成果速递 | 来自西安交通大学的最新科技成果包(二)

政务   2024-11-06 18:33   江苏  

本期为您甄选来自西安交通大学的最新科技成果。


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01
智能化供水实时精准投药系统

项目简介

在自来水制水工艺中,混凝剂的投放量直接影响到出水水质和制水成本,传统的投药方法存在“基于人工经验,药剂投放量不准确” 、“受水温水质等因素影响, 投药量要实时调整” 、“水厂分布范围广,边缘设备异构缺乏统一管理”等诸多问题, 使得制水成本过高,水质稳定性差。

技术先进性:

为了解决自来水制水过程中药剂投放面临的问题,依托“边云协同”技术,借助出水浊度的精准实时预测模型,利用自动化投药设备,实现了实时精准添制水投药,降低添药成本,保证水质稳定。

应用领域:

应用场景:在已经具备自动投药基础的自来水厂和污水处理厂都能通过本技术实现混凝剂的精准添加,降低企业生产成本。 

经济效益:通过已实施案例测算,对于日制水20万吨的水厂,通过该技术能够节约30%的混凝剂添加,为企业一年节省生产成本450万元。

社会效益:通过对水质监控数据的实时分析,能够确保水质的稳定,降低供水安全风险;方案所利用的边云协同技术除了能提升企业的智能化水平外,还能确保添药控制的安全性。


02
硝态氮废水高效处理技术

项目简介

目前去除环境水中硝酸根的方法有化学还原法、反渗透法、电渗析法、生物固氮法等,其中生物固氮法由于适用范围广和操作简便等优点被广泛应用,但其难以将污水中硝酸根浓度降低至国际卫生组织的标准(10 mg/L)以下。基于此,本技术开创性地制备了聚氨酯高分子复合凝胶-印迹吸附剂(PCN-MIPs),通过特异性的空间结构、静电相互作用、物理吸附等作用高选择性吸附去除环境水中的硝酸根。PCN-MIPs 具有高选择性吸附、快速分离、可重复使用的优点,可实现对污水中硝酸根离子的高效去除与再利用,进一步降低水体中硝酸根离子的浓度,达到世界卫生组织对水中硝酸根含量的标准。PCN-MIPs 在一体化分散式污水处理设施——净化槽、乡镇企业废水处理、市政污水处理厂项目中均展现出了广阔的应用前景。该项目符合国家重大需求,能有效解决国家环境水中硝酸根去除问题中的难点和痛点,具有划时代意义。

技术先进性:

以聚氨酯高分子复合凝胶(PCN)为载体,硝酸根为模板分子,廉价易得的带正电材料为功能单体制备得到聚氨酯水凝胶硝酸根分子印迹聚合物,实现了对污水中硝酸根的高效选择性吸附和分离。该材料廉价易得,易于工业化生产,对硝酸根不仅具有较高的吸附量(Q=13.35 mg/g)、优异的选择性(IF=3.1),还展现出良好的重复利用性,有效解决了难以将污水中硝酸根浓度降低至国际卫生组织标准以下的难题。

应用领域:

PCN 因具有比表面积大、孔道结构多、亲水性好、处理能力强、使用寿命长 以及剩余污泥少等特点而被广泛应用于多项地市级污水处理项目。PCN 和印迹技术的结合极大提高了材料选择性吸附性能,可进一步降低水体中硝酸根离子的浓度,达到世界卫生组织对水中硝酸根含量的标准,在乡镇企业废水处理、市政污水处理厂等中展现出良好的应用前景。


03
二噁英重金属近零排放的生活垃圾气化及飞灰熔融技术

项目简介

该项技术利用气化熔融技术原理,对垃圾进行减容减量处理,处理后体积减小90%以上,大大降低填埋场的压力。气化熔融技术真正做到垃圾的无害化处理,可以做到二噁英、重金属污染物的超低排放,环保性能大大优于目前的垃圾焚烧技术,消除公众抵触情绪,易于推广。

技术先进性:

1、针对我国垃圾特点:高含水率、成分复杂、热值较低。

2、有机结合垃圾前处理技术:挤压脱水、筛分、分选。

3、充分利用气化熔融过程中产生的余热、余气、余渣,保证处理过程的经济性。

4、通过系统工艺优化及多种环保技术相结合,保证处理过程的环境友好。

5、二噁英排放值<0.05-0.005ng-TEQ/Nm3,大大低于新国标0.1ngTEQ/Nm3重金属熔渣重金属浸出率。

6、熔渣重金属浸出率各项指标在国家标准的1/10以内。

7、硫、氯、氮等污染物排放均达到国家标准。

应用领域:

假设垃圾处理成本约180元,处理补贴约120元,每吨垃圾的发电量约550千瓦时/吨,电价约为0.65元/千瓦时,装置年运行330天,则日处理量100吨的垃圾气化及飞灰熔融项目可获得年收益约968万元,约4年可收回投资成本,现有垃圾焚烧项目的投资回收期普遍在8~10年。而随着装置规模的增大,发电效率和吨单位投资成本会进一步下降,可进一步缩短投资回收期。


04
基于机器视觉的电池丝印及 FPC 连接器缺陷检测系统研究

项目简介

本检测系统利用机器视觉、图像处理方法对电芯丝印/条码的常见外观缺陷、尺寸测量及位置状态进行检测并标记输出,并开发了相应检测软件,后期可植入不同算法,适用于任何型号的电芯。FPC连接器由于受来料本身或电池组装过程等造成的外观不良,如连接器偏移/歪斜、连接器焊接少锡/多锡、连接器塑胶本体破损变形、五金部分变形/缺失、连接器脏污等。这些缺陷可直接导致产品功能性不良,影响产品使用性能,而目前检测方法仍为人工利用简单的CCD投影设备进行主观判断,检测速度慢,易 误判,缺乏客观标准。本检测系统可对连接器常见外观缺陷进行检测并标记输出,开发出了支持不同型号切换、参数自由设置的软件系统,后期可根据新产品需求增设不同检测算法。

技术先进性:

1、系统检测效率:

(1)电池丝印检测系统:500±50ms/PCS(检测范围包括:丝印插画、丝印文字、丝印色差、丝印位置、二维码扫描、二维码尺寸位置及等级判断)。 

(2)电池丝连机器测系统:400±50ms/PCS(检测范围包括:五金缺陷、塑料缺陷、FPC基板破损及露铜、焊接位置检测、划伤检测等)。在线检测效率UPH高达 800pcs/h。 

2、检测准确率:

(1)FPC连接器严重缺陷检测准确率达到100%,轻微缺陷检测准确率99%; 

(2)电池丝印缺陷识别准确率达到98%,其中条码扭曲、歪斜及模糊识别准确率达到100%。

3、检测精度:系统检测分辨率:丝印检测 0.0393mm/pixel,端子检测4.95um/pixel尺寸测量精度:+/-0.03mm;重复测量精度:0.05mm。

应用领域:

项目已掌握了相关核心技术并具备工程化能力,FPC 连接器检测部分已经验收并应用生产线检测,电池丝印检测部分性能已经达到企业要求,并在生产线进行了阶段调试。本系统主要可完成以下功能:

1、丝印及条码缺陷检测:

(1)丝印缺陷不良检测 ;

(2)丝印条码等级判断;

(3)丝印版本判断;

(4)条码尺寸测量;

(5)条码位置检测。

2、FPC连接器缺陷检测:

(1)五金缺陷检测;

(2)塑胶缺陷检测;

(3)连接器焊接少锡/多锡缺陷检测;

(4)连接器偏移/歪斜检测;

(5)连接器脏污检测。


05
制造业产品缺陷视觉检测技术

项目简介

本项目提供一种基于人工智能的新型视觉检测技术,利用数据驱动的深度学习算法,使视觉检测技术开发流程标准化,极大地缩短了开发周期与开发成本,通过迁移学习等关键技术快速地应用到多种制造行业,在不同行业所积累的数据池又将反哺技术进步,进一步构筑行业技术壁垒。本团队深耕于工业与智能制造领域,充分了解制造业产品缺陷种类多、缺陷数据少等特点,创造性地提出了正样本建模等核心解决方案,极大地减少了对缺陷样本以及标注的需求。本项目提出的技术方案具有开发周期短、适用性可迁移性较强、落地成本较低等特点。

关键技术:

