南开大学最新应用成果汇编3doc.doc

1、南开大学科技成果重点推广项目选南开大学科技处（邮编 300071）联系人：米江林 张玮光 吴伟华电 话：(022)23508838传 真：(022)23504856网 址： http:/目 录南开大学科技成果重点推广项目选 .11. 用于生物气净化分离的新型分子筛的研发及制备 .12. 有机废弃物快速高效生物反应器研发 .23. 限进克伦特罗分子印迹固相提取整体柱 .34. 限进手性分离材料 .45. 用于生物医学工程的微操作机器人 .46. 全彩色立体地形模型加工系统 .67. 欠驱动非线性桥式吊车自动控制系统 .88. 具有巨霍尔效应的纳米铁磁金属颗粒薄膜磁敏材料 .99. 新型智能化电动

2、自行车控制器 .1110. 发光二极管阵列铁路信号装置 .1311. 皮肤病无创检测的光学成像技术 .1412. 肌电假手技术 .1513. 节能与清洁生产 .1714. 循环冷却水水质处理剂 .2415. 单壁碳纳米管和石墨烯的制备及其在能源、光电器件和复合材料等方面的应用 2716. 一种高电压锂离子电池的制备方法 .3117. 锂离子动力电池正极材料 .3118. 一种用于高电压（5V ）锂离子电池的电解液 .3219. 高比电容 NiO 电极材料 .3220. 基于离子液体电解液的 Li-S 二次电池材料 .3321. 铁皮石斛种苗简易化工厂生产 .3422. 铁皮石斛四倍体的培育 .

3、3423. 聚氯乙烯（PVC）低汞、无汞催化剂 .3424. 快速响应的水凝胶薄膜光学传感技术 .3525. EIS 型无标记病理芯片及其检测系统的研究 .3626. 玫瑰花提取物及其应用 .3827. 超分辨、高灵敏度、高特异性超级光学显微镜 .381. 用于生物气净化分离的新型分子筛的研发及制备SAPO-34 分子筛由于其特殊的孔结构和量子效应，使其在选择性吸附与分离、能源开发、石油炼制等方面有着广泛的应用前景，尤其对于垃圾生成的生物气中甲烷与二氧化碳的分离有着优异的性能。南开大学与有关单位形成产学研合作，共同开发 SAPO-34 分子筛的制备及在生物气净化分离中的重要应用。目前已完成实验

4、室第一阶段研发及小规模中试生产，并实现部分销售。本项目开发出一种在碱性条件下超声波老化，程序升温晶化法合成 SAPO-34 分子筛新方法。可以有效地将老化时间降低 3/4，大大缩短工期，提高分子筛性能，将陶瓷膜分离与喷雾干燥相结合进行产品的干燥、成型，成功地解决 SAPO-34 分子筛晶粒较小（纳米级） ，分离困难等问题。采用电解与离子交换膜结合法处理工业废水技术，做到变废为宝，排放零污染。已与国际著名生物气净化分离设备供应商 XEBEC 公司形成合作，在不断的交流与完善中，制备的 SAPO-34 应用于 XEBEC 研制的专利产品生物气净化处理器中，分离效果得到国外客户的充分肯定。我们有信心

5、将自主研发、生产的具有民族品牌的 SAPO-34 新型分子筛产品，切实应用于“低碳经济”环节链中，充分利用废物资源，变废为宝，为天津市的经济增长做出应有的贡献。2. 有机废弃物快速高效生物反应器研发本课题组前期针对城市生活垃圾及城市园林绿化垃圾（草、树枝、树叶等） ，应用微生物菌剂将其降解为生物有机肥。本课题组前期已筛选出特效菌株 7 株；设计出中试设备 2 台；采用自有菌剂降解生产有机肥的时间为 7-10 天，菌剂用量为园林绿化垃圾处理量的 1/10000；土壤有机肥部分指标平均值：氮磷钾总量为 3-4%、有机质为 60-70%、pH 值为 6-8；申请相关专利 5 项，即“高效混合菌剂降解

