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該成果獲2018年度國家科學技術獎自然科學類二等獎，該成果系統地開展了摩擦的聲子耗散以及聲子在界而和多層膜結構內的輸運規律的研究，在摩擦的聲子粍散機理研宄方面，發現摩擦粍能與聲子主導頻率的定量關系；在國際上最早給出超晶格結構導熱系數最小值出現的條件：率先提出聲子沿石墨法向輸運的自由程遠大于經典理論預測的10nm左右：實現了描述聲子輸運的玻爾茲曼方程的數值解，在國際上率先發現多層膜之間的范德華力能夠提髙聲子在多層膜結構面內的平均自由程。該項0組的研究成果主要發表在Nano Letters、Physical Review B、Nature Nanotechnology等國際學術期刊上，其中8篇代表性論文獲Science、Nature Nanotechnology、Nature Materials、Advanced Materials等重要國際學術期刊論文SCI他引509篇次，單篇最髙SCI他引U5次，研宂成果在國際上產生了重要的學術影響。

成果與項目的背景及主要用途： 本成果可以幫助企業降低生產成本，提高經濟效益和市場競爭能力。其技術 途徑是通過系統優化，降低企業的用能及原材料消耗，進而降低成本。可以起到 節能、減排、增效、降耗的綜合效果。 本成果以化工原理、化工熱力學、化工系統工程的原理和方法為基礎，以計 算機模擬、過程集成為技術手段，著眼于整個系統的優化，可以顯著降低企業的 能量消耗和物料消耗，降低生產成本。其特點是使用成熟設備的優化組合及優化 操作，通過加工過程的合理化及能量發生、利用、回收、輸送的合理化達到節能、 降耗、增效、減排的目的，技術成熟可靠。 大多數節能工作著眼于局部。例如，低溫熱回收只著眼于低溫熱怎樣回收， 本成果則通過系統優化設法將低溫熱降到最低，然后再考慮其回收；根據能量守 恒定律，低溫熱的降低，必然帶來外部能量供應的降低，因而，可以顯著降低外 部能來能量消耗，同時，將低溫熱回收系統的負荷降到最低。再如，精餾系統的 20天津大學科技成果選編 21 能量優化，單純考慮精餾塔系統節能是一個局部優化，但是，從整個裝置的角度 考慮精餾塔系統的能量優化則是一個整體優化，整體優化的節能效果會更顯著。 隨著過程系統工程和熱力學分析兩大理論的發展及其相互結合與滲透，產生 了過程系統節能的理論和方法，把節能工作推上了一個新的高度。 主要包括： 1. 化工裝置潛力分析與瓶頸診斷 2. 工藝系統優化 3. 化工能量系統分析與集成優化 4 Total Site 能量系統優化 該技術成果適用于各類過程工業過程，包括石油化工、煤化工、精細化工、 食品化工、制藥過程、鋼鐵、電力等，技術成熟可靠，沒有風險，投資回收期可 控制在 1 年以內，也可根據工廠要求控制在 3 年以內。 技術原理與工藝流程簡介： （1） 化工裝置潛力分析與瓶頸診斷 采用數學及計算機技術對現場采集的數據進行分析，修正模型參數，建立與 現場操作數據基本吻合的機理模型，尋求對工藝及設備的深刻理解，診斷系統及 設備的潛力和瓶頸。 通過計算機模擬與標定計算，診斷裝置與設備的潛力及存在的瓶頸因素，通 過少量的改造或操作優化，實現裝置擴產或節能。 （2） 工藝系統優化 反應系統：采用夾點技術，有效利用反應熱。對于吸熱反應，則實現有效供 熱。 精餾系統：優化精餾塔序列及回流比、采出量，采用夾點技術實現精餾塔內 部及外部能量系統的集成優化，以及多效精餾、熱泵精餾、隔壁精餾等技術的優 化運用。 換熱網絡優化：通過夾點技術分析節能潛力，優化換熱網絡。對冷系統和熱 系統采用。 設備強化：采用計算機模擬技術優化工藝操作及設備選型，通過選用高效分天津大學科技成果選編 離、換熱、蒸汽回收裝置實現設備強化。設備強化同時帶來最小換熱溫差的變化， 進而，通過夾點技術，實現設備強化后的反應系統、精餾系統及換熱網絡的再優 化。部分裝置的優化效果可達 40%以上。本技術若用于工藝包效果會更好。 （3） 化工能量系統分析與集成優化 含換熱網絡優化和蒸汽動力系統優化二項內容。通過夾點分析和換熱網絡優 化技術，實現對用熱及用冷過程的優化，對新過程，一般可節能 20?40%，對已 有過程，一般可節能 10?30%。蒸汽動力系統優化含鍋爐系統，蒸汽儲能，熱電 聯產，燃料系統等的優化，節能效果在 10?30%范圍。 （4） Total Site 能量系統優化 以夾點技術為核心，從各裝置的工藝優化入手，首先實現能量需求側的優化， 然后對各裝置進行夾點分析和換熱網絡優化，使能量回收達到最優，然后考慮各 裝置之間的能量優化，最后是公用工程系統的能量優化。最終，做到全系統的能 量優化。Total Site 能量系統優化是工廠能量優化的最佳解決方案，可顯著提高 系統能效。 技術水平及專利與獲獎情況： 該技術具有近 30 年的研究歷史，數千套裝置的工業實踐，是美國國家能源 署首推的過程工業節能減排先進技術。 本項目組自 2008 年與英國曼徹斯特大學過程集成中心（CPI）展開合作，在 近 20 年過程模擬優化研究基礎上，消化吸收 CPI 的過程集成技術，經過 10 余個 工廠，近 30 套不同工業裝置（涉及石油化工、煤化工、精細化工、食品工業、 制藥工業、電力等過程）的工業實踐，積累了豐富經驗。 優化過的典型工業過程有： 20 萬噸/年二甲醚裝置優化 60 萬噸/年煤制甲醇過程優化 10 萬噸/年水玻璃生產過程優化 10 萬噸/年白炭黑生產過程優化 2 萬噸/年大豆制油過程優化 2 萬噸/年大豆蛋白生產過程優化 22天津大學科技成果選編 120 萬方/天天然氣處理過程優化 150 萬噸/年常減壓裝置優化 20 萬噸/年催化裂化裝置優化 4 萬噸/年氣分及 MTBE 裝置優化 2 萬噸/年 HFC125 裝置優化 應用前景分析及效益預測： 系統優化的目標是降低能耗和企業的生產成本，同時，帶來節能減排的社會 效益。 節能減排勢在必行，系統優化是幫助企業提高技術水平，實現節能減排的有 效技術途徑。 應用領域：石油化工、煤化工、精細化工、食品、制藥、電力等行業 合作方式及條件：面議