1、弱监督缺陷检测技术

解决传统缺陷检测技术的低效率问题。传统视觉检验方法需要大规模标注数据,存在数据利用效率低的问题。本项目针对制造业产品缺陷种类难以完整预测与穷举,缺陷样本数量少、不易获取等问题,创造性地针对正常无缺陷产品建立的生成模型,通过对比学习实现高精度的产品缺陷检测。

2、迁移学习技术

提高缺陷检测技术的通用性和可扩展性。项目面向不同质检场景,针对多种制造行业、各类产品检测的任务需求,研发了基于实例与特征等多种迁移学习技术,增强缺陷检测技能在多种场景的迁移能力,降低对缺陷数据的依赖,显著缩短了开发周期与开发成本。

3、多波段检测技术

扩展缺陷检测的范围和功能。传统机器视觉光源以可见光和近红外波段为主,主要用于产品外观表面缺陷检测。为了实现更多检测功能,比如温度、化学成分、内部损伤等,需要结合更多波段的探测技术,比如:远红外热成像、高光谱成像以及高频射线成像等。本项目同时研发了基于可见光的表面缺陷和基于X射线的内部缺陷的视觉检测技术,可以满足多种制造行业的检测需求。

应用市场:

中国机器视觉市场广阔,近年来企业数量增长迅速,但尚未出现有主导地位的龙头企业。在制造业中,消费电子,汽车,半导体是视觉检测应用最广泛的三大领域。目前消费类电子行业和半导体行业的视觉检测应用市场规模年增长率在25%左右,而在标准化程度更高的汽车制造领域,市场规模增速将近30%。相比人工目检,机器视觉技术优势明显,具有精确性强、效率高,是工业制造的未来发展方向。此外,机器视觉易于实现信息集成,其下游应用市场还包括计算机集成制造等。


06
知识森林 AR 交互系统

项目简介

知识森林 AR 交互系统是国家重点研发计划项目“教育大数据分析挖掘技术及其智慧教育示范应用”(2018YFB1004500)支持下完成的成果。该工具把一门课程的知识按照层次化、主题化的形式组织成“树叶-树木-森林”形式,并支持AR交互。采用自然语言处理、图像识别等人工智能技术以及AR/VR技术突破了知识森林自动构建、可视化交互等难题,研制了知识森林AR交互系统。

关键技术:

1、支持文本、图像不同的模态知识碎片。

2、支持知识树自动生成与知识森林自动构建。

3、支持沙盘与知识树两种AR交互场景,并能相互切换。

4、支持认知路径自动规划,实现导航学习避免学习迷航问题。

市场前景及应用: 

本成果在构建新型互联网智慧教育平台方面具有广阔的应用前景。此外,提出的知识森林作为一种教育知识图谱为在线教育中导学、推荐、答疑提供支撑,构建具有智能导学、精准推荐等特征的智慧教育平台。


07
室内定位技术

项目简介

人的大多数活动是在室内,对大型室内场馆或商业及工作场景存在室内定位的巨大需求,但因为室内缺乏卫星信号,需要采用新型的终端定位技术。课题组利用智能手机上集成的WiFi、惯导、加速度传感器、磁力计等多传感器,进行数据融合与挖掘,构建室内无线信号地图,将其与室内布局地图相结合,能够实现移动设备(人手持智能终端)、移动机器人设备在室内的定位、寻迹、跟踪算法,构建了无线信号采集、无线地图生成、众包数据库建立与更新、定位匹配算法、轨迹学习算法等一系列系统模块,通过前期在室内定位技术方面的研究,课题组已经建立起相应的数据采集平台软件、管理中心数据库、定位算法核心库等完整的室内定位软件平台。

技术特点:

1、室内条件下,实地终端实时定位与跟踪测试,定位精度达到2米以内。

2、室外条件下,采用华为5G基站的通信链路的信道信息数据进行定位测试,定位精度可达3.5米左右。

市场前景及应用:

1、商场、机场、车站等人流密集场所:需要高效的人流监控和动线分析手段,以提高运营效率、挖掘商业潜力。

2、工厂:需要实现智能仓储管理、生产过程追踪、自动货物搬运、自动对象加工,达到降本增效目的。

3、矿井和高层建筑:需要在紧急状态下实时定位内部人员。

4、医疗护理机构:需要实时定位护理对象,以提供最及时的医护服务。

5、室内服务机器人、现场工业机器人、无人驾驶车辆:室内定位还是室内服务机器人、现场工业机器人和无人驾驶的必备技术,在一般服务业、、电力及油气巡线、交通运输领域前景广阔。


08
微能量源能量收集系统及其超低功耗片上温度传感

项目简介

可针对不同环境,完成震动能、压电能、摩擦电能、光电能、热能、化学能、风能、电磁能、射频信号能等能量的收集、存储,并根据需要为片上或片外低功耗传感器提供稳定且低噪的输出能量供给。此外,针对不同的传感器结构和类型进一步提供丰富的接口电路,用来读取传感器所产生的感应信号。配合低功耗收发机模块,可实现完整的无线传感节点功能。

产品性能优势:

1、电源管理部分静态电流可低至65nA。

2、整个ASIC功耗(包含温度传感)不足1µW。

3、具有最大功率点追踪。

4、匹配最小16kΩ的厘米级以下压电片。

5、具有能量收集、存储和调整输出功能。

6、提供超低噪声电源供给(10nA-100µA)片上/片外传感器。

7、存储的能量支持ZigBee、Bluetooth等低功耗协议间歇数据传输。

8、构建平均功耗小于5µW的无线传感节点。

市场前景及应用: 

本项目能以超低功耗实现完整无线传感节点,在IoT、环境监测等领域有良好的应用前景和社会经济效益。可解决无线传感节点的环境获能及温度传感(传感信息不局限于温度)。


09
可调谐外腔式半导体激光器

项目简介

半导体激光器由于体积小、效率高、结构简单、便于调谐等优点,在工业、科研以及家电等领域发挥越来越重大作用,已成为重要的基础器件。项目研制和开发了半导体激光器系列产品,主要包括:

1、可调谐外腔半导体激光器

激光器二极管(LD)发出的光经准直透镜后平行入射到外腔闪耀光栅上,经光栅分光得到一级衍射光和零级光。一级衍射光反馈回外腔与有源区光场相互作用,实现压窄线宽、降低噪声目的;零级光经聚焦透镜后作为输出光,调整光栅的角度可实现波长的调谐。产品覆盖从762到795纳米(nm)各种波长,输出功率50~100毫瓦(mW),线宽<500kHz,可用于工业测量、光通信、光信息处理、激光光谱学等。

2、外腔半导体激光器稳频系统

通过调制激光器的外腔、激光管的注入电流等得到激光光谱信号,处理后得到参考谱线中心频率两侧极性相反的稳频误差控制信号,将激光频率锁定在参考谱线中心附近。激光稳频在精密干涉测量、光频标、光通信、激光陀螺及其精密光谱研究等领域中有广泛应用。产品可实现三种激光稳频,将线宽限制在100kHz左右。主要有:

(1)饱和吸收锁——锁峰:产品精度高且易于操作。利用饱和吸收峰将激光器精确锁在某一固定频率上;

(2)FP腔锁——锁峰:产品使用非常方便。通过改变FP腔的腔长实现一定范围的波长扫描;

(3)PID电路锁——锁边:产品简单易用,用于对精度要求不高的锁频应用。

3、外腔半导体激光放大器

放大器可对入射激光进行放大,同时保持注入光的偏振、线宽和波长等物理特性不变。产品输入光功率10mW~50mW,放大倍数13dB,输出功率500mW~1000mW,增益带宽30nm。

产品性能优势:

高精度、高稳定激光器伺服系统,提高了波长调谐范围及缩小了输出线宽。注入电流变化控制在0.001~0.0001毫安量级;温控精度达到±0.01℃~±0.001℃;PZT精密控制实现纳米量级的腔长调谐。高性能的激光器稳频系统,实现频率锁定,将激光线宽限制在100kHz左右。高功率的激光放大系统,实现对762到795纳米特定输出激光的放大,放大后的激光输出功率达到1W。

市场前景及应用: 

项目产品年产值超过500万,形成显著的社会、经济效益


10
油井天然气/氮气实时监测装置

项目简介

与国内外现有的关于天然气混合气体中各种种类的识别以及在线检测设备的技术相比较,该技术选择用多种传感器构造智能传感器阵列的技术手段。以深度学习算法网络为信息辨识计算方法,以FPGA来完成网络算法的硬件实现,最终获得一套智能化天然气混合气体多种气体(包括氮气)在线监测装置。

