技术成果

质子交换膜（PEM）燃料电池电堆

质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cells, PEMFCS）是一种将氢气 （H ）和氧气（O ）中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置，其具有能量效 2 2 率高、功率密度大、无腐蚀和环境污染等诸多优势，已然成为当前最具发展前景的新能源技 术之一。作为一种具有巨大潜力的清洁能源技术，氢燃料电池将成为工业脱碳过程中不可或 缺的一环。氢燃料电池属于国家重点发展的战略性新兴产业。到2025年为止，氢燃料电池已 经广泛应用于重型燃料电池车辆、航天器、数据中心和仓储等领域。未来，氢燃料电池的潜 在应用领域将进一步拓展，包括便携式电子设备、医院和军事等领域。燃料电池在中国乃至 世界的发展前景均十分广阔。 氢能装备先进制造中心可为客户量身定制不同功率的氢燃料电池电堆和系统，包括催化 剂、膜电极、石墨和复合双极板、密封件及模具等电堆关键零部件。  项目阶段与进展 可以与企业合作开发不同功率的世界技术领先的氢燃料电池电堆  知识产权情况 量身设计自主知识产权  应用前景 氢能交通、无人机、热电联供系统  合作方式 共同开发、技术许可、技术转让、技术服务等 -53- 新能源

生物过程优化放大及智能生物反应器技术

一、生物过程优化放大技术 以各种发酵产品为对象开展微生物细胞大规模培养过程研究，实现过程优化与放大，由 此形成先进的生产工艺和工程放大技术。针对微生物发酵生物过程的高度复杂性，本研究团 队在长期的研究和实践中，形成了微生物过程多尺度参数相关分析过程优化方法和反应器流 场特性与生理特性相结合的发酵过程放大方法，从工业过程中凝练出科学问题，开展基础研 究、关键共性技术研究与产品技术研究，形成了具有自主知识产权的专用研究设备，以工艺 工程装备一体化为工厂企业服务，形成的研究技术在医药、食品、轻工、农业、能源、环境 等领域发酵产品中广泛应用，为相关的工业生物技术企业技术进步、提升产业技术水平做出 重大贡献。 形成的关键核心技术包括：1）多尺度参数相关过程优化研究技术；2）CFD流场特性与 生理特性研究相结合过程放大技术；3）过程宏观代谢流、传感器配置与在线数据处理技术； 4）发酵过程计算机数据处理与控制软件包；5）稳定性13C微观代谢流测定技术；6）生物 过程大数据与智能分析平台；7）大型发酵罐工程设计与改造技术；8）联动并行多尺度反应 器系列开发技术；9)生物过程在线分析技术（PAT）。

挥发性有机物（VOCs）流化床