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一、項目分類 顯著效益成果轉化 二、成果簡介 本項目開創性地將石墨烯用于包覆鈦酸鋰，通過獨特的加工工藝制得業內領先的石墨烯包覆鈦酸鋰材料，有效地解決了鈦酸鋰負極材料的產氣問題，并以此為基礎制得了高性能的鈦酸鋰超級電池。該電池單體可8C持續放電，20C脈沖放電，充放電循環大于30000次，10分鐘可充電90%以上，低溫性能優異（可在-40度環境下放電）。 石墨烯具有高導電性和優良的電化學穩定性，通過石墨烯的均勻包覆改善了鈦酸鋰的電子電導性，進而提升了電池的大倍率充放電能力和高低溫性能。同時，石墨烯包覆降低了材料充放電過程中的極化，提高了材料的容量發揮，通過鈍化鈦酸鋰材料表面的活性位點，解決了其產氣問題。利用該負極材料做成鈦酸鋰超級電池，具有優異的倍率充放電性能、長壽命、高安全性能和優異的低溫充放電性能。 本項目首先開發了石墨烯包覆的鈦酸鋰材料，采用高溫固相法合成，X射線衍射圖譜證明其為標準的鈦酸鋰尖晶石結構，微觀上由100-200nm的一次顆粒組成的微米和亞微米級二次球形顆粒，D50為15±5μm，1C可逆容量大于155mAh/g。 獲得了基于石墨烯包覆鈦酸鋰負極材料的鈦酸鋰超級電池，通過串并聯成組后可以用于低溫啟動電源，軌道交通，儲能等領域，在長壽命、高安全、快充和低溫充放電領域具有廣闊的應用前景。

項目簡介：  石墨烯屬于碳納米材料家族中的一員，具  有高硬度、高

據李榮鵬教授介紹，人類基因組中編碼功能蛋白的基因僅占基因總量的2%，其余98%的基因轉錄產物為非編碼RNA，過去這類RNA一直被認為是冗余，其相關功能研究一直是空白。近年來，非編碼RNA的研究逐漸成為國際熱點，大量實驗證據證明，非編碼RNA控制著幾乎所有的細胞生理功能。李榮鵬教授的研究在國際上首次證實了母系遺傳的長鏈非編碼RNA MEG3的4號轉錄產物，在肺部感染免疫過程中能夠特異性表達，然后通過調節炎癥因子IL-1b的表達水平，精準控制宿主的免疫反應。在感染過程中，肺泡巨噬細胞通過降低MEG3-4的表達量，釋放出游離的小分子非編碼RNA miR-138，然后miR-138結合到細胞因子IL-1b的mRNA 5‘UTR區域，形成剪切復合體降解mRNA，以維持IL-1b在體內的較低水平，防止過度的炎癥反應殺傷細胞。這一結果深層次解析了MEG3-4調節宿主感染免疫的分子機制，同時也為推進MEG3-4作為RNA藥物的應用提供了理論基礎。

本發明公開了一種基于塊的子圖構建及分布式圖處理方法，其子圖構建方法，包括圖分割、對子圖中的頂點重新貼標簽、將區間與數據片關聯、分塊和構建子圖的步驟；采用啟發式的、輕量級的 SGP方法進行圖分割，采用用戶定義的啟發式函數把頂點按順序指派到 P個子圖，具有性能高，邊的切割率較低的特點，并且可以兼顧子圖工作負載平衡問題；其分布式圖處理系統，塊分割之后，子圖之間以整個內存塊為單位進行通信；與現有技術的細粒度通訊方式相比，本發