产品性能优势:

1、甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳、一氧化碳、氮气的检测量程均为0—100%。

2、各种气体检测精度为0.5级。。

3、数据存储和通信可以首先无线通信且手机读取。

4、设备寿命10年。

市场前景及应用: 

可以用于采油厂、矿井、油田等资源开采环境;也可以适用于家居、城市污染检测(烟雾、可燃气体、甲醛、雾霾、空气尘埃等);以及适用于人体健康检测。


11
基于热电材料的无线无源温度传感器

项目简介

本项目提供一种应用于有稳定热源、不方便布设电缆、需长期监测、电池不易更换或者易燃易爆等特定场合温度检测的无线无源温度传感器。基于热电材料的热电型传感器是基于热电材料的热电效应,利用器件内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换。当器件两端存在温差时,热场驱动器件内的载流子定向运动,从而产生温差电流,用于热电型传感器系统的供电。

产品性能优势:

1、传感器尺寸40*40*40mm3目前优于ABB。

2、最小工作温差20℃目标与ABB相当。

传感信号发射距离>8m(空旷条件)目前与ABB相当。

市场前景及应用

按供能方式可以将微型传感器分为两种:有源和无源传感器。前者由于采用电池或电缆供电,传感距离非常远,可采用各种电路,控制处理方便灵活,目前已被广泛应用。然而,对于许多不方便布设电缆、需长期监测、电池不易更换或者易燃易爆等危险场合(如冶金、建材行业中关键设备回转设备温度测量,现场条件复杂,回转设备以一定速度旋转)的应用,必须采用无线无源温度传感器来实现测量。此外,在无线传感器物联网应用中,由于节点数量多和分布范围大,电池更换问题也难以解决。因此,能够自供能的无线无源传感器具有广泛的应用前景,也是目前国内外研究的热点,本项目中基于热电材料的无线无源温度传感器便是其中重要的一员。


12
一种基于压力波的管道泄漏检测技术

项目简介

流体管路输运是工业、农业、城市供排水等领域的关键流程,目前约有50%的地下管道的管龄已超过30年。全国油气输运管道总里程已超过12万公里,到2025年,将达24万公里,绕地球6圈。城市供水管网平均漏失率超过14%,因漏失导致的年损失水量超过60亿m³,折合人民币180亿。西气东输、南水北调、西油东送等资源跨区域管道输运通道建立,油气管道泄漏事故,还将威胁群众生命安全、危害周边环境。目前负压波法检测管道泄漏属于主流,本项目基于压力波的管道泄漏检测技术具有负压波法的优点,同时能够检测出管道的微小泄漏,预测管道发生的畸变,应用性、经济性较好.发生泄漏时,压力波产生器产生的压力波,经过泄漏处发生变化,传感器采集到的压力信号进行幅频分析并与不发生泄漏时的信号进行比较。从而推测出泄露的大致方位。目前团队已经实现工程样机研发,经实测最大测试误差为1.83%,可以满足工程定位要求。

产品性能优势:

1、本项目涉及关键技术

(1)主动式压力波发生器:本项目自主开发的压力波发生器,可以主动产生所需要的压力波信号,并且信号强烈,随时检测管道的泄露和畸变;

(2)小波变换技术:对于含有噪声的负压波信号的奇异点位置,采用小波变换技术精确压力波到达传感器端的时刻,减小定位误差;

(3)经过训练的神经网络:借助反馈型神经网络,开展不同泄漏工况下的网络训练和预测,利用经过训练的神经网络对所选取的泄漏点进行定位预测,提高定位的准确度。

2、产品优势

(1)自主研发的压力波发生器,装置的结构简单,不易受外界条件影响;

(2)本技术的压力波具有负压波的优点,同时信号更加强烈,能够检测出管道的微小泄漏;

(3)预测管道发生的畸变,预报泄漏。

市场前景及应用

该技术主要应用于油气管路、市政工程中供暖、供水管道的检测领域。2014年-2017年,我国仅油气管道新增检测长度年平均增长0.6万公里,现有存量检测长度自2015年起突破10万公里,每年保持约1万公里增速。城市供水管网平均漏失率超过14%,因漏失导致的年损失水量超过60亿m³,折合人民币180亿。

随着国家在油气工程、市政工程逐年投入,以往的管道相继出现老化,市场将持续保持旺盛需求,存量市场规模也将逐步扩大。本项目技术较主流技术不仅可以做到高精度的泄露位点检测,还可以做到泄露位点预测,在技术上占有一定优势,后期推向市场可以该点作为卖点去和已有的技术竞争市场份额。


13
抗类过敏创新药物及检测试剂盒

项目简介

本项目一方面利用自研的具备国际领先水平的高性能气体传感材料,推广其在国内外高校、科研院所与企业的应用;一方面,借助微电子打印与3D打印技术,研发出新型的柔性传感器芯片,推出高通量传感器制备技术与联网数据采集方法,将之用于锂离子动力电池安全联网监控、人类高危疾病的快速筛查监测等国内研制初级领域,率先建立相关行业标准与占据市场高地。通过本项目的实施,有望在柔性电子传感器芯片领域及其在新能源汽车、大健康等应用场景提供成熟服务方案。

产品性能优势:

1、低温电解液性能优势:气体传感器生产企业主要集中在日本,欧洲和美国。气体传感器相关企业有英国城市技术公司(Honeywell)、日本Figaro、英国Alphasense、Dynament等。国内方面,主要的气体传感器企业有汉威科技(股票代码:300007)、天津费加罗(中日合资)等。但是相关新型领域:柔性穿戴、电池安全监测、人体健康检测芯片方面,国内企业较少涉及。

2、相比于传统国内外传感器企业,本项目着眼于柔性穿戴、电池安全、人体大健康等技术领域,背靠这些万亿级市场,研发新型的高效传感材料与器件制造技术。

3、本项目的关键技术点在于:

(1)高性能可宏量制备的纳米材料结构,相比于大多实验室少量合成,本技术提出的纳米材料合成技术具备Kg级水平,结合刷涂或者印刷技术,可制备出千万级纳米传感器;

(2)传感器芯片批量制备技术,申请人前期掌握了MEMS基传感芯片的4-6寸晶圆级制备技术,单个晶圆上芯片可达1000个以上。后续本项目将继续突破材料于器件一体化技术,即发展晶圆级传感器芯片-材料一体化复合器件制造技术,拟通过柔性电子打印机、微电子印刷技术,实现高通量传感器制造技术关口。

基于上述研究,本项目将突破国外企业在柔性穿戴、电池安全监测、人体健康检测芯片的技术限制,研制出低成本、可批量、高性能的穿戴、电池安全预警等传感器,建立人类疾病呼出气体传感快速筛查、气体传感预警电池热失控的行业标准。

市场前景及应用

气体传感器广泛应用于工业、生活的各个领域,如石油、化工、钢铁、冶金、矿山、环保、市政、医疗、食品等诸多领域。近年来,随着互联网与物联网的高速发展,气体传感器在新兴的智能家居、可穿戴设备、智能移动终端等领域的应用突飞猛进,大幅扩展了应用空间,需求量也发生数量级的改变。环保需求日益迫切,加之传感器技术本身的不断发展,正推动环境监测有望成为物联网(IoT)垂直领域中率先落地的亮点应用之一。


14
基于弹性湍流的微通道强化散热技术

项目简介

微流体冷却技术存在单相传热性能相对较差、两相流动不稳定的问题,亟需针对高集成度、高功率电子系统超高热流密度冷却技术开展研究,实现技术突破。微通道散热器比表面积大、热输运能力强、易与高功率电子器件实现集成,已成为最具前景的超高热流散热技术。第一代远端冷板散热技术的散热能力小于100W/cm2,第二代穿透式液冷散热技术的散热能力约为200~400W/cm2,本项目提出基于弹性湍流的嵌入式微通道高效散热技术,可以实现热沉冷却能力≥1000W/cm2,散热器表面温度≤70℃,冷却热流密度相比传统液冷冷板等经典技术提升10倍以上。该技术可突破高功率电子器件散热技术瓶颈,带动高频、高集成、高功率电子器件产业链升级,提升信息技术和智能制造等相关产业核心竞争力,产生显著的经济和生态效益。

