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通過對建筑物窗體的研究，自主研發出一種能夠智能控制調節溫度的VO2智能控溫薄膜及其鍍膜玻璃，是一種可以響應溫度改變自身結構和光學性能的材料，可以使得窗體對太陽光輻射的反射率和透射率隨外界溫度的改變而發生變化，在可見光保持一定透過率（>50%）的前提下，使得夏天進入房間的太陽輻射少，冬天進入房間的太陽輻射多，從而保證房間舒適度的同時降低室內制冷采暖能耗。 一、項目進展 創意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業 入學/畢業時間 宋炳坷 材料/微電子學與固體電子學 2016/2019 趙起 材料/微電子學與固體電子學 2016、2018 劉帥 管理/企業管理 2016/2019 徐志龍 材料/材料學 2017/2020 王子璇 材料/集成電路工程 2017/2020 肖智戈 管理/管理科學與工程 2017/2020 范煒 材料/材料學 2017/2020 三、指導教師 姓名 學院/所學專業 職務/職稱 研究方向 高彥峰 材料/材料學 研究員 材料學 四、項目簡介 通過對建筑物窗體的研究，自主研發出一種能夠智能控制調節溫度的VO2智能控溫薄膜及其鍍膜玻璃，是一種可以響應溫度改變自身結構和光學性能的材料，可以使得窗體對太陽光輻射的反射率和透射率隨外界溫度的改變而發生變化，在可見光保持一定透過率（>50%）的前提下，使得夏天進入房間的太陽輻射少，冬天進入房間的太陽輻射多，從而保證房間舒適度的同時降低室內制冷采暖能耗。該產品設計著眼于當前最先進的技術，立足于建筑節能材料研究前沿，以本團隊關鍵技術作為支撐，目前團隊制備的VO2基智能窗相關技術指標均處于世界領先地位。由于產品綠色友好，環保節能，適用于溫帶和熱帶絕大部分地區的建筑建造以及城市基礎建筑節能改造，因此具有可觀的應用前景和積極的社會意義。

