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1、19霍英东教育基金会 2011 年高等院校青年教师基金应用研究 课题申请指南（问题综述）一、材料技一、材料技术领术领域域课题课题名称名称 1：切削刀具用高：切削刀具用高热稳热稳定性超硬涂定性超硬涂层层的研究的研究问题综述：采用物理气相沉积（PVD）技术在刀具表面制备 Ti-Al-N 涂层，可使刀具具有较好的力学性能和高温抗氧化性能。当刀具刃口温度达到 1000以上时，Ti-Al-N 涂层的亚稳相结构将转化成稳定相，导致涂层性能急剧下降并失效，影响了刀具的使用寿命和加工质量。课题根据以上工程背景，开展 Al 氮化物（Me-Al-N）材料体系的力学性能和热稳定性研究，分析多元合金化对 Me-Al-
2、N 涂层的影响，刀具涂层化切削过程中的摩擦，磨损规律及失效形式，研制出适用于切削刀具的高耐磨性，高红硬性、高热稳定的超硬涂层，使其硬度高于 40GPa，热稳定温度高于 1100，刀具的切削性能与同类型进口刀具相当。课题课题名称名称 2：高：高强强耐耐热电热电工工铝铝合金材料开合金材料开发发及及应应用技用技术术研究研究问题综述：提高输电线路导线的运行温度，将提高电网和线路的输电能力。课题针对钢芯铝绞线强度，重量，导电性，长距离大跨越，超高压输电存在的问题，研究全铝合金导线材料与应用技术。课题研究的电工铝合金具有高强，耐热特点，其屈服强度大于200MPa，在 27 Kgf/mm2 载荷作用下 11
3、0保温 100 小时后，蠕变量小于 0.7%，相对导电率60%IACS。采用该合金制造的导线，20可在 150高温下正常输电，成本不高于普通导线的 1.6 倍。课题课题名称名称 3：反：反铁电铁电相相变变材料制材料制备备及及储储能性能研究能性能研究问题综述：制备高功率密度大容量电容器的关键是寻求一种同时具有能量存储密度，高储能效率（即低能量损耗）及快速存放电行为的材料。反铁电体是一种典型的相变材料，在电场、温度及应力的作用下可以实现反铁电与铁电态之间的快速转变，从而可以实现能量的存储与释放。项目要求制备晶粒尺度和取向可控，均匀，致密的厚膜材料，实现反铁电-铁电相变过程中能量存储行为的调控，耐疲
4、劳，满足实际应用的需求。课题课题名称名称 4：新型高增益有源光：新型高增益有源光纤纤的研制的研制问题综述：高效玻璃光纤材料是制备以光为传输媒质的现代光纤通信系统的关键。利用各种元素掺杂、玻璃基质有效选择及配位场调控等有效手段，可以研制出高增益的新型有源光纤材料。在此基础上，通过与超短脉冲激光输出技术结合来改进光纤系统的工作波段，大幅提高光纤通信的效率。研究方向包括：元素掺杂对玻璃光纤发光特性的影响规律；通过元素掺杂、基质成分调控及工艺过程优化等手段，研制出兼具优异发光特征与良好化学稳定性的多组分玻璃光纤材料；给出新型玻璃光纤材料使用的原理样机。与现有公开报道的材料相比，研制的新型玻璃纤维将大幅
5、降低损耗率并一定程度提高增益带宽。21课题课题名称名称 5：可：可编织编织多功能碳多功能碳纳纳米复合米复合纤维纤维柔性柔性电电极材料极材料应应用研用研究究问题综述：利用连续，可编织碳纳米管纤维的高柔性，高比表积，高导电性与具有光电活性的聚合物复合集成，实现柔性纤维储能和太阳能电池，织物和柔性光电及其多功能应用，可解决硬质电极材料局限性，满足能源及光电技术应用需求。课题需制备结构可控高导电碳纳米复合纤维材料，其复合体碳纳米管纤维应具有连续，可编织以及储能和光电转换活性等性质。研究复合材料的力学、储能、光电转换等功能特性，研制柔性电极材料及具有光电转换功能的柔性织物。课题课题名称名称 6：高：高导