性能优势:

1、基于弹性湍流的微通道内微流体高效热技术开发宽温区、自修复且易猝发弹性湍流的“环保型表面活性剂黏弹性流体”作为工作介质,通过微通道构型和微射流等因素猝发非牛顿黏弹性流体弹性失稳,从而形成具有高换热性能的湍流传热。

2、流-固-热-力多要素耦合仿真技术开发准确高效健壮的数值计算方法,形成流-固-热-力多要素耦合仿真技术,揭示温度、热应力和器件性能的耦合关系,为嵌入式微通道散热器的设计提供理论依据。

3、复杂三维供液分流管网一体化集成技术设计微米(微通道散热器)-毫米(基板分流器)-厘米(供液盒体)多尺度复杂三维流体供液分流网络,开发基于热压牺牲层工艺的HTCC/LTCC基板分流器、基于3D打印或多层键合工艺的供液盒体,实现嵌入式微通道散热器、基板分流器和供液盒体的复杂三维供液分流管网一体化集成。

市场前景及应用:

以氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体器件具有高频率、高功率、低损耗以及高抗干扰能力等特点,在激光器、5G射频、光电子以及功率电源等领域具有广阔的应用前景,已成为支撑新一代信息技术和智能制造的“核芯”。2020年中国电力电子和微波射频产值约为70亿元,且每年以超过30%的速度增加,其中,电力电子产业产值达35.35亿元,GaN微波射频产业产值达33.75亿元。本产品的开发将填补国内超高热流密度散热领域的技术空白,将助推GaN基功率器件的性能跨越式提升,为我国占领高功率器件市场创造条件。


15
SiC 漂移阶跃恢复二极管开关

项目简介

SiC漂移阶跃恢复二极管开关(DSRD)是一种半导体开关二极管,一般应用于超宽谱(ultrawideband,简称uwb)脉冲系统,是脉冲功率器件的核心。它具有纳秒级甚至皮秒级的开关时间,具有高效率、高稳定性、重量轻、结构简单等优点,因此在超快脉冲信号源中起到至关重要的作用,因此在高功率微波、超快激光及超快开关领域具有广泛的应用前景。

产品性能优势:

关键技术包括开关绝缘处理、开关损伤抑制、开关散热优化等。可承受10kv以上电压,开关时间小于200ps,寿命大于10的7次方、工作频率20khz、功率40GW以上。

市场前景及应用:

该技术在高功率微波、超快激光及超快开关领域具有广泛的应用前景。在民用领域主要应用在超快激光器和大功率脉冲(医用领域),这两个领域在国内还处于起步阶段。2020年我国超快激光器市场规模已达27亿元,同比增长10.2%。随着消费电子、新型显示、生物医疗、3D打印、高端装备、生物医疗等新应用的发展,精密加工、生物医疗在未来仍有较大的发展空间。


16
超高真空离子辅助原子级界面低温键合系统

项目简介

随着功率电子器件、集成电路芯片及新型光电集成芯片的发展,纳米集成与封装、异构集成成为当前的研究热点之一。本产品主要应用于功率电子器件、集成电路芯片及新型光电集成芯片的纳米集成、电子封装和异构集成,克服了传统芯片键合中的中间键合层(TIM)太厚(微米级)所导致的界面热阻过大、热应力集中和集成度降低等弊端,从而影响功率电子器件与集成电路芯片性能的发挥。

本项目采用超高真空环境,避免了环境因素对键合界面的影响;采用离子辅助表面清洁与原子层沉积技术相结合,从而实现原子级界面键合,使得界面键合层从微米级降到纳米级,从而大幅降低了异构集成器件的界面热阻和热应力集中,提高了系统集成度和性能(输出功率、更高的工作频率、可靠性)。可以实现半导体与半导体、金属与半导体、金属与非金属的键合。本设备系统主要包括超高真空系统、样品传递系统、样片离子清洁系统和原子级键合系统,同时可以集成其他表面测试系统对键合界面进行原位表征。

产品性能优势:

晶圆键合技术已广泛应用到微电子、光电子和微机械等领域。目前已经制备出可见光LED、长波长激光器、Si基InGaAs雪崩光电二极管、谐振腔型探测器等众多高性能的光子器件以及MOEMS器件、OEIC、集成光隔离器、高效太阳能电池等光电子器件。上述器件同样也可以通过低温晶片键合技术来制备。优势在功率半导体、光电集成芯片的键合,比如汽车芯片、通信模块(5G\6G)等明显。

市场前景及应用:

2020年中国半导体设备(56家)在全球市场占有率仅为5.2%,在中国大陆市场占有率也只有17.3%,与2019年基本相同。市场研究公司的数据,预计2026年,全球晶圆键合机市场规模将达到约35亿美元。其中,亚太地区是晶圆键合机市场的主要增长驱动力,占据了市场份额的最大比例。全球范围内,晶圆永久键合机核心厂商主要包括EV Group、SUSS MicroTec、Tokyo Electron、AML和Mitsubishi等。


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水-气共容储/释能的高效压缩空气储能系统

项目简介

传统的抽水蓄能存在需要特殊的地质条件、推广应用受到限制、需要充沛水源、不适合干旱缺水地区、储能密度较低、对所在区域的生态环境有影响等缺点;传统的CAES(压缩空气储能系统电站)存在需要消耗大量的化石类燃料,系统经济型不好、储能时压缩空气过程中存在热交换、释能时外热源加热、CAES的能量转化效率与其他储能系统相比有些低等特点。本系统提出无水坝抽水蓄能模型,兼收压缩空气储能技术和抽水蓄能技术的优点,摒弃二者缺点,实现热能和压力能的梯级利用。

产品性能优势:

无水坝抽水蓄能系统的主要优势有:结构简单;储能与发电过程无冷却和加热;储能规模可大可小;初期投资少;绿色无污染;受地理环境制约小。本系统的创新点有:

1、发明了新型高效压缩空气储能系统,兼收抽水蓄能和CAES优点,实现能量分类梯级利用。

2、高负荷高效率、宽工况速度式透平机械的设计理论与调控技术提出动/静部件与变转速联合调节的理论与方法,提出速度式空气透平膨胀机的滑压调节与控制方法。

3、高效紧凑式超临界空气蓄热/换热器设计理论,优化了蓄热器结构、材料热物性及流动参数,采用传热过程强化与热量耗散有效控制的设计方法。

市场前景及应用:

1、风场、太阳能发电站,将随机性、间歇性的能源进行存储,以适应用户的需求。

2、核电站、电网,提高核电站、电网的响应速度,削峰填谷,满足电网的波动。


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固体氧化物燃料电池分布式储能与发电新技术

项目简介

韩国、日本、德国之后,中国有望将氢能提升为国家战略的高度,固体氧化物燃料电池(SOFC)是氢能发电的最高效利用方式,固体氧化物电解池(SOEC)是电解水制氢储能的高效电解方式。SOFC不仅可以采用氢气发电,还可以采用甲醇或传统化石能源发电。基于天然气SOFC联合循环的发电效率超过70%。未来SOC将会引领能源、化工与汽车领域的变革性发展。基于中国“双碳”目标实现的挑战,SOFC有望在分布式发电系统中得到广泛应用,并具有在汽车、船舶领域内替代质子膜燃料电池与锂电池作为主动力源的趋势。西安交大历经20余年的研究,掌握了从SOFC关键材料及电堆的核心制备技术,完成了实验室对单电池与kW级电堆的测试与评估。目前想转化的SOFC项目主要依托国家重点研发计划(2021YFB4001400)“管式固体氧化物燃料电池发电单元及电堆关键技术”。

关键技术:

能源来源和存在形式变得更加广泛。SOFC可以采用烷烃、生物质、醇类、氨等为原料,也可采用煤制气、煤层气、工业副产气等为原料,促使传统化石能源转化效率提升,降低二氧化碳排放;金属支撑SOFC的金属基体具有高的热导率和热冲击性能,提供了快速起停的可能性,将传统的陶瓷支撑型SOFC的启动时间从几十小时缩短到数分钟,从而有望应用于车载电源,并在船舶、无人机等领域进行推广。

市场前景及应用:

金属支撑SOFC自密封结构可承受一定的非平衡压差,有望在大型发电领域应用,如煤气化与燃料电池技术的耦合(IGFC),整体发电效率有望突破57%,从而提升发电效率,降低煤炭使用,大幅消减碳排放。金属支撑SOFC启停速度快,鲁棒性远高于传统结构SOFC,使其在车辆及船舶动力或辅助电源领域的应用成为可能。金属支撑SOEC与金属支撑SOFC优点类似,同样具有响应速度快、启停次数多、允许非平衡气压、鲁棒性好等特点,不但适用于波动的可再生能源电力,同时可与我国发达的工业装置深度耦合,即可再生能源电力通过电网输配、SOEC工业园现场制氢、绿氢供工业生产消费、工业余热与SOEC耦合。


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煤炭深加工制备高品质锂离子电池负极

项目简介

兰炭也称半焦碳,以低变质煤为原料在隔绝空气的情况采用低温干馏技术生产的一种固体产品。它是一种较为硬而脆的煤种,在兰炭生产过程中,小于3mm的兰炭粉末约占总质量的10%,这部分兰炭粉(半焦)是用廉价的末煤干馏而成,成本较块煤降低近20%。因其粒度小,不符合生产工艺要求,只能被当作低级燃料廉价处理或被弃置于河道或地头。这不仅造成大量能源浪费,限制兰炭的经济效益,而且对环境造成严重污染。将兰炭经过改性后加工制作成高品质碳材料,如锂离子电池负极或者活性碳等,延长兰炭产业链,变废为宝。

产品性能优势:

1、原始材料基本无成本,通常作为废料处理。

2、催化剂有效催化兰炭石墨化,人工石墨品质高,催化剂成本低。

3、人工石墨容量高,循环性能好,可作为高品质动力电池使用。国内某知名锂离子电池负极生产企业将容量大于350mAh/g的负极定位在高端产品,在1C下循环500次,其容量保持率为85%。

4、本项目产品在0.1C电流密度下,比容量可以达到361mAh/g;经过0.5C与0.1C交替300次循环后,其容量保持率接近100%。0.5C电流密度下循环300次,容量为337mAh/g;1C电流密度循环300次,容量为314mAh/g,保持率接近100%。

5、长循环寿命测试显示,高端商业负极在1C充放电条件下,800次循环后容量保持率低于85%。而兰炭基负极材料在0.5C充放电条件下,900次循环后容量保持率高于95%。

6、人工石墨利润高;高品质人造石墨可以达到4-6万/吨,甚至可达到10万/吨,而初步估计生产兰炭负极成本低于2万元/吨。利润空间巨大。

市场前景及应用:

在碳中和大背景下,目前我们的工作也延伸到无烟煤等碳基材料,也展示出非常优异的性能。0.05C电流密度下容量可以达到390mAh/g,而且具有非常好的稳定性。因此,本项目原材料选择面广、成本低、利润大。


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高容量、低成本锂离子电池用硅-碳负极材料

项目简介

目前使用的石墨类伏击材料容量低,无法满足高能量密度的需求。该项目通过为动力电池厂商提供高性能硅碳负极及其他负极材料,以提高纯电动汽车的续航里程2倍以上。硅负极材料具有极高的理论容量(~4200mAh/g),其容量是现有商业化的石墨负极的10多倍。但其充放电过程中产生的大体积膨胀(~400%)会严重影响其循环寿命。

技术优势:

我们团队经过数年研究,提出“清矽硅碳”使普通微米硅粉进行包覆“均匀+可控”功能层的工艺过程实现“性能+成本”的最优产业升级。美国能源部高度评价了该项研究成果(2015年仅有2项研究成果受此殊荣)。

市场前景及应用:

该产品在以电动汽车为代表的动力电池和消费型电子产品中均有着广泛的应用前景。作为新一代高能量密度锂离子电池负极材料,极其发展潜力。2018年3月,已于多氟多公司开展合作。该项目还可利用多晶硅太阳能生产过程中产生的废料(如加工多晶硅过程中切割产生的微米硅粉,硅块)为初始原料来制备高附加值硅-碳负极材料,为多晶硅产业的升级转型带来了新的发展机遇。


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高性能动力电池高镍系三元正极材料

项目简介

动力锂离子电池在社会生产和生活中具有广泛的应用,比如新能源汽车。发展高能量动力锂离子电池关键之一就是发展具备高储能能力的正极电极材料。高镍系镍钴锰酸锂LiNixCoyMnzO2(NCM)具有高的储能容量(>200mAh/g)、高的工作电压和理论能量密度(800Wh/kg),能够满足单体电池能量密度的要求,是当前重点研究对象。

技术优势:

本项目成功发展高镍系三元正极材料,包括两个类别即NCM-1和NCM-2。NCM-1展示了优异的电化学性能,在2.7-4.5V工作电压区间和0.1C倍率下放电比容量大约210mAh/g;当倍率增加到5C时,放电比容量依然可以达到150mAh/g;在0.5C倍率下,经过100次充放电循环后,其容量保持率在95%以上。NCM-2放点比容量较低,但是稳定性能更优,该系列高镍系三元正极材料具有高的克比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。同时,该系列产品采用目前工业化制备方法,便于推广。

市场前景及应用:

2018年中国锂电正极材料市场总产值达540亿元,其中三元正极材料占比最大,达258亿,总占比48%。受新能源汽车动力电池需求持续拉动和补贴政策与电池能量密度挂钩等刺激下,促使三元正极材料市场需求量大幅提升。目前,只有高镍三元正极材料电池满足国家新能源汽车最高补贴标准,所以该类型正极材料市场前景广阔。


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锂电池组监控芯片

项目简介

电池管理系统的重要在于,它可以保证锂电池的安全充放电:防止过充、过放引起的爆炸和燃烧;可以监控电池剩余电量、续航里程、电池电压、工作温度等信息;有助于延长电池组的使用寿命,降低汽车使用成本。本项目中的锂电池组监控芯片是用锂电池供电的产品中不可或缺的芯片,能够完成电池组中单体电池的电压监控、温度监控和电量均衡等功能。

技术优势:

该芯片包括一个12位ADC、高精度的电压基准、高压多路选择器和与片外CPU通信的接口。芯片最多可以管理12节锂电池串联而成的电池系统。电压测量精度为1mV、12节电池的测量时间小于20ms,测量时的功耗小于1mA,待机功耗小于50uA。芯片还提供串行电流通信模式,可以实现多个芯片的串联通信,从而可用多个芯片完成数百伏电池组的管理。核心监控芯片主要功能和性能:

1、12节串联电池组监控,单芯片最高工作电压60V,最多16个芯片串联,管理整个汽车电池系统。

2、单体电池电压测量(误差小于3mV)。

3、电池组电压测量时间12ms。

4、多芯片菊链串联通信(400V)。

5、电池电量均衡控制。

6、多个温度检测点。

7、过压过流保护。

8、工作温度-45~135℃。

市场前景及应用:

适用于电动汽车和油电混合动力汽车、电动自行车、摩托车、单脚滑行车、高功率便携式设备、后备电池系统。


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新型可逆能源互联器件关键技术与装置

项目简介

本项目基于RSOC的多功能化特点,拟结合更前沿的技术,提供千瓦级RSOC“电-气”互联设备。包括千瓦级RSOC电堆、设备运行平台、软件控制系统以及数据记录和分析系统三个部分。硬件部分包含电子负载、外部电源、通讯设备、供气管路、气体净化器、气体控制模块、高温电炉、水蒸气发生器、冷凝器、空气压缩机等。软件部分主要包括气体流量控制及监测、电子负载控制模块、电源控制模块等。实现在同一设备既能发电且又能产化学品储能的功能,即电能和化学能之间的自由转换,并通过集成热电联产,提高了能源综合利用效率,是家庭用户或微电网能源供给的趋势之一。

技术优势:

该项目使用新型的可逆固体氧化物电池技术,实现电力和化学品气体能源之间的高效转换和互联互通,可解决目前能源行业中存在的一些问题:

1、“电-气”间的互联互通只需要RSOC一台设备,且能实现“电-气-热”间的联产联供,简化了系统的复杂度,降低了成本。一般情况下电转起和气转电需要多台设备才能实现,导致系统复杂和成本较高。

2、大幅提升能源转化效率。正常情况下,利用燃气轮机实现“气转电”,其效率不超过40%,而RSOC的发电效率能达到55%以上,且能够热电联产,综合能效可以达到75%以上。目前实现“电转气”的电解槽目前的效率一般为60%左右,而RSOC在电解模式下可以达到90%以上的电解效率。