近年來，磁振子電子學在信息計算和信息傳輸領域表現出了極具價值的應用潛力。磁振子電子學利用以磁振子為載體的電子自旋進動來實現信息處理，有望實現無熱量產生、低耗散的信息傳輸，相比于傳統意義上通過操縱電荷來實現信息的處理的微電子學具有無可比擬的巨大優勢。磁振子電子學領域的進展很大程度上依賴于能夠有效傳輸磁振子的新材料的發現，而獲得長距離的磁振子輸運始終是磁振子電子學研究的重中之重。與通常的三維磁性絕緣體（如Yttrium Iron Garnet）相比，二維尺度下的磁振子被理論預言有很多的新穎物理效應，例如自旋能斯特效應，拓撲磁振子，以及外爾磁振子等。 在最新的研究文章中，量子材料科學中心韓偉課題組在二維磁性體系中展開工作并取得了重要進展，觀測到了二維反鐵磁體系中磁振子的長距離輸運。MnPS3晶體是一種層狀反鐵磁材料，利用機械剝離手段得到了二維的MnPS3薄片。MnPS3薄片上制備了用于測量磁振子輸運的非局域器件，器件結構如圖A所示。器件左側Pt電極通過熱方法來注入磁振子，右側Pt電極探測在二維MnPS3中擴散傳輸的磁振子。在二維反鐵磁MnPS3中，實驗上觀測到了幾微米的磁振子擴散長度。并且從圖B中可以看出，隨著注入端和探測端距離的增加，探測到的非局域信號表現出e指數衰減的形式，跟一維漂移擴散模型的理論模型一致。在此基礎上，他們還系統研究了MnPS3厚度對磁振子弛豫性質的影響。隨著MnPS3厚度從40nm降低至8nm，磁振子弛豫長度由4μm減小到1μm（圖C），這可能是由較薄的MnPS3中較強的表面雜質散射效應導致的。 該文章中的結果具有重要的學術價值：二維材料中的磁振子輸運實現為二維磁性材料在磁振子電子學的應用與發展奠定了基礎，也有望推動磁振子在量子尺度下的新穎量子物理性質研究。圖：二維反鐵磁體系中磁振子輸運研究。（A）二維反鐵磁MnPS3中的磁振子輸運測量結構示意圖。（B）自旋信號R_NL^*隨電極間距的依賴關系，與理論預言的e指數衰減吻合。（C）磁振子弛豫長度隨MnPS3厚度的依賴關系。 該工作于2019年2月7日在線發表于物理學術期刊Physical Review X上(Phys. Rev. X 9, 011026 (2019) )。 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.011026。該工作由韓偉研究員設計和指導完成，北京大學量子材料科學中心2015級博士生邢文宇為文章第一作者，物理學院2015級本科生邱露頤為第二作者（今年9月份將去哈佛大學讀博士），韓偉研究員為文章通訊作者。本工作的順利完成得到了量子材料科學中心賈爽教授和謝心澄院士的合作幫助，以及國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項的支持。

北京大學物理學院/定量生物學中心歐陽頎課題組在Nature Physics發表題為“The energy cost and optimal design for synchronization of coupled molecular oscillators”（文章網址：https://www.nature.com/articles/s41567-019-0701-7）文章，揭示了互相耦合的分子振子達到同步化所需的熱力學代價，表明分子振子的同步化需要額外能量耗散，并揭示了能量耗散與所能達到的最優同步化效果及耦合的最佳設計之間的關系。 振子之間的同步化現象在自然界是非常普遍的現象，許多非線性理論與實驗很好地回答了很大一部分非線性振子中的同步化問題。然而，對于分子振子而言，他們的振蕩節律由隨機的、大噪聲的生化反應所決定，與之前相對成熟的非線性理論所涉及的情況有所不同。這類分子振子的同步化規律，尤其是同步化所需的熱力學代價尚不明確。 歐陽頎課題組與美國IBM T. J. Waston 研究中心/北京大學定量生物學中心杰出訪問教授的涂豫海教授展開合作研究，首次在理論上闡明了實現分子振子同步化所需的熱力學代價。該研究提出一個簡單而普適的隨機理論模型，假設不同的分子振子之間被一些額外的分子間化學反應耦合起來從而使彼此的相位相互靠近，用以描述一般的可產生同步化振蕩的分子振子。在這個理論模型中，研究者們找到了單分子穩定振蕩狀態的概率密度的解析解，由此計算了不同條件下的能量耗散，并通過平均場近似得到了該振蕩出現同步化現象的條件。通過比較不同條件下的能量耗散，研究者發現，若要實現分子振蕩的同步化，除去驅動單個分子振蕩的能量以外，還必須要有一部分不為零的額外的能量耗散。除此以外，當外界條件給定能量耗散的大小時，雖然可以通過調整模型中的參數達到各種不同的同步化效果，但是可以達到的最優的同步化效果由給定的能量耗散所限制。當能量耗散小于一個臨界值時（這個臨界值大于驅動單個分子振蕩的能量）同步化是不可能的，給定的能量耗散越大，所能達到的最優同步化效果越好。該結論具有一定的普適性。隨后研究者在藍藻的生物鐘系統中檢驗了該理論，驗證了生物體內的分子振蕩體系確實需要額外的能量來實現同步化。 北京大學物理學院博士生，歐陽頎課題組的張東良為該文章的第一作者，涂豫海教授為通訊作者，合作者包括歐陽頎教授和美國加州圣地亞哥分校的博士后曹遠勝博士。