6、电导电、 、高高强强度高分子复合度高分子复合纤维纤维的制的制备备技技术术问题综述：导电高分子纤维在抗静电服装，太阳能电池电极，电磁屏蔽，雷达吸波等工业和国防领域有广泛的应用。目前熔融纺导电纤维主要是通过在多组分纤维的某一组分中加入导电填料，并通过熔融纺丝法制备，这样的纤维由于含有大量导电填料，力学性能差，成品率低，且不能满足对导电性能要求更高的电磁屏蔽或太阳能电池电极等应用的要求，而目前作为电磁屏蔽用的导电纤维使用溶液涂层法制备，涂层易脱落，寿命较短。本课题拟通过系统研究，掌握导电纤维的微观结构与电性能和力学性能的关系，通过调控熔融纺导电纤维中导电网络与导电填料的结构种类形态及其在加工与原处理
7、过程中的变化，研究提出制备高性能导电高分子纤维的方法，降低填料使用量，提高纤维的综合力学性能和导22电性能，制备出比目前熔融纺导电的主要电学力学性能明显提高的导电高分子复合纤维材料。二、二、环环境技境技术领术领域域课题课题名称名称 1：超：超细颗细颗粒粒污污染物的高效控制技染物的高效控制技术术研究研究问题综述：空气动力学直径 2.5m 以下的颗粒物是大气悬浮颗粒物中对环境和人体健康危害最严重的一类，已被美国等发达国家纳入环境污染物清单中加以严格控制。2.5m 以下的颗粒物通常在燃烧和机械碾压等过程中形成。目前工业上应用的旋风除尘、静电除尘和布袋除尘，难以经济高效捕捉这类颗粒（为实现一定的捕捉效
8、率，导致功率和设备损耗激增）。因此高效经济控制 2.5m以下的颗粒物，成为环境技术领域中的难点和热点。课题将结合传统技术和国际上涌现的新技术思路，开展超细颗粒污染物的高效控制技术研究，主要内容包括：超细颗粒物的识别与表征及其流变特性；超细颗粒物在工业除尘设备中的高效过滤效率、成本分析；超细颗粒物控制的新技术及其应用等。通过本课题的研究，提出超细颗粒污染物的高效控制技术途径和应用分析数据，为进一步示范应用提供技术支撑，为工业化控制超细颗粒污染物排放奠定基础。课题课题名称名称 2：微生物燃料：微生物燃料电电池关池关键键技技术术研究研究问题综述：废水处理主要考虑废水的达标排放，关注废水中的有机物降解
9、率，忽视其回收利用。微生物燃料电池（MFCs）可在常温条件23下净化污水，同时可产生电能而加以回收利用，近几年成为废水处理研究的热点。MFCs 的产电功率密度低、成本高，阻碍了其实质性的应用，仅仅停留在实验室的基础研究层面。本课题拟围绕微生物燃料电池系统，着重研究其应用中的关键技术，包括：MFCs 的产电功率密度调控；MFCs 的传质、电子输运与运行过程控制；MFCs 中小规模应用的能量分析、成本分析与控制等。通过本课题的研究，扩展 MFC 的功能，提高其对废水种类的适应性，降低废水净化过程所需能量，提高电能回收率，实现废水处理的资源化与能源化利用。课题课题名称名称 3：退化湿地系：退化湿地系
10、统统恢复关恢复关键键技技术术研究研究问题综述：全球性的湿地系统消失与退化引发了严重的生态环境和社会问题，而人口的剧增和城市规模的扩大，导致湿地系统的水生态过程受阻和水环境效应加剧，使得湿地系统恢复成为区域生态安全保障的关键。针对湿地系统的整体功能及其相互作用关系，研发退化湿地系统的综合恢复技术，将为湿地系统保护与管理，维护区域生态安全以及国际湿地履约提供支持。基于湿地系统的复杂性，探讨退化湿地系统不同组分间的内在关联性，重点剖析湿地系统退化的关键过程，分析退化湿地系统与生态系统的响应关系，模拟湿地系统退化的关键过程；基于退化湿地系统的完整性，探讨湿地系统整体恢复机理，研发多尺度、多阶段和多目标
11、的湿地系统退化综合恢复技术；在湿地系统退化综合诊断的基础上，综合湿地系统过程与格局、效应的耦合关系及其湿地功能，对退化湿地系统进行优化调控与整体恢复，提出基于区域生态安24全的退化湿地系统的综合恢复手段。课题课题名称名称 4：痕量：痕量污污染物生物染物生物筛选筛选与与监测监测技技术术问题综述：全球范围内每年合成出成千上万种新的化学物质，且有很大一部分新的化学物质投入使用，并且部分化学物质是有毒污染物，在其生产、使用和废弃过程中会进入到环境介质中，对人体健康和生态系统具有潜在危害。为了更好地防治这些污染物的危害，需要在有毒化学物质未进入使用之前对其生态毒理和人体健康效应进行评估，以便从源头对有毒