3、RSOC设备由多个子系统组装而成,系统扩展性较强,额定功率在数百瓦到数十兆瓦不等,在不同规模的能源系统中均可应用。

4、发电、电解交替进行,从运行方式上即可自行解决燃料电池使用烃类燃料发电带来的碳沉积问题,因此RSOC技术非常适合在能源互联行业应用。

市场前景及应用:

近年来,固体氧化物燃料电池(SOFC)相关的技术商业化进程加快,对SOFC的研究投入逐步加大,已有多家公司推出了商业化产品,更多的公司和机构已经开展了SOFC的产品研发工作,系统的单位造价正持续降低,也为RSOC设备的大规模推广提供了成本方面的优势。在RSOC系统开发方面,目前美国波音、德国Sunfire公司有示范性的项目,已经具备商业化推广的前景。截止目前,我们国家在RSOC设备领域还尚处于空白,且国外在该领域实施了严格的技术封锁。因此,提升RSOC的相关技术,突破RSOC的商业化推广瓶颈,对我国抢占能源互联设备行业至关重要。本项目成果应用主要表现在,可利用新型、高效的RSOC系统应用于大规模新能源电力消纳,实现不同能源高效的转换和互联。


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工业机器人高精高效加工配套智能主轴

项目简介

本项目针对航天舱体、飞机蒙皮、舰船螺旋桨叶片等大型复杂零件高精高效加工难题,研制与工业机器人相配套的智能主轴。主轴转速达20000r/min,径向跳动和轴向跳动小于3μm,动平衡精度G0.4。该智能主轴具备多传感信息感知、加工状态在线监测、异常辨识与自诊断、振动主动控制等功能模块,适用于铣削、钻削和磨削等加工,实现铣削轨迹精度和制孔定位精度均在0.3mm以内。

技术优势:

1、智能主轴高刚性、轻质量设计技术

作为工业机器人末端执行器的智能主轴,高刚性、轻质量是其设计目标。在智能主轴动力学建模研究基础上,以减少主轴的动静态变形和提高主轴固有频率为目标,通过优化主轴轴承跨距、轴径、轴承预紧等参数,提高主轴刚性20%以上,质量减小15%。

2、智能主轴多源信息精确感知与数据获取技术

智能主轴振动、切削力、温度等多源信息采集的难点在于狭小空间限制和高速旋转部件状态的直接感知与传输。提出柔性复合传感器(厚度小于2mm,测振带宽不低于20kHz,芯片面积小于5mm5mm,无线供电与传输等)制备方法,实现振动、切削力、温度等信号的集成感知。

3、智能主轴信号处理与加工异常状态辨识技术

融合现有传感器及柔性传感多源信息,提出稀疏监测指标构建新方法,构建时频域、阶次域、能量域内的早期异常预警指标,利用深度迁移学习缩小主轴不同运行工况、不同健康状态表征的差异性,对主轴在加工中颤振、尺寸超差、刀具破损等异常状态进行准确辨识,实现复杂多变工况下加工异常状态监测的漏报率和误报率不高于10%。

4、智能主轴误差补偿与振动主动控制技术

研究控制器、作动器、主轴、切削过程之间的耦合关系,建立智能主轴切削颤振闭环控制系统,实现时变动态特性影响下智能主轴高速高效加工颤振的主动控制。将在线测量的切削力作为机器人结构刚度模型的输入,精确计算机器人末端位姿误差并补偿,实现铣削轨迹精度和制孔定位误差小于0.3mm。

市场前景及应用:

本项目研制的工业机器人配套智能主轴面向航天舱体、飞机蒙皮、舰船螺旋桨叶片等大型复杂零件高精高效加工。目前,这类大型复杂零件的加工主要依靠大型高性能多轴数控机床完成。大型精密机床非常昂贵,每台价格通常需要千万人民币,而且加工模式固定、配置复杂,通常不具备柔性和并行加工能力,也不具备可重构性,难以形成加工-测量一体化系统。工业机器人将逐步成为大型复杂零件加工的主要手段。2020年,我国工业机器人运营库存增长了21%,累计安装量超过80万台,新安装量超全球新安装总量的三分之一。全球加工领域机器人约为5万台左右,并连续两年保持超过7%的增长率不断增加。目前工业机器人在机械加工应用中多限于切边、去毛刺等轻载、精度要求不高的场合,鲜有应用于高精高效加工。本项目产品将在商用标准工业机器人的基础上,通过对主轴的智能化升级换代,解决工业机器人低精度、弱刚性与大型复杂零件高精高效加工之间的矛盾,具有广阔的应用和市场前景。


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基于物联网技术的工业设备智能应用平台

项目简介

基于物联网技术的工业设备智能应用平台(以下简称平台)以物联网M2M(MachinetoMachine/Man)技术为核心,实现以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用和服务。平台对M2M的“智能化机器、M2M硬件、通信网络、中间件和应用”五个关键部分进行架构,实现对工业设备如压缩机、鼓风机、发电机等的智能监控、节能管理和网络化管理服务。本项目在已有技术条件下,研究开发具有自主产权的工业物联网应用技术,构建面向制造企业的多主体按需使用的云服务平台,形成支持云服务平台的运行和使用的标准规范,推动工业企业服务模式的创新,促进生产型企业向服务型企业转型。

技术优势:

1、M2M硬件装置。

2、通信网络协议。

3、中间件架构技术。

4、物联网组网技术。

5、应用层构架技术。

6、应用层分布式框架技术。

7、物联网数据服务器系统技术。

8、多种网络融合技术。

针对工业设备的物联网应用:

1、各行业设备的远程通讯改造技术。

2、设备监控新技术方法。

3、针对设备的优化控制方法。

4、基于物联网技术的服务与管理新方法。

创新性:

1、链路、业务和应用层功能模块化,利于系统共性的提炼,每个功能层次只做简单修改就可进行不同行业应用的移植。

2、软件模块“积木化”,对不同需求可以量身定制。

3、专家知识库系统,对被监控设备进行故障诊断和预测。

4、提供集成的数据接口,利于深层次的数据仓库应用,如优化控制,机器“健康分析”等。

5、设备监控可高度定制,能按需定义需要监控的设备、检测项,以及相关的其他监控元数据。连通链路之后,系统会根据定义的监控元数据对数据进行解析、存储和展示。

6、高可伸缩性架构,可按需扩展需要接入系统的监控设备台数;海量数据存储。

7、与智能手机的结合,用户可随时随地了解监控设备状态,获取设备的报警信息;同时,通过智能手机,用户可在移动终端上完成业务请求。

市场前景及应用:

可广泛的应用于各种工业设备领域,如压缩机、冷冻机、鼓风机、水泵、发电机、磨粉机等的智能监控、节能管理和网络化管理服务,市场前景广阔。


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高压输电线智能巡检排异物机器人

项目简介

目前我国500kV超高压线路己经发展到12.2万km以上。由于高压输电线路时常会悬挂有各种异物,如不及时进行处理,将会威胁线路的安全运行,造成极大的经济损失。目前高压输电线路清除异物仍主要是采用人工作业方式,这种原始的方法危险性大、成本高,劳动强度大、受线路环境制约。该团队成功设计了一款能够巡线、排除异物的机器人,安全性高、适应性强、成本低、效率高,具有广泛的应用前景。

技术优势:

1、单双线设计采用单线/双线两种设计,以适应不同线路对线路路数、重量、体积等要求。

2、自动越障合理设计行走轮以及张紧轮,平稳翻阅间隔棒和防震锤。

3、多功能除障机械臂、砂轮、刀片的联合控制,实现对障碍物的抓取、切割和去除。

4、远程遥控基于手机APP的远程遥控,从地面即可实现对机器人的远程操作,方便且安全。

5、视频传输远程实现视频传输与监控,方便观察输电线路实际情况,采取相应措施。

市场前景及应用:

国内目前成熟的智能清障巡线机器人较少,技术并不成熟;且高压线巡线清障的难度大,危险程度高。截至2015年底,国家电网公司经营区域110千伏及以上输电线路长度约66.23万公里,其中220千伏及以上线路长度32.06万公里。它是我国电力系统的主网架。按照平均每10公里引进1个高压输电线路巡检机器人,每个巡检机器人初步价格10万元计算,市场空间近70亿元,潜力巨大。