智能化生產線的技術研發，實現生產線的連續運轉，自動上下料，帶料速度快尾料少。

北京大學物理學院量子材料中心江穎、徐莉梅與美國內布拉斯加大學林肯分校曽曉成以及北京大學/中國科學院王恩哥等合作，利用高分辨qPlus型原子力顯微鏡技術，首次在實驗上證實了冰在二維極限下可以穩定存在，將其命名為：二維冰I相，并以原子級分辨率拍到了二維冰的形成過程，揭示了其獨特的生長機制。該工作以“Atomic imaging of edge structure and growth of a two-dimensional hexagonal ice”為題，于1月2日發表在國際頂級學術期刊《自然》上。圖1 （a）南極羅斯海上的厚冰層；（b）自然界最常見冰相（Ice Ih）的分子模型；（c）本工作發現的二維冰（實驗結果的3D效果圖） 冰是水的常見物態，由水分子規則排列形成，其結構與成核生長在材料科學、摩擦學、生物學、大氣科學等眾多領域具有至關重要的作用。早在20世紀20年代，英國著名物理學家、X射線發現者Bragg與其它幾位科學家就分別利用X射線對冰晶體結構進行了表征，經過了近一百年的研究和探索，迄今人們已經發現了冰的18種晶相（三維冰相），其中自然界最常見的冰相為六角結構的Ice Ih相（圖1a 和b）。然而，冰在二維極限下是否能獨立穩定存在？這個問題有很大的爭議。一般認為在單層極限下，二維冰具有相當數量的未飽和氫鍵，需要靠與襯底的相互作用來使得結構穩定。但如此一來，二維冰的結構就非常依賴于襯底的結構和對稱性，并不是真正意義上的本征二維冰。2015年，石墨烯發現者Andre Geim帶領的團隊在雙層石墨烯間發現了一種與表面結構無關的四方二維冰相（Nature 519, 443 (2015)），引起了學術界的強烈反響，但這種二維冰隨后被質疑是NaCl的晶體結構（Nature 528, E1–E2 (2015)），二維冰存在與否一直懸而未決。圖2 二維冰島內部結構的亞分子級分辨成像。a、b圖中從左至右，依次為由高至低不同針尖高度下的原子力顯微鏡實驗圖和模擬圖；c為二維冰結構的模型示意圖的俯視圖和側視圖。圖像尺寸：1.25 nm x 1.25 nm。在大針尖高度條件下，主要利用高階靜電力成像，可以分辨出平躺水分子（暗點）和豎直水分子（亮點）；在中間高度條件下，依靠高階靜電力與泡利排斥力的共同作用，可以分辨出圖中紅色短線所示的氫鍵指向信息。 在本工作中，研究人員通過精確控制溫度和水壓，成功在疏水的金襯底（Au(111)）上生長出了一種單晶二維冰結構，這種二維冰可以完全鋪滿襯底（圖1c）。研究人員進一步利用基于一氧化碳針尖修飾的非侵擾式原子力顯微鏡成像技術（non-invasive AFM），借助高階靜電力，實現了二維冰的亞分子級分辨成像，并結合理論計算確定了其原子結構（圖2）。結果表明，這種二維冰由兩層六角冰無旋轉堆垛而成，兩層之間靠氫鍵連接，每個水分子與面內水分子形成三個氫鍵，與面外水分子形成一個氫鍵，因此所有的氫鍵都被飽和，結構非常穩定，與襯底相互作用很弱，是一種本征的二維冰結構。1997年，Koga和曽曉成等人利用分子動力學模擬首次預測了這種“互鎖型”雙層二維冰（PRL 79, 5262 (1997)，昵稱：Nebraska Ice，美國Nebraska州的印第安語意：廣闊淺平的河水），但一直缺乏確切的結構實驗證據。因此，這也是第一種被實驗所證實的二維冰結構，研究人員將它正式命名為：二維冰I相。圖3 二維冰島的鋸齒狀（a）邊界和扶椅狀（b）邊界對應的“搭橋”（bridging）式和“播種”（seeding）式生長模式。生長由1至4依次循環進行，原子力顯微鏡中的紅色箭頭表示水分子加入，球棍模型圖中的紅色結構表示水分子加入形成的新結構。圖像尺寸分別為：（a）3.2 nm x 1.9 nm和 （b）3.7 nm x 2.2 nm。 為了進一步揭示二維冰的形成機制，研究人員利用前面發展的非侵擾原子力成像技術對二維冰島的邊界進行高分辨成像，成功確定了二維冰的邊界是由未重構的鋸齒狀（zigzag，圖3a所示）邊界和重構的扶椅狀（armchair，圖3b所示）邊界構成。同時，研究人員還通過“速凍”技術，在邊界上捕獲了冰生長過程中的中間態結構，并基于這些中間態邊界結構重現了二維冰的形成過程，結合理論計算和模擬提出了二維冰島鋸齒狀邊界的“搭橋”（bridging）式生長和扶椅狀邊界的“播種”（seeding）式生長機制。此外，根據理論計算和模擬的結果，研究者認為該生長機制具有一定的普適性，適用于其他疏水的襯底。 二維冰的發現改變了一百多年來人們對冰相的傳統認識，開啟了探究二維冰家族系列的大門，為冰在低維和受限條件下的形態和生長提供給了全新的圖像。同時，二維冰在很多應用領域也有潛在意義。比如：表面上的二維冰可以促進或抑制三維冰的形成，這對于設計和研發防結冰材料具有潛在的應用價值；二維冰中水分子所有的氫鍵都被飽和，因此與表面的相互作用極小，可以起到超潤滑作用，減小材料之間的摩擦；此外，二維冰本身也可以作為一種特殊的二維材料，為高溫超導電性、深紫外探測、冷凍電鏡成像等研究提供全新的平臺。

研究團隊全面對比了現有的河流障礙物檢測方法（記錄、計數和分類），包括實地調查、建模模擬、自動化檢測等。研究表明，不完整的障礙物數據庫，特別是當大量的小型障礙物數據缺乏時，會導致水資源管理不可靠和低效的生態修復效率。