12、污染物进行控制。对已经进入环境的有毒污染物，需要快速灵敏的监测技术掌握它们在环境中的存在情况，以便判断其危害。针对有机污染物、重金属等典型的有毒污染物，利用现代生物技术或信息技术，研发出能高通量快速筛选化学物质毒性或获取环境安全信息的技术；或者针对水、空气或土壤中存在的典型有毒污染物，利用先进材料技术和生物技术，研发出能高灵敏选择性地监测有毒污染物的传感器、技术或设备。课题课题名称名称 5：基于：基于纳纳米复合材料的重金属米复合材料的重金属污污水深度水深度处处理技理技术术问题综述：我国水体重金属污染问题十分突出。纳米颗粒对重金属具有高效的净化能力，但同时纳米材料存在易团聚、难以高效分离及性能不
13、稳定等问题导致其难以实际应用。课题以纳米材料为基体对其进行改性，采用固定化或悬浮等方式高效去除水体中的重金属离子。侧重以下几个方面的研究内容：（1）纳米复合材料的制备及技术研发；25（2）纳米复合材料高效处理重金属性能与作用机制研究；（3）新型纳米复合吸附剂再生技术研究与稳定性评价；（4）重金属废水新型纳米吸附剂的深度处理技术研究与效果评价。课题课题名称名称 6：生物：生物质质腐殖化固碳技腐殖化固碳技术术问题综述：生物质废物产生量占固体废物总量的 60%以上，约 70%不能高效资源化利用和无害化处理，因此其无控排放和堆置造成了严重的环境污染，并且导致 CH4 和 N2O 等温室气体大量排放。土
14、壤腐殖质是重要的碳库，其固碳容量极大。然而，生物质废物自然降解过程腐殖化率很低，不到 5%，绝大部分以温室气体的形式散逸大气中。该课题针对这一问题，采用强化腐殖化技术，包括原料配比、氧气控制、催化材料选择等，以及其他技术参数研究，并使之在腐殖化反应器中应用，从而实现生物质碳、氮长效固化的目的。该课题与传统堆肥和填埋技术相比，运行成本降低 20%以上，温室气体减排 50%以上。三、交通技三、交通技术领术领域域课题课题名称名称 1：基于移：基于移动动通信网通信网络络信息的道路交通与居民出行行信息的道路交通与居民出行行为为特征数据提取技特征数据提取技术术研究研究问题综述：目的和意义：传统的道路交通数
15、据和居民出行特征数据调查获取存在成本高、质量差的问题。为深入把握城市交通演变规律，提升交通规划与设计质量，特别是为能够掌握实时交通状态信息 26，现代化交通与居民出行特征数据研究成为交通技术领域的前沿课题，而移动通信技术、网络和用户数量的飞速发展，为这一课题的解决提供了全新的概念和方法。利用现有的移动网络条件，进行现代交通数据采集具有投入成本低、收益大的特点，相关研究的开展还可以促进移动通信业务的发展，带来明显的社会效益和经济效益。研究目标：1确定应用移动通信网络数据获取道路交通和居民出行特征数据提取的可行性和技术路线；2解决移动通信网络数据的获取技术；基于手机切换的路网交通特征数据库建立；应
16、用移动通信网络数据的居民出行方式判定，交通特征提取及多源试验对比等关键技术。3建立数据的整理，分析及应用成套技术，为政府提供管理和决策的依据。课题课题名称名称 2：大：大风环风环境下高速列境下高速列车车气气动动特性及防特性及防风风机理研究机理研究问题综述：目的和意义：大风对行车安全危害极大，在其作用下，列车气动性能恶化，不仅气动阻力迅速增加，还严重影响列车的运行平稳性、安全性。对于一些特殊的风环境，如特大桥梁、高架桥、路堤、丘陵及山区的风口区域、侧向气动力与离心力叠加的曲线路段，列车的绕流流场改变更为突出，气动力显著增大，导致列车脱轨、翻车的可能性大大增加。兰新铁路自通车以来，多次发生大风吹翻列车或风力过大被迫停止运行事件。目前，兰新第二双线已经开工修建，更多的高速铁路线也需要建设，由于大风对列车运行安全的影响更为突出，因此开展对大风环境下高速列车气动特性及防风措施的研究，对保证列车高速、安全运行，提高27列车运输效率具有重要研究意义。研究目标：1研究大风环境风/车/路/网/桥/地形等因素耦合下的列车气动特性，以及列车气动力与