本發明公開了一種高壓輸電線路絕緣子清掃與檢測機器人，包括可以繞旋轉軸向兩邊打開的環形框 架和控制箱，環形框架包括通過多個輔助支架固定相連的上層支架和下層支架、以及通過清掃層升降機 構可上下移動的中層支架，上層支架上設有用于夾住絕緣子的上夾爪，上夾爪上設有檢測裝置，中層支 架上設有清掃裝置和夾持絕緣子裙部的輔助夾爪，上層支架和下層支架之間還設有通過夾爪層升降機構 上下移動的下夾爪，與轉軸相對的環形框

我們在國家自然科學基金、上海市青年科技啟明星計劃和上海市納米技術專項等資 助下研制開發的納米石墨相變儲能材料具有儲能密度高、導熱換熱效果優異、安全穩定、 阻燃和環境友好等優點。 技術指標：與現有的相變儲能材料相比，納米石墨基相變儲能材料的導熱系數提高 1～2 個數量級，相變溫度在-40～+70°C 之間連續可調，儲能密度可達 150～250J/g 左右， 經 1000 次循環后，性能劣化小于 5％。

世界上有數以百萬的語言障礙患者，其中有的是由于先天缺陷導致其存在語言功能障礙，也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能，語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡易的語言康復方法，其通常需要安裝在口內喉部，由肺部發出的氣流經過舌、唇的調制，引起人工喉膜片振動，使其發出語音信號。然而，現有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發音模糊，訓練周期長，并且需要患者自己手持助音器于喉部，造成極大不便，所以亟需便于失語者攜帶、操作簡單、性能優異的新型人工喉的器件及系統研究。 本成果團隊研究的第二代石墨烯智能人工喉（WAGT）在器件柔性可貼附、聲音收發系統集成、動作監測系統、輕型可穿戴等方面有了重大突破。首先，第二代石墨烯人工喉采用了更貼合人體皮膚的紋身式薄膜作為襯底，無需膠帶粘貼，可直接貼敷在人體喉嚨，極大地提高了佩戴舒適感；其次，第二代石墨烯智能人工喉在收發聲系統方面有了雙重突破，實現了石墨烯的器件級應用至系統級應用的跨越。通過專用電路對聲音信號的放大和轉換，第二代石墨烯智能人工喉首次將收聲系統和發聲系統連接起來，實現了聲音輸入到輸出的閉環，并可以通過示波器實時觀測喉部運動情況。接著，通過與單片機的結合，該器件可以將人體喉部的不同動作“翻譯”成不同的聲音，實現了動作發聲系統。通過連接解碼器，該器件還可以播放任意音樂。最后，第二代石墨烯智能人工喉系統可通過臂包穿戴在胳膊上，首次實現了石墨烯人工喉的可穿戴功能。未來將進行體積更小及功能更多的集成，有望實現像“創可貼”一樣貼附在人體喉部并幫助失語者“開口說話”。