技術成熟度：技術突破 1.原理：結合磁浮列車極端運行工況，充分考慮運行環境的強磁場，深入研究機-電-磁耦合機制，精確調節磁體懸浮姿態，以實現超導磁體在液氮溫區（-196℃）自穩定懸浮。 2.創新點： （1）研發國產化低功耗懸浮控制模塊，能耗較進口設備降低35%； （2）突破-196℃環境下多系統協同控制技術，填補國內工程化應用空白。 3.應用場景： （1）高速磁浮列車靜懸試驗臺 （2）精密儀器運輸平臺 （3）航空航天地面測試裝備 4.應用案例：前期開發的自由度控制系統，已被合作團隊應用且效果較好。

隨著社會的發展與進步，日益突出的能源供需矛盾不斷將尋找清潔、高效、經濟的新型能源材料推向研究前沿。熱電材料是一類能利用熱電效應，直接將熱能（包括太陽能、地熱、工業余熱等能量）轉換成電能的材料，由于熱電轉換技術便捷、環保等優勢，在車載冰箱、深空探測器電源等領域具有不可替代的地位，受到科學家們的高度重視。而探索發現低成本、高豐度、低毒性的高效熱電材料，是該領域基礎研究的重點，是一項面臨巨大挑戰的研究工作。 吳立明2004年發明了獨特且安全的固相合成方法——硼硫化法（J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4676-4681.），近期，課題組利用該方法，發現了一種新的四方相α-CsCu5Se3，并實現宏量合成。該材料擁有前所未見的獨特晶體結構：Cs+由類中國結形狀的Cu8Se8結構單元構筑的三維無限擴展結構，其中鑲嵌Cs+金屬陽離子。α-CsCu5Se3熱穩定性好，表現出典型晶態固體的熱傳輸行為，并遵循Umklapp散射機制，這與具有類液態的熱傳導行為的二元化合物Cu2-xSe完全不同。晶體學及熱傳輸性能研究表明α-CsCu5Se3指出了一個有效抑制Cu+液體傳輸行為特征的方法。與吳立明老師2016年發現的高性能熱電材料CsAg5Te3（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11431–11436）相比，α-CsCu5Se3的晶體單胞體積減小了30％，導致材料具有更強的原子間d軌道重疊作用，從而顯著降低有效質量(m*)，這使得α-CsCu5Se3相比于CsAg5Te3實現了功率因子200％的增長，達到8.17 μW/cm/K2，是目前報道的堿金屬富銅硫屬化合物中最高值；同時，理論研究表明，由于結構中的Cu–Se軟化學鍵和Cs+ 離子擾動作用，該材料具有很低的熱導率。綜合上述各方面因素，該化合物的本征熱電優值ZT達到1.03（980 K）。進一步通過Sb摻雜優化熱電性能的研究發現：Sb3+的孤對電子能夠增大材料的晶格非諧性，有效增強Umklapp型散射，從而降低聲子速度，使得α-Cs(Cu0.96Sb0.04)5Se3的晶格熱導率進一步降低至0.40 W/m/K，熱電優值ZTmax提升到1.30。該工作系統深入研究了α-CsCu5Se3體系結構和熱電相關性能的關系，為低成本，高豐度，高性能硫屬化合物材料的設計探索研究邁出重要的一步。