6、园林绿化垃圾生产有机肥的方法（申请号：200910070074.1 ） ”、 “园林绿化垃圾高效降解复合菌剂及其制备方法（申请号：200910070073.7 ） ”、 “移动式车载园林垃圾太阳能生物处理器（申请号：200910070510.5） ”、 “降解生物质垃圾的超顺磁性载体固定化细胞及其制备方法（申请号：200910228851.0） ”、“一种高效微生物固态发酵反应装置及其使用方法（申请号：201010191577.7） ”。本成果就是要利用微生物降解技术，将城市生活垃圾和园林绿化垃圾固废转化为高附加值的土壤有机肥和饲料，实现城市生活垃圾中有机质固体废弃物的无害化、资源化和减量化，

7、社会效益和经济效益显著。成果照片生活垃圾高效太阳能生物反应器生活垃圾高效生物反应器生活垃圾高效生物反应器内部结构图3. 限进克伦特罗分子印迹固相提取整体柱限进克伦特罗分子印迹整体柱是可以用于生物样品中的克伦特罗选择性提取的固相萃取柱。是一种新型的多功能分离材料，这种材料结合了分子印迹和限进材料双重特性。材料中有分子印迹聚合物层，具有对于克伦特罗的识别位点，对克伦特罗及其结构类似物具有很强的选择性亲和能力；材料也具有大分子限进层，可以对大分子进行排阻，使其不能进入内部分子印迹结合层，避免生物样品中的蛋白在柱上沉淀及对于识别性结合的干扰。限进克伦特罗分子印迹整体柱用于生物样品中克伦特罗的分析时，样

8、品可以直接进样，免去沉淀蛋白的预处理程序。样品上样后，蛋白及其它样品基质组分在前沿流出，而克伦特罗被保留，达到同时进行样品净化和浓缩痕量克伦特罗的目的。应用这种具有专一选择性的固相提取柱，可以大大简化分析步骤，降低分析检测线，在复杂体系的克伦特罗分析中具有很好的应用价值。4. 限进手性分离材料限进手性分离材料主要用于生物样品中手性化合物的色谱分离分析。这种材料以固载的环糊精为手性试剂进行光学异构体分离，并具有蛋白排阻功能，样品中的蛋白不会沉积在柱上，因此可以作为色谱固定相，对于生物样品进行直接进样分析（不需要去除蛋白的预处理过程） 。材料以硅胶微球为基质合成。5. 用于生物医学工程的微操作机器

9、人项目的背景及目的作为特型机器人的一种，微操作机器人因其具有系统位移精度高，定位精密，操作精密等特性，将人们的工作空间从宏观领域拓展到了细微空间领域。用于生物工程中的微操作机器人系统，可以代替人工完成生物实验中常见的细胞级显微操作（转基因微注射，染色体切割，细胞分离，细胞融合等） 。技术原理与工艺流程因为生物和医学试验中的显微操作过程是对生物细微体，如生物细胞、染色体等活性物质进行显微操作。这些物体的几何尺度都在微米或亚微米的数量级，在宏观环境中观察不到。所以显微操作的全部工作都要在显微镜下进行，为了便于操作，还应该有足够的空间能够放置生物培养皿，满足微操作工具的运动和装卸工作，所以能够完成这

10、种显微操作的微操作机器人系统的主体是一台倒置的生物显微镜。完成对生物细微体显微操作的部件是两套结构对称的、分别位于主体显微镜两侧的三维高精度运动平台。为了提高系统的自动化程度和对环境的适应性，对显微镜的结构作了修改，将原来手动调节的载物平台运动改装成电动控制运动，将显微镜焦距调节由手动改为电动调节。这样显微镜部分的所有运动都实现了电动控制，可以在计算机控制下完成多种形式的运动。主要技术性能指标微操作手臂的可移动范围是 20mm，运动精度为 1m，三个结构相同的平台可以组合成做空间三维运动的平台组，其操作空间范围是20mm20mm20mm，每一方向的操作精度是 1m。技术水平本项目得到 7 项国

