1 (a) 集成型 SPP 傳感芯片與一元硬幣尺寸對比圖 (b) 傳感芯片的顯微鏡照片2 應用說明可集成型 SPP 生化傳感芯片在實驗室經多次驗證，可以實現對折射率液體以及納米級薄層物質的高靈敏探測，并初步應用于對雙酚 a（簡稱 BPA，一種塑料生長常用原料，每年生產將近 2700 萬噸含 BPA 的塑料類物質， BPA 具有胚胎致畸性和致毒性）的檢測。實驗結果表明，該芯片對于 BPA 的探測極限濃度可以達到 0.1ng/ml （歐盟公布食品準則中水含有BPA 的最高濃度為 1ng/ml）。3 效益分析由于目前國內尚無同類產品， 而且此產品在疾病檢驗，環境監測，藥品鑒別等多個領域具有應用價值， 因此本儀器具有較大的市場推廣空間。本傳感芯片價格低廉，使用簡便，對樣品無二次污染，性能穩定，甚至對納米量級的生化小分子探測均具有高靈敏度，相對于其他類型的傳感器件， 具有明顯的經濟和技術優勢。

本發明公開了一種復合波片光軸對準方法及裝置。將待對準復合波片的兩片晶片裝在支架上之后分別安裝在固定、旋轉波片卡盤上；從光源發出的光經過起偏器后形成線偏振光；通過待對準的復合波片后，線偏振光偏振態發生變化；根據探測器探測到的透射光強信號可進一步獲得待對準復合波片相位延遲波動量的變化幅值；比較相位延遲波動量的變化幅值的相對大小；通過電控旋轉臺控制旋轉波片卡盤轉動，直至將復合波片的光軸對準到所要求的精度范圍內。裝置包括光源，起偏器，固定波片卡盤，旋轉波片卡盤，旋轉檢偏器，探測器，電控旋轉臺，計算機，步進電機和電控旋轉臺控制器。該方法可以實現對復合波片光軸進行高精度對準，裝置簡易，操作簡單。