本成果可以幫助企業降低生產成本，提高經濟效益和市場競爭能力。其技術途徑是通過系統優化，降低企業的用能及原材料消耗，進而降低成本。可以起到節能、減排、增效、降耗的綜合效果。本成果以化工原理、化工熱力學、化工系統工程的原理和方法為基礎，以計算機模擬、過程集成為技術手段，著眼于整個系統的優化，可以顯著降低企業的能量消耗和物料消耗，降低生產成本。其特點是使用成熟設備的優化組合及優化操作，通過加工過程的合理化及能量發生、利用、回收、輸送的合理化達到節能、降耗、增效、減排的目的，技術成熟可靠。大多數節能工作著眼于局部。例如，低溫熱回收只著眼于低溫熱怎樣回收，本成果則通過系統優化設法將低溫熱降到最低，然后再考慮其回收；根據能量守恒定律，低溫熱的降低，必然帶來外部能量供應的降低，因而，可以顯著降低外部能來能量消耗，同時，將低溫熱回收系統的負荷降到最低。再如，精餾系統的能量優化，單純考慮精餾塔系統節能是一個局部優化，但是，從整個裝置的角度考慮精餾塔系統的能量優化則是一個整體優化，整體優化的節能效果會更顯著。隨著過程系統工程和熱力學分析兩大理論的發展及其相互結合與滲透，產生了過程系統節能的理論和方法，把節能工作推上了一個新的高度。主要包括：1. 化工裝置潛力分析與瓶頸診斷2. 工藝系統優化3. 化工能量系統分析與集成優化4 Total Site能量系統優化該技術成果適用于各類過程工業過程，包括石油化工、煤化工、精細化工、食品化工、制藥過程、鋼鐵、電力等，技術成熟可靠，沒有風險，投資回收期可控制在1年以內，也可根據工廠要求控制在3年以內

一、項目簡介可針對不同環境，完成震動能、壓電能、摩擦電能、光電能、熱能、化學能、風能、電磁能、射頻信號能等能量的收集、存儲，并根據需要為片上或片外低功耗傳感器提供穩定且低噪的輸出能量供給。此外，針對不同的傳感器結構和類型進一步提供豐富的接口電路，用來讀取傳感器所產生的感應信號。配合低功耗收發機模塊，可實現完整的無線傳感節點功能。二、特點12345678.電源管理部分靜態電流可低至 65nA；.整個 ASIC 功耗（包含溫度傳感）不足 1μW；.具有最大功率點追蹤；.匹配最小 16kΩ的厘米級以下壓電片.具有能量收集、存儲和調整輸出功能；.提供超低噪聲電源供給（10nA-100μA）片上/片外傳感器；.存儲的能量支持 ZigBee、Bluetooth 等低功耗協議間歇數據傳輸；.構建平均功耗小于 5μW 的無線傳感節點。三、市場情況本項目能以超低功耗實現完整無線傳感節點，在 IoT、環境監測等領域有良好的應用前景和社會經濟效益。四、技術成熟度此技術成熟，即將獲得專利授權，尋求與企業合作。-- 28 --西安交通大學國家技術轉移中心五、合作方式聯合研發 技術入股 □轉讓授權（許可） 面議

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。

本發明公開了一種能量受限條件下的全雙工中繼能量自回收通信方法及系統，屬于無線通信技術領域。每一個時隙被劃分為兩個子時隙，第一子時隙為信息發送階段，信源產生信息信號并發送給中繼，各中繼嘗試解碼該信號。第二子時隙為同步信息轉發與能量收集階段，系統從上一階段成功解碼的中繼中選取一個最優的中繼將解碼的信號轉發給信宿；同時信源向中繼發送能量信號，各中繼接收信源發送的能量信號以及最優中繼轉發的信號并轉化為能量，實現全雙工中繼的同步信息轉發與能量收集。其中，兩個子時隙時長由預設時間分割策略確定。通過這種方式，可以平衡兩個子時隙下中繼和信宿成功解碼的概率，達到降低系統中斷概率、提升系統能量效率的目的。