隨著社會的發展與進步，日益突出的能源供需矛盾不斷將尋找清潔、高效、經濟的新型能源材料推向研究前沿。熱電材料是一類能利用熱電效應，直接將熱能（包括太陽能、地熱、工業余熱等能量）轉換成電能的材料，由于熱電轉換技術便捷、環保等優勢，在車載冰箱、深空探測器電源等領域具有不可替代的地位，受到科學家們的高度重視。而探索發現低成本、高豐度、低毒性的高效熱電材料，是該領域基礎研究的重點，是一項面臨巨大挑戰的研究工作。 吳立明2004年發明了獨特且安全的固相合成方法——硼硫化法（J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4676-4681.），近期，課題組利用該方法，發現了一種新的四方相α-CsCu5Se3，并實現宏量合成。該材料擁有前所未見的獨特晶體結構：Cs+由類中國結形狀的Cu8Se8結構單元構筑的三維無限擴展結構，其中鑲嵌Cs+金屬陽離子。α-CsCu5Se3熱穩定性好，表現出典型晶態固體的熱傳輸行為，并遵循Umklapp散射機制，這與具有類液態的熱傳導行為的二元化合物Cu2-xSe完全不同。晶體學及熱傳輸性能研究表明α-CsCu5Se3指出了一個有效抑制Cu+液體傳輸行為特征的方法。與吳立明老師2016年發現的高性能熱電材料CsAg5Te3（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11431–11436）相比，α-CsCu5Se3的晶體單胞體積減小了30％，導致材料具有更強的原子間d軌道重疊作用，從而顯著降低有效質量(m*)，這使得α-CsCu5Se3相比于CsAg5Te3實現了功率因子200％的增長，達到8.17 μW/cm/K2，是目前報道的堿金屬富銅硫屬化合物中最高值；同時，理論研究表明，由于結構中的Cu–Se軟化學鍵和Cs+ 離子擾動作用，該材料具有很低的熱導率。綜合上述各方面因素，該化合物的本征熱電優值ZT達到1.03（980 K）。進一步通過Sb摻雜優化熱電性能的研究發現：Sb3+的孤對電子能夠增大材料的晶格非諧性，有效增強Umklapp型散射，從而降低聲子速度，使得α-Cs(Cu0.96Sb0.04)5Se3的晶格熱導率進一步降低至0.40 W/m/K，熱電優值ZTmax提升到1.30。該工作系統深入研究了α-CsCu5Se3體系結構和熱電相關性能的關系，為低成本，高豐度，高性能硫屬化合物材料的設計探索研究邁出重要的一步。

延邊大學細胞功能研究中心主任、生理學與病理生理學教研部學科帶頭人邱德來教授帶領的團隊在哺乳動物小腦皮層感覺信息傳遞與整合機制研究方面又取得了新進展， 小腦皮層由分子層、浦肯野細胞層和顆粒細胞層組成，主要參與運動學習與運動調節功能。分子層內主要存在二類中間神經元即籃狀細胞和星型細胞，它們分別與浦肯野細胞的胞體和樹突形成突觸聯系，通過釋放抑制性神經遞質（GABA）對浦肯野細胞產生環胞體抑制和樹突抑制。由于分子層中間神經元和浦肯野細胞都同時接受由平行纖維傳來的信息，因此，傳統理論認為外部信息傳入小腦皮層引起浦肯野細胞先興奮后抑制。本團隊前期研究發現感覺刺激導致浦肯野細胞抑制并伴有動作電位停頓現象，只有在阻斷ＧＡＢＡＡ受體活性后感覺刺激才可以誘發浦肯野細胞興奮（PLoS ONE, 6(7): e22752, 2011）。近期研究表明感覺刺激誘發浦肯野細胞完全抑制的原因是：分子層中間神經元對感覺刺激的反應速度比浦肯野細胞快而敏感，因此，在浦肯野細胞沒有達到興奮閾值之前，中間神經元首先興奮，產生動作電位，導致浦肯野細胞產生環胞體和樹突抑制，說明傳統理論存在嚴重缺陷。本研究成果在世界上首次證明并闡述了中間神經元（尤其是籃狀細胞）在感覺信息傳遞中的重要地位，必將引起學術界對小腦皮層分子層中間神經元在小腦運動學習與運動調節功能中的作用產生一個全新的認識，對今后有關小腦皮層中間神經元的研究產生深遠的影響，使我國在小腦皮層感覺信息突觸傳遞與運動調節理論方面的研究走在了世界的前列，也使我們的在體膜片鉗技術得到了世界學術界的進一步認可。

光學頻率梳是具有確定梳齒頻率間隔的光頻標尺，在精密測量中發揮了極為重要的作用。近年來，一種基于光學微腔的新型芯片級光梳取得了突破性進展，其具備體積小、功耗低、精度高等優勢，大大拓寬了傳統桌面級精密光源的應用場景。目前，這種芯片級光梳已在超快激光雷達、光學頻率合成、大容量相干光通信和精密光譜學等方向上展現了巨大潛力，因而對基礎研究和產業應用都具有重要意義。然而，單個微腔光梳能夠覆蓋的光譜范圍往往被色散以及收集效率限制，從而阻礙了其在光學原子鐘、類地行星探尋、生物成像等重要領域的進一步應用。