成果與項目的背景及主要用途： 吸波材料即雷達吸波材料（RAM），是指能夠吸收衰減入射的電磁波，并將其電磁能轉換成熱能而消耗掉或使電磁波因干涉而消失的一類材料。目前，隨著電磁波污染的日益嚴重，吸波材料在民用領域具有極大的發展潛力。許多研究已證明，持續、高強度的電磁波照射會誘發細胞變異、誘發腫瘤、癌癥等疾病，電磁波污染已成為世界各國本世紀重點治理的環境污染之一。不讓電子設備發射電磁波是不可能的，所以消除電磁波污染最有效的辦法就是使用吸波材料。這項屬于電磁干擾（EMI）范疇的研究已在世界各國得到廣泛重視和應用。 技術原理與工藝流程簡介： 本項目研究制備含有不同含量及分布的碳纖維(氈)樹脂基復合吸波材料，主要研究碳纖維(氈)排布方式、含量對于材料吸波性能的影響，通過調整參數，實現材料對電磁波的寬頻吸收、高效吸收、選擇吸收的目的；其次，通過對纖維(氈)表面改性、添加電磁損耗劑、改變基體種類等制備具有剛性和柔性基體吸波材料，同時對吸波機理進行研究，以求開發一種低成本、寬頻、高效、輕質的吸波材料。試樣的制備采用復合材料成型工藝壓縮模塑。將環氧樹脂與低分子量聚酰胺按質量比 2：1 攪拌均勻（E-44 型環氧樹脂：低分子量聚酰胺樹脂=100：50～100：100 質量比），在真空干燥箱中脫泡，然后澆注到事先預熱的半溢式模具中，模具中預置碳纖維或碳氈。在透波層表面加一層 S-玻璃布，目的是達到與自由空間的阻抗匹配，在模具底部也加一層玻璃布，目的是抵消由透波層玻璃布引起的應力，使試樣不致彎曲而造成測量誤差。然后將澆注好的模具在 60℃，10MPa的壓力下固化 2 個小時，得到所需的 180mm×180mm，厚度為 4mm 的正方標準試樣。 技術水平及專利與獲獎情況： 本研究通過兩年多的大量實驗，獲得具有良好吸波性能和商用價值的環境功能材料。可用于消除環境空間中的有害電磁波。本課題組制備了材料樣品，完成了 4 個專題的研究報告，發表論文 12 篇，申請專利兩項。本研究已達到國際先進水平。 應用前景分析及效益預測： 隨著電信業的飛速發展，吸波材料的應用已深入到通訊抗干擾、環保及人體防護等諸多領域。 成本估算： 環氧樹脂/碳纖維復合吸波材料E-44 環氧樹脂：15.4 元/公斤，低分子量聚酰胺樹脂：24 元/公斤。碳纖維：300 元/公斤 每塊試樣用碳纖維：0.36 克 其他費用：電費，模具費，人工費 每塊試樣成本：約 4 元（180×180mm） 折合成本：約 120 元/平方米 應用領域：電磁波污染的防護，構筑微波暗室。 2、 連續碳納米管纖維 成果與項目的背景及主要用途： 碳納米管被譽為超級纖維，是 21 世紀的基礎材料，具有優異的物理化學性質，其密度只有鋼的六分之一，強度超過鋼 100 倍，具有高導電導熱性，導熱性是銅的 5-8 倍，在高性能復合材料，能源電極，電場發射等多方面有重要的應用前景，世界各國和大公司都爭先投入搶占碳納米管市場，近年來產業發展迅猛。連續碳納米管纖維是無數碳納米管構成的長紗線，輕于碳纖維，有高柔性，具有碳納米管所有結構和功能特性，可編織和成型，較碳納米管更接近應用，在制備高性能復合材料方面，極具潛力，可用于宇航、汽車用高性能復合材料、風力發電葉片、導電導熱材料、電力傳輸電纜、高強編織物，智能紡織和柔性光電器件等。 基于天津大學的氣相法制備連續碳納米管纖維技術，研發碳納米管纖維量產化技術，制備萬米連續碳納米管纖維材料, 研發碳納米纖維復合材料和相關新材料，在國內率先推出碳納米纖維新產品，主導國內市場，開拓國際市場。 技術原理與工藝流程簡介： 本方法是一步制備連續碳管纖維的方法，具有工業化應用前景。2010 年天津大學技術團隊取得關鍵制備技術的突破，紡出千米連續的碳納米管纖維，為產業化提供了基礎。氣相紡絲法是以含碳原理和催化劑輸入到高溫爐中，在氣流中生長碳納米管并組裝成絲，用機械的方法紡出碳納米管纖維的新方法。主要成果包括發明了乙醇/丙酮混合碳源，發明了水密封反應器和致密碳管纖維的紡絲方法。目前已經取得連續紡絲數小時數千米連續碳管纖維，在方法、技術和材料性能方面處于國際領先水平。 應用前景分析及效益預測： 碳納米管的價格范圍較大 2-20000 元/克，價格取決于碳管種類和純度，有些容易合成，有些受制備限制，尚未量產化。目前市場上多壁管 2000 元/公斤，天津大學科技成果選編高純碳管價格十倍以上。高純單壁碳管尚未量產，目前仍以克量計，純度 80%的單壁管價格為 60 美元/克，高純（>90%）單壁管在 1000-2000 美元/克以上。連續碳管纖維為雙壁管，純度 90%，短期可參考單壁管價格 60-2000 美元/克。 應用領域： 高性能復合材料、導電導熱材料、儲能材料、功能電子和織物，產業領域航空航天、能源、環境、化工和紡織等。 合作方式及條件： 技術合作與專利轉讓 與國際知名企業和研究單位建立合作,引領碳納米管纖維新產業的發展