11、家“863”计划项目支持, 授权专利号ZL97121702.5，获 2002 年度国家技术发明奖（二等奖） 。应用前景分析及效益预测应用行业 1.生物工程 2.医学工程用显做操作装置对细胞进行解剖手术、人工受精、细胞核移植、基因注入、细胞内微量注射、胚胎切割等的技术。显微操作术在核质关系、基因表达、胚胎发育机制等的研究中具有重要意义。对这种显微操作技术的掌握与应用的程度，也是衡量一个国家生物、医学研究、生物工程技术发展与应用的重要标志之一。目前，国内绝大部分使用价格昂贵进口设备。要使微操作应用普及的话，就必须使操作设备国产化，所以应用前景还是很好的。如果得到普及的话，每年需求约在百台以上。6.

12、 全 彩色立体地形模型加工系统项目的背景及目的现有喷墨打印技术仅能在平面上进行，而对于大量诸如地形沙盘、风景区景点演示、城市规划等领域，目前仍普遍采用人工着色的方法。该方法存在加工时间长、色彩真实度低、产品一致性差、成本昂贵等缺点，很难满高精度的应用需求。为此，南开大学机器人与信息自动化研究所在平面喷绘技术的基础上，设计并实现了一套针对立体材质的彩色喷绘系统，该系统提高了对立体材质表面着色的速度、精度、色彩还原度，降低了加工费用。技术原理与工艺流程本项目由一体化全真地形模型加工系统、喷墨控制系统组成。一体化全真地形模型加工系统利用三自由度直角坐标机器人系统作为全真地形模型加工平台。该平台采用真

13、空吸附固定被加工对象，利用高精度滚珠丝杠进行传动，利用工控机和多轴机器人控制器进行加工轨迹规划和实时控制。喷墨控制系统硬件上采用了双处理器外加 FPGA 的体系结构，软件体系结构由中央主控模块软件和喷头运动控制系统 DSP 模块软件组成。中央主控模块软件由喷绘控制系统应用软件、LINUX 操作系统及设备驱动程序三部分构成，其中 LINUX 操作系统的引入主要是为了简化对硬件资源的控制和方便喷绘控制系统应用软件的编程。喷绘控制系统应用软件的主要功能将在下一节详细叙述。运动控制系统 DSP 模块软件由接口通信程序、运动控制主程序、运动控制算法及运动控制模块输入输出驱动程序四部分构成。接口通信程序提

14、供与中央主控模块软件通信的接口通道；运动控制模块输入输出驱动程序负责运动控制系统模块中 DSP 与 FPGA 通信。主要技术性能指标从一体化小型化角度设计整个系统的体系结构，解决全真三维模型的加工与喷墨作业，保证系统具有高精度和色彩还原度。主要技术指标： 系统外形尺寸：3000mm2000mm1800mm 最大加工面积：2500mm1200mm600mm 模型匹配精度 0.05mm 色彩分辨率 ：90180dpi 整机重量：2000kg 支持卫星遥感影像数据包括TM、ETM、SPOT、ALOS、ASTER、IKONOS、QUICKBIRD（快鸟） 、IRS-P6（印度星）等。 能够针对无人机航

15、拍影像数据与 GPS 导航数据进行数据处理 保证原有各类数据来源的精度不变 色彩分辨率 ：90180dpi技术水平及用途地理沙盘能形象、立体展示山地、河流、城镇、交通及单位部署及行动方案，不仅有使用价值，且有装饰和欣赏效果。地理沙盘系统可用来研究地形、确定部署、进行规划、指挥调度、研究方案、广告宣传等，是用户展示本单位建设成果和工作业绩的有力窗口，因而广泛运用于部队、政府机关、水利、交通、电力、人防、通信、公安、旅游、金融、国土资源、农业、房地产等部门以及需要的企业单位。应用行业：1.军事 2.旅游区展示 3.土地规划应用前景分析及效益预测随着国民经济的快速发展，对地理模型的需求量越来越大。传