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高能量长续航轻质氢燃料电池无人机动力系统

项目简介

动力技术作为无人机的“心脏”,直接影响无人机的性能、成本和可靠性,现阶段使用比较多的测绘无人机基本需要满足:长续航时间、低振动、大载重负荷等要求,传统的内燃机动力系统能量密度高、载重能力较强,但震动大,锂离子电池动力系统安静稳定,能量转化率高,但能量密度较低。本项目开发了一种氢燃料电池系统,能量密度可达到2000Wh/kg,安静稳定,载重能力强,利用新型储氢技术,满足实现无人机长续航的需求。

技术优势:

1、通过半导体制冷和超疏水表面技术,回收电池尾气和空气中丰富的水分,进行自身水循环的同时,实现“空中补水”。

2、轻质固态储氢材料通过水解反应,条件温和,储氢量高(以MgH2为例可达15wt.%),远超美国DOE标准,相较于水有效储能5.5wt.%,大幅降低系统能量密度。

市场前景及应用:

适用于电动汽车和油电混合动力汽车、电动自行车、摩托车、单脚滑行车、高功率便携式设备、后备电池系统。


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无油双螺杆压缩机技术

项目简介

本项目重点开发与无油水润滑螺杆压缩机、无油干式螺杆压缩机及无油双螺杆真空泵设计制造技术。完全满足食品、饮料、医药、精细化工以及与之相关的包装、纺织、电子制造、汽车、空分等行业需要纯净无油压缩空气的行业。

本项目研究采用最新螺杆压缩机设计理论与关键技术开发出专门针对水润滑螺杆压缩机转子型线的优化研究,可实现转子间驱动啮合时形成很好的水膜密封与润滑条件,既可以减少压缩腔内泄漏又可以降低摩擦功耗,从而可以整体提高水润滑无油螺杆压缩机的产气量,同时降低能耗与振动噪音水平。在前述型线开发的基础上,开发转子型线加工刀具刃形。可以显著提高水润滑螺杆压缩机性能参数。

项目可实现无油螺杆转子、滑动轴承及螺杆压缩机主机三大类产品批量生产加工,项目技术创新明显、技术难度高,所采取的转子压铸与精加工、水润滑滑动轴承设计技术、水润滑螺杆压缩机主机具有巨大的市场,可以引领我国无油压缩机技术与设备研发和产业化,促进我国节能减排和产品质量的提升,达到国际领先水平。

技术优势:

1、高效节能:用水取代油,实现润滑、冷却、密封、降噪四大功效。压缩过程中水的介入,可实现对齿顶间隙、啮合间隙和端面间隙等泄漏通道的密封,排气量可比同等大小的干式无油空气压缩机提升25%~30%。由于不存在油乳化的风险,可以通过调节喷入的水量和水温严格控制压缩过程的温升,使压缩机内部工作过程接近效率最高的等温压缩。

2、100%无油:采用国际领先的无油双螺杆压缩机技术,各部件完全没有润滑油存在,确保100%无油,提供最可靠的无油压缩空气解决方案。

3、绿色环保:压缩机使用饮用水标准的纯水润滑,并采用高性能反渗透膜水过滤器,确保润滑水保持干净且导电率低。排气中冷凝或者吸附出来的水分不需要任何特殊处理,可以收集循环使用也可直接排放,不会对环境造成任何有害污染。压缩机所有零配件均采用经过特殊工艺处理的环保材质,包括垫片也是陶瓷、碳纤维等新型环保材料。

4、后端附属设备少:理论上讲,当20℃的空气以绝热过程压缩至0.8MPa,由于没有冷却介质,排出的空气将高于275℃。相比干式无油螺杆空气压缩机,水润滑无油螺杆空气压缩机内部工作腔有水的介入,冷却水吸收了空气压缩过程中产生的绝大部分热量,单级压缩便可实现高的压力比,而且排气温度很低,通常只比环境温度高10℃,可以不需要后冷却器直接进入用气终端或者干燥装置,具有结构紧凑、后端附属设备少的优点。

5、安全性高:不使用润滑油,主机喷水冷却温度低,不会发生油乳化、油炭化和局部过热等影响机器安全性的问题。

6、运转平稳、噪音低:水润滑无油螺杆空气压缩机采用电机直联,没有传送带或者传统喷水冷却螺杆空气压缩机的同步齿轮等产生额外损耗的中间传动部件,在节省成本的同时也使得运转更加平稳。此外,工作腔内的冷却水还能起到降噪作用,相比干式无油螺杆空气压缩机,转速较低,机器的振动噪音很低。

7、维保费用低:水润滑无油螺杆空气压缩机100%无油,维保时只需更换水过滤器、空气过滤器和纯净水等基本耗材,无需润滑油的添加和更换,没有油过滤器的消耗,没有为降低含油量而增加的除油过滤器,没有油气分离器芯(多级)的消耗,管路上不需额外的多级过滤器等,所以设备的运行和维保费用低。

市场前景及应用:

项目完成后本项目产品能在全国范围内进行推广应用,以目前我国食品、医药、纺织和精细化工需求计算,仅水润滑无油螺杆压缩机就有50多亿的市场,加上压缩机减振降噪与化工无油螺杆压缩机的市场至少有数百亿的市场,因而本项目的实施将会提高我国产品制造的水平和国际竞争力,减少我国制造业对高性能无油压缩机的缺陷,同时降低常规压缩机高能耗所产生的电费与维护保养费用。


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车用燃料电池螺杆压缩机技术

项目简介

空气压缩机为燃料电池提供电化学反应所需要的氧气。将空气压缩到一定压力(通常在1.3~3.2bar范围内),有助于提高电堆的功率密度,是燃料电池汽车降低成本、实现轻量化的重要技术手段。为了满足燃料电池最高功率,空气压缩机应保证足够的流量,根据估算,100kW的电堆功率大约需要300Nm3·h-1的空气。除了保证一定的压力和流量外,燃料电池车用空气压缩机还需要满足其他要求,包括压缩气体绝对无油,以防止催化剂中毒;压缩效率高,减少压缩气体需要的额外能耗;能对启停、加速、刹车、制冷、供热等各种工况变化做出准确、快速响应,具有良好的工况适应性;在极端工况和气候条件下,具有良好的可靠性和长久的寿命,且维护简便;结构紧凑,体积小,重量轻。对效率、可靠性、工况与环境的适应性、体积与重量等指标的综合要求,特别是对压缩气体绝对无油的严格限制,使得燃料电池车用空气压缩机的产品研发及其产业化存在不可忽视的技术挑战。

技术优势:

1、无油。燃料电池反应堆中的质子交换膜需要工作在无油条件下,否则将会引起质子交换膜失效,因此需要作为氧化剂的压缩空气中不能含有任何油成分。这就限制了很多工业用空气压缩机在燃料电池空气压缩机中的应用,因为很多工业用空气压缩机中或是使用了供油轴承,或是使用了喷油方式对压缩空气进行冷却。

2、高效。由于燃料电池反应堆和空气压缩机之间能量相互关系,相关研究表明,燃料电池发动机输出功率的20~30%被用于空气压缩机,使其成为了除驱动电机之外最大的耗能单元,若压缩机占用较多的输出电能,必然会减少汽车的驱动功率,从而影响整车性能。

3、小型化和低成本。空气压缩机会作为燃料电池发动机的一部分被安装到燃料电池电动汽车上,在车载平台上,过大的空气压缩机会占据了大量的空间,从而影响到乘员乘坐舒适性和可装载货物数量;较大质量增加了整车惯性,会在很大程度上影响汽车的启动性能和制动性能。不同输出功率的燃料电池反应堆所需要的压缩空气质量流量具有较大差别,50kw燃料电池反应堆需要最大空气质量流量为95g/s(4.5m3/min),l00kw燃料电池需要155g/s(7.3m3/min)的空气流量,同时要求压缩机体积在40L以内,质量在30kg以下。

4、低噪声。空气压缩机所产生的噪音是燃料电池系统最大的噪声源之一,为提升整车运行过程中的舒适性,压缩机的振动噪音需得到有效抑制。

5、良好的动态响应能力。当需求功率发生变化时,空气流量和压力需无延迟地进行调整,以匹配输出功率的变化。

市场前景及应用:

目前,我国已初步掌握了氢能汽车在电池电堆、关键材料、氢能基础设施等方面的核心技术,基本建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台,在分布式能源、移动通信基站及城市客运、物流等商用车型展开了规模化示范运行,开启了中国燃料电池汽车商业化的进程。本项目产品作为燃料电磁系统核心零部件,具有广泛地应用前景。


