科技动态省科技计划项目“陶瓷隧道窑余热综合利用关键技术研究与示范”顺利通过专家验收

  12月28号下午,受广东省科技厅委托,由中科院广州分院组织的“陶瓷隧道窑余热综合利用关键技术研究与示范”项目验收会议如期召开。专家组成员听取了项目汇报,审阅了文档资料,观看了成果演示,经质询和讨论,认为该项目完成了合同规定的研究内容,达到了考核指标的要求,一致同意项目通过验收。  储能技术研究室副研究员张建军代表项目组详细汇报了技术的研发过程和实际运行效果。广东是陶瓷产业大省,有众多知名品牌,针对日用陶瓷隧道窑能耗高、废热未充分合理利用的行业共性问题,项目组系统地开展了余热综合利用关键技术研究。通过回收窑头烟气余热,改善冷却带余热利用方式,探索性地开发了连续蓄热燃烧成段余热回收应用技术。有效改善炉窑内部的速度场,优化高温空气燃烧器结构,提升燃料的能源利用效率,具有良好的节能效果。项目成果在广东顺祥陶瓷有限公司进行了验证示范,经佛山市质量计量监督检测中心检测,该系统综合节能率达16%。  该技术已形成专利、论文、人才和示范项目的综合验证,目前技术成果在潮州地区得到推广应用,为当地企业带来良好经济效益的同时,为当地政府实现“节能减碳”目标提供了技术支撑。

科技动态科学家发现哮喘免疫治疗新策略

  过敏性哮喘影响全球8-16%人口,症状为喘息、气促、呼吸困难等,严重者可危及生命。当前治疗策略依赖于糖皮质激素、长效β2-受体激动剂等,但均为对症治疗,不能从根本上抑制哮喘发作。由中科院广州生物医药与健康研究院和广州医科大学联合共建的呼吸疾病国家重点实验室研制了一种利用腺病毒载体结核疫苗抑制过敏性哮喘的新策略。1月4日,相关成果以“Immunizationwithanadenovirus-vectoredTBvaccinecontainingAg85A-Mtb32effectivelyalleviatesallergicasthma”在线发表于国际学术期刊JournalofMolecularMedicine上。   过敏性哮喘发病机制极其复杂。过敏原诱导的Th2反应过度激活是其中关键环节。为替代激素疗法,多家制药公司或研究机构开发了抗IgE及Th2细胞因子(如IL-4、IL-5、IL-13等)的单克隆抗体。但是,这些疗法仍未摆脱“对症治疗”范畴,不能根治哮喘,疗效相当有限。近二十年前,科学家发现接种卡介苗的人群患哮喘概率较低,开启了以卡介苗预防或治疗哮喘的系列临床前及临床研究。但在十多个临床试验中,卡介苗效果并不理想。   健康状态下,体内Th1、Th2反应相互制约、动态平衡。卡介苗在历经数百次传代后,某些疫苗株因缺失关键抗原,其诱导Th1反应的能力下降,不能有效抑制Th2过度激活及哮喘发作。为解决这一问题,研究人员采用结核分枝杆菌的两种优势抗原,对其进行基因密码子优化以高效表达,将两种抗原基因融合后以腺病毒载体携带从而制成新型结核疫苗。由于腺病毒载体疫苗具有诱导强烈Th1反应的性能,研究人员期望该疫苗诱导的Th1反应可以有效逆转哮喘状态下的Th1/Th2失衡。研究结果显示,该疫苗可诱导显著强于卡介苗的Th1反应,有效降低肺部炎症并抑制哮喘发作。研究人员进一步探索该疫苗作用的内在机理,发现该疫苗不但调节了肺部免疫稳态使得Th1/Th2反应趋于均衡,而且削弱IL-33的分泌从而抑制了IL-33/ST2信号通路。该疫苗实现上述作用依赖于Treg细胞。这些发现为过敏原特异性免疫治疗策略的研究提供参考。   该研究获国家自然科学基金、广州市科技计划、中科院青年创新促进会支持。