技術優勢: 1）輸出功率：>200瓦連續波輸出； 2）輸出波長：在1900 nm -2050 nm范圍內，波長任選； 3）中心波長定位誤差：±0.5 nm； 4）波長線寬：小于0.05nm； 5）波長精細調諧范圍：±0.5 nm；（高精度） 技術能力： 1）能夠提供1-200瓦全光纖2μm光纖激光器的可靠技術解決方案； 2）能夠提供50-200瓦2μm光纖激光器的技術解決方案； 3）能夠提供1-200瓦窄線寬、可調諧連續波2μm光纖激光器的技術解決方案； 4）能夠提供1-20瓦2μm波長的納米/皮秒高能脈沖激光器的可靠解決方案。 主要應用領域： 1）工業加工領域 由于許多透明有機材料在2 μm 附近有較強的吸收，直接利用激光對其進行切割、熔接和雕刻處理可以避免使用有毒添加劑，這在醫療器械制造領域具有獨特的優勢，也簡化了加工工藝。    2）醫療應用領域 由于人體組織中的水對2 μm激光有很強的吸收，激光的滲透深度小，手術創口區的破壞小；另外，2 μm波長激光器的特殊凝結作用，可以減少手術時的流血。大量實驗研究表明，2 μm高功率摻銩光纖激光器是軟/硬組織外科手術的優良候選光源，可以廣泛應用于高精確的組織切除手術、眼科手術和牙科手術。    3）軍事應用領域 2 μm波長位于損耗較低的“大氣窗口”，在大氣中的傳輸能力遠高于短波長激光；同時也位于人眼安全波長范圍，使其在對人眼安全要求較高的自由空間光通信領域極具應用潛力，也是激光雷達等精密空間探測裝置的理想光源，更符合軍方的需求；此外，2 μm激光通過光學非線性轉換可以產生3~5 μm的中遠紅外激光，而后者是光電對抗中最重要的大氣窗口，在軍事戰略上具有重要意義。

激光在芯片上光互連上的應用就直接要求激光器的特征尺度接近電子器件，并且其功耗要小于成熟的電互聯，應約在10飛焦每比特量級。激光器的功耗與其尺度呈正相關的關系，10飛焦每比特量級的功耗直接要求激光器的模式體積要小于約0.02個波長立方。

人樣安全激光測距技術主要應用于大氣層內的長距離高精度激光測距，其主要應用領域包括火控系統，激光雷達，目標跟蹤，測高儀。

海岸灘涂及淺海地區海陸地形測量是海洋測繪的難點區域，小型化機載測深激光雷達作為該領域的高端裝備，一直被美國、加拿大等國家壟斷，進口價格昂貴，且長期對中國禁運。無人機載激光雷達可提高水域、海陸交界和陸地地表的聯合探測能力，可同時實現高效、高精度測量水下及陸表目標區域三維地形。

激光增材制造(Laser Additive Manufacturing，LAM)技術是近20年來信息技術、新材料技術與制造技術多學科融合發展的先進制造技術。增材制造依據CAD數據逐層累加材料的方法制造實體零件，其制造原理是材料逐點累積形成面，逐面累積成為體。這一成形原理給制造技術從傳統的宏觀外形制造向宏微結構一體化制造發展提供了新契機。激光增材制造（LAM）系統由五個子系統組成：（1）激光加熱系統；（2）工作臺及數控系統；（3）同軸供粉系統；（4）惰性氣體保護箱（手套箱）；（5）循環水冷卻系統。 激光增材制造的產品和零件可以不受形狀、結構復雜程度及尺寸大小的限制。擺脫了傳統“去除”加工法的局限性，可以生產傳統方法難以加工或不能加工的形狀復雜的零件。可成形材料有碳鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金、銅合金、復合陶瓷等。可廣泛應用于航空航天、人工假體、國防工業和機械工業產品的制造。