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水润滑单螺杆压缩机产品及技术

项目简介

传统的单螺杆产品鉴于其啮合型线都为单直线型线,在长期运行中星轮磨损快,排气量下降明显,不具备市场竞争力。未来的压缩机必然朝着高效、高可靠、低噪声、低振动、低成本的无油化方向发展。大量的应用表明,水润滑单螺杆压缩机是今后发展最具优势的产品。

技术优势:

1、多直线和多圆柱复合包络型线无油螺杆压缩机,整体采用滑动轴承,降低了轴承负载,延长压缩机使用寿命。润滑系统密封方案先进,密封性能良好,提高了压缩机容积效率。同时确保压缩腔体内无泄漏,并持续稳定提供100%无油高品质压缩空气,可应用于生物医药、食品饮料、精细化工、精密电子等行业。

2、先进的润滑技术,可形成理想的流体动力润滑,实现了啮合副的悬浮啮合,确保主机无磨损,同时解决了传统主机排气高压端温度高等问题,实现真正意义上低于50℃的等温压缩。

3、在水系统中采用先进的过滤装置,以及全方位的压差检测保护装置,有效的降低了润滑水过滤阻力,减少压降,同时实时监测压差变化,智能判断对主机影响,保障润滑水纯净度及合理的流量、流速。

4、水润滑螺杆空压机节省了润滑油和油过滤器及油气分离芯等消耗,可减少后期保养维护费用,降低的压缩机运行成本。同时水润滑螺杆空压机比干式螺杆空压机节能15%以上。

市场前景及应用:

水润滑单螺杆产品成本是无油或水润滑双螺杆产品的三分之一到五分之一左右。能效比显著高于油润滑的单、双螺杆空压机。水润滑单螺杆的多圆柱型线实现了水悬浮啮合而不磨损,与传统单螺杆性能有天壤之别,单螺杆转子的加工通过精密铸造、以及高速铣削、或磨削等来实现。


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车齿刀数字化设计与加工

项目简介

当前国内外圆柱齿轮的加工方法主要以滚齿、插齿、铣齿、拉齿为主,然而对于内齿轮的加工,现有齿轮加工方法已无法满足其高精度、高效率、绿色环保的加工需求。车齿技术可用于加工内外圆柱齿轮,尤其适用于小模数内齿轮的加工,具有加工精度高、效率高、成本低等一系列优点。目前车齿原理、车齿刀设计、数控车齿机床等方面的研究已经取得一些进展,可是距离工程实际要求还有一定距离。车齿刀作为车齿工艺系统的重要组成部分,其设计理论是推动车齿技术的重要因素。车齿加工误差与工件齿面加工精度的高低有着直接关联,对于加工误差的研究将有助于提高车齿加工精度,对于车齿技术的推广有着直接影响。利用计算机仿真技术和计算机图形学技术,对齿轮刀具加工齿轮和形成齿廓的过程进行动态图形仿真有助于提升刀具设计与加工水平。

技术优势:

针对车齿(PowerSkiving)的两类基本几何问题——[正]加工廓形仿真和[逆]切削刃曲线计算,进行基于离散数值包络的软件工具计算、仿真(基于VS-C#开发)。

核心技术:

1、廓形仿真过程在软件中输入刀具参数/导入切削刃曲线、工件参数、安装参数以及计算参数等,通过计算得到切削刃相对工件轴截面交线族,进而计算得到切削刃扫掠体、加工齿槽侧面以及齿槽面展成切触点曲线三维轮廓,利用软件导出工件轴截面齿槽切削廓形。

2、切削刃曲线计算在软件中输入刀具参数、工件参数/导入齿槽廓形、安装参数以及计算参数,计算工件齿面相对刀具前刀面交线族、刀具前刀面交线族包络廓形,得到齿槽面展成切触点曲线性,导出切削刃廓型曲线。

3、切削过程仿真分析通过多切削工步参数输入以及刀齿侧面干涉分析,实现了车齿刀切削刃曲线的参数化计算与多工步切削过程几何状态参数的图谱分析,解决了车齿刀关键几何刃型的自主设计能力短板,提升了面向刀具切削性能的数字化分析与优化设计能力。

市场前景及应用:

根据中国机床工具工业协会统计数据,2021年我国刀具市场总消费规模约为477亿元,进口刀具规模为138亿元。而绝大部分是现代制造业所需的高端刀具。且2021年进口刀具占总消费的比重已从2016年的37.2%下降至28.9%。而这表明我国数控刀具的自给能力在逐步增强,进口替代速度加快。


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液体食品非热杀菌保鲜技术

项目简介

本项目利用脉冲电场对果汁进行灭菌保鲜处理。在外加电场的作用下,细胞会产生跨膜电势,跨膜电势挤压细胞膜,使得细胞膜厚度减小。当超过临界值时,细胞膜会产生崩解,形成小孔。由于细胞具有自我修复能力,当这些小孔面积较小时,细胞能自动修复这些小孔,这些小孔是可逆小孔。但随着电场强度增加,或者随着作用时间增长,细胞崩解面积大到细胞难以自愈,此时的击穿不可逆,细胞内容物外泄,导致细胞死亡,达到灭菌目的。

面对传统热力杀菌伴随的饮品营养损失严重、品质低,等行业瓶颈问题,本项目基于脉冲电场和低温等离子体,研发了协同非热杀菌装置。设计专门的处理装备,针对不同种类和参数的电场技术对非热杀菌效果进行优化处理,避免了传统热力和化学杀菌技术带来的问题,实现高效杀菌的同时,最大程度地保留果蔬的营养成分,为非热杀菌保鲜技术的跨越式变革提供助力。

技术优势:

项目主要对标目前炙手可热的“巴氏杀菌”,分别从以下三个方面具有明显优势。

1、灭菌效果:巴氏灭菌只可以对牛奶中的原生菌进行杀灭,仍残留部分的耐热细菌及芽孢,因此只能在2-6℃的温度下保存,且只能保存2-7天,这是目前巴氏杀菌所面临的最大短板。但是脉冲电场利用高压电场所引起的细胞形变,进一步导致细胞死亡,可以在50摄氏度以下的环境中,达到99.99%的灭菌效率,且不仅可以杀灭原生菌,对耐热菌以及芽孢同样具有较好的灭菌效果。

2、营养保留:脉冲电场灭菌技术作为一种低温灭菌技术,避免了热杀菌所带来的营养损失,经检测经过脉冲电场灭菌的牛奶对牛奶中所富含的蛋白质、维生素、乳糖等营养物质几乎没有损伤。

3、处理成本:经调研,处理相同流量的牛奶,脉冲电场灭菌装备成本的巴氏灭菌装备的70%,因此,脉冲电场灭菌还是一种更为经济的处理方式。

市场前景及应用:

结合前期的市场调研,团队前期开发基于脉冲电场和低温等离子体的流体食品杀菌保鲜装置定位于各类果汁果类饮品加工制造企业、各类牛奶加工制造企业,以及研究院、高校等科研院所。


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精量水肥气集成控制系统产品和设备

项目简介

通过863“智能灌溉控制技术”课题的研究,解决了大田和温室大棚作物灌溉过程中,水、肥信息的精确诊断和水肥供给过程中的精确控制问题,基于信息采集、传输技术、变频与多路分区控制技术相结合,建立智能诊断控制灌溉技术系统,开发决策支持软件;形成完整的适合于大田和大棚中实现智能诊断控制灌溉系统的技术与方法,用先进的高新技术作支撑,提高灌溉系统的自动化、智能化和信息化水平,使节水、增产、增收效益最大化。

技术优势:

1、数字化控制精确注肥比例。

2、模块化组合,适应不同的作物需求,降低使用成本。

3、工作压力范围大,可达4bar。

4、耐腐蚀,耐高温,自润滑。

5、运行过程中随时调节注肥比例。

6、操作简单,工作噪音小。

市场前景及应用:

结合前期的市场调研,团队前期开发基于脉冲电场和低温等离子体的流体食品杀菌保鲜装置定位于各类果汁果类饮品加工制造企业、各类牛奶加工制造企业,以及研究院、高校等科研院所。



联系方式





联系人卢经理

联系电话:15862605288(微信同)



来源:迈科技

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