科技动态近代物理所科研人员在电子涡旋束流研究方面取得重要成果

  近日,近代物理所科研人员通过电子云概念以及通过洛伦兹变换性质研究了电子涡旋束流的角动量性质,并结合不同外电场、磁场首次提出了操纵电子涡旋束流及其角动量的方法。   自旋是大家熟知的微观粒子的一种内禀属性,而对于轨道角动量的研究揭示出微观粒子还有其他的奇特性质。电子涡旋束流是近期非常热门的研究问题,该类电子最大的特点是其波函数具有非常特殊的相因子,并由此存在一类特殊的轨道角动量——内禀轨道角动量(intrinsicOAM),其方向与电子运动的角动量方向相同。与其他研究方法不同的是,此项工作运用电子云概念首次研究了涡旋电子束流在电场、磁场中的动力学问题,得出了正确的角动量进动方程,并提出了3种操纵电子涡旋束流及其角动量的方法。   1)分离角动量不同的电子涡旋束流。   由于电子轨道角动量与电子磁矩具有一一对应关系,因此在外磁场中,磁场将对轨道角动量产生力的效果。对于角动量不同的电子束流,在纵向磁场(BL)中将获得不同的加速效果,使得相应的电子束流具有不同的速度。由此可以利用速度选择器选择我们实际研究需要的具有特定角动量的电子束流,如下图。   2)利用电磁场冻结内禀轨道角动量,保持角动量的螺旋性不变。   电子涡旋束流的螺旋性可以通过内禀轨道角动量的进动频率和电子束流的回旋频率来调节。当两种频率相同时,内禀轨道角动量的螺旋性保持不变。一般来讲,在只有磁场的条件下回旋频率是进动频率的两倍,因此束流的螺旋性不能够保持不变。但是电场与磁场同时存在并且满足一定条件时,进动频率与回旋频率可以相同。以此可以控制电子束流的方向,同时保持束流的内禀角动量。   3)反转内禀轨道角动量。   电子涡旋束流的内禀轨道角动量反转可以由电子自旋的反转原理实现,即由磁共振现象实现。在磁共振现象中,两者的差别仅在于外加磁场频率的不同。   最后研究人员指出电子涡旋束流相关性质的研究可以推广到正电子或者是强子的涡旋性质研究。相关的操纵方法可以广泛应用于原子物理、材料物理以及高能核物理的相关研究。 

科技动态镓(Ga)在矿物表面吸附过程中的同位素分馏首次研究进展

Ga位于元素周期表第四周期,第IIIA族,与铝(Al)化学性质相似,但相对于仅有单一稳定同位素的主量元素Al,Ga是具有两个稳定同位素的微量元素,因此Ga同位素不但能为进一步认知Ga地球化学循环提供新工具,还有助于深入探索Al的地球化学性质。然而,迄今很多地质储库中的Ga 同位素组成尚不清楚,一些基本地球化学过程中Ga 的同位素分馏程度和机制也还是未知数,亟待进行深入研究。众所周知,吸附过程对于充分了解金属离子在水岩作用、生物吸收以及大陆风化作用中的迁移转化及机理起着至关重要的作用。多种金属(如,Mo、Ge和Zn)在矿物吸附过程中已证明会产生显著的同位素分馏。鉴于此,中科院地球化学研究所陈玖斌研究员课题组利用在2016年新建的高精度Ga同位素分析方法(Yuanetal.,2016)的基础上,率先开展了Ga在矿物表面吸附过程中的同位素分馏研究。研究选取作为地球表层普遍存在并是微量元素迁移的重要载体方解石和针铁矿两类矿物。结果表明,较轻的Ga同位素(69Ga)会被优先吸附到矿物(方解石和针铁矿)表面,且方解石表面吸附过程中的同位素分馏大于针铁矿表面吸附过程,其 △71Gasolid-solution分别为 -1.27‰ 和 -0.89‰。造成分馏的主要原因是Ga从水溶液吸附到矿物表面发生了形态转变(共价键数和键长),水体中Ga(OH)4– 会优先吸附到方解石和针铁矿表面分别形成 >Ca-O-GaOH(OH2)4+ 和 >FeOGa(OH) 20,从而使共价键由4转变为6,且Ga-O键长变长,分别从水体中的1.84Å增加到1.94Å与1.96Å。研究结果表明Ga作为新开发的同位素体系,在地学各领域研究中有着重要应用前景。根据此研究结果,有机物吸附过程也会产生类似的Ga同位素分馏,预示着Ga同位素可以用于示踪生物地球化学过程。特别是在低比值的水/碳酸盐岩与水/铁(氢)氧化物的表层环境下,水体较颗粒物而言可能富集重的Ga同位素(71Ga),但需要进一步研究。