16、统地理模型采用纯手工制作，耗时长，成本高，本项目可以极大提高地理模型的制作水平，降低制作成本，并把原来手工制作需要长达数月的工作缩短到十几个小时。现在地理模型制作每平米市场价格是万元以上，本项制作地理模型的成本可以控制在千元以下，具有极强的市场竞争力。7. 欠驱动非线性桥式吊车自动控制系统项目的背景及目的桥式吊车是一种十分常见的装配运输工具，在港口、仓库、建筑工地等场所得到了广泛的应用，当前，对于桥式吊车主要还是通过有经验的工人来进行操纵的，存在着培训周期长，劳动强度大，工作效率低，安全性不高等缺点。为此，设计一套操作方便的吊车自动控制系统，可以提高吊车系统的工作效率与安全性能, 并将工作人员

17、从当前这种艰苦的工作环境中解放出来。技术原理与工艺流程1）桥式吊车自动控制系统设计桥式吊车自动控制系统主要包括三个部分：吊车控制单元，工作空间监控单元，和操作单元。控制单元是整个系统的核心部分，它主要负责吊车的作业控制。该单元接收来自操作员的命令，还接收来自工作环境监测单元的环境信息，从而实现自动避障或紧急制动。监测单元主要由多个 CCD 摄像头和图像处理器构成，主要包括两方面功能：将采集到的环境图像实时地传输到操作单元；对环境信息进行处理，得到障碍位置信息传输给控制单元以实现自动避障。操作单元是桥式吊车自动控制系统的人机接口。2）桥式吊车实验平台桥式吊车实验平台主要由机械主体，驱动装置，测量

18、装置和控制系统四部分组成。机械主体是指桥式吊车的机械部分。驱动部分根据控制量来为机械部分提供相应的力/力矩，从而实现对负载的安全、平稳运送。控制系统的控制命令是跟据吊车系统的动力学模型以及实时状态反馈来在线计算的，而实时状态的反馈则通过测量部分（主要包括编码器等传感元件）来完成。主要技术性能指标 桥式吊车自动控制系统桥式吊车实验平台主要技术指标： 负载定位精度：5mm。 负载摆角抑制：-10 度10 度。 具有负载紧急制动能力。 友好的人机界面。 桥式吊车实验平台主要技术指标： 外形尺寸：2m1.2m0.5m。 控制周期：1ms。 控制方式：力控制。应用行业1.运输 2.工业 3.建设。本项目

19、的应用可以提高桥式吊车系统的工作效率与安全性能, 既可将工作人员从艰苦的工作环境中解放出来，又可以增加桥式吊车在危险、极端环境下的作业能力。此外，本项目所设计开发的桥式吊车实验平台，也可以用于各大高校研究所进行非线性欠驱动系统教学、科研的平台。应用前景本项目的研究成果，可以有效地提高桥式吊车系统的装运效率，减小系统操作复杂度，降低劳动强度，增加系统的安全可靠性。从而将科学技术转化为生产力，创造出良好的经济效益。同时，随着素质教育的进一步深化，各大高校正不断地寻求良好的实验平台以提高学生的动手能力和学习兴趣，桥式吊车作为一种典型的欠驱动非线性系统是一个很好的研究对像，因此，项目组所设计开发的桥式吊车实验平台在教学、科研上也有广阔的应用前景。8. 具有巨霍尔效应的纳米铁磁金属颗粒薄膜磁敏材料本项目将巨霍尔效应这一纳米体系的新效应应用于器件领域，以纳米铁磁金属颗粒薄膜替代现有霍尔器件的掺杂半导体活性层材料，是一个全新的技术，取得了多项具有原始创新性的技术成果，进一步推进了纳米材料在新材料技术、电子信息技术等领域的应用。相关成果已获国家发明专利授权九项。纳米铁磁金属颗粒薄膜霍尔器件具有的工作温度宽、温度稳定性能优异、抗核辐射等优点，在微弱磁场探测、航天器的精确定位、导航以及军事装备等方面都具有十分重要的用途，市场前景广阔。