科技动态半导体所在柔性人工视觉感知和存储系统领域取得新进展

  近日,中科院半导体所半导体超晶格国家重点实验室沈国震研究员的研究团队,与北京科技大学数理学院陈娣教授合作,在柔性人工视觉感知和存储系统领域中取得新进展。     人体的视觉系统不仅能够用来感知外界的光线信息,还能够将感知到的信息存储在大脑的神经系统中。近年来,科研工作者通过图像传感器阵列的研究已经在模拟人体的视觉感知功能方面取得了重大的进展。然而,尽管当前的图像传感器实现了对于一些简单图形的识别能力,但是当外界光线消失时,感知到的图形信息也随即消失,无法实现对感知信息的存储功能。为了弥补这种缺陷,实现对于人体视觉系统的仿生模拟,将图像传感器件与忆阻器件进行合理的集成将是一种有效的途径。   为实现集成电子器件对于光线信息的探测和记忆功能,联合团队中的博士生陈帅和娄正助理研究员,合作开发出一种仿生的柔性人工视觉感知与存储系统。该系统集成了一种基于氧化铟半导体微米线阵列的图像传感器件与一种基于原子层沉积的氧化铝阻变式忆阻器件。通过外界紫外光线的激发,图像传感器的电阻状态将从高阻态转变为低阻态。当其阻值降低到一定值,将使串联的忆阻器件两端的电压达到忆阻器的开启电压,进而激发忆阻器从高阻态转换为低阻态,这两种状态分别对应于逻辑电路中的off(1)和on(0)状态。这样,当外界的紫外光线消失时,虽然图像传感器件将恢复到初始状态,但是其感知到的光线信息已经以二进制的形式被存储在了忆阻器中。另外,通过扩展器件阵列的像素密度而组装的10×10视觉存储阵列器件,还能够实现对于外界图像式光线分布的感知与存储功能。该人工系统展现出了长期的信息记忆功能,能够稳定记忆长达一周以上。而且通过在忆阻器两端施加一负向电压还能够擦除掉已经存储的光线分布信息,并再次存储其他图像的光线分布信息,从而实现集成器件的可重复利用性。该项工作所设计的柔性的人工视觉系统在未来的可穿戴设备、电子眼、多功能机器人和视觉障碍者的辅助设备等方面具有极大的应用潜力,并为设计新型的柔性多功能传感和存储集成器件如触觉记忆系统和听觉记忆系统提供了新的思路。 

科技动态医学物理中心宽调谐、窄谱宽中红外光参量研究再获进展

  近期,中科院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心江海河研究员课题组在宽调谐、窄谱宽中红外光参量研究方面取得研究进展,相关研究结果发表在国际光学期刊OpticsExpress(Opticsexpress25.25(2017):31810-31815)上。  3-5μm中红外激光在大气环境监测、目标特征探测以及高分辨率光谱学等领域具有广泛的应用,窄线宽可调谐激光是满足这类应用的理想光源。光参量振荡技术(OPO)是实现宽调谐中红外相干激光输出的有效技术。但是,在一般情况下,自由振荡OPO输出的脉冲中红外激光的谱宽比较宽,一般高达数十纳米乃至几百纳米,严重限制OPO中红外光源的广泛应用。为了压缩OPO的输出谱宽,通常采用腔内插入标准具或VBG等选频元件。然而,由此引入了较大的额外损耗,不仅导致OPO振荡阈值增大,还降低中红外激光的转换效率;其中,采用VBG选频元件的还会严重限制了OPO的波长调谐范围。因此,宽调谐、窄谱宽高效OPO激光已成为中红外激光技术研究的热点。  针对以上所存在的问题,该课题组研究人员进行了多年的努力。首先,通过单纵模脉冲光纤激光器泵浦PPMgLN-OPO,获取了高效率的中红外激光输出;将标准具设计作为OPO的腔镜,有效地对振荡信号光的增益谱宽进行调制和控制;同时,采用种子自注入技术和双固体标准具耦合腔,使振荡信号光微弱边带得到了进行进一步抑制,实现了窄谱宽的信号光振荡,并与腔内的单纵模泵浦光进行有效的相互作用,获得了窄谱宽OPO中红外激光的输出。在本实验研究结果中,闲频光的谱宽压窄至0.36nm,相对于自由振荡谱宽抑制比改善了约2个数量级,同时其波长调谐范围达到200nm,其最大输出功率为2.6W,对应光光转换效率为17.4%,成为该波段窄线宽最有效的技术方法。  本实验中采用的准相位匹配技术的周期极化晶体MgO:PPLN具有高增益、宽调谐等优点,泵浦源1μm光纤激光器具有高稳定性和紧凑性,研制的OPO中红外激光输出具有高峰值功率、低阈值,为宽调谐、窄谱宽高效OPO中红外激光应用奠定了基础。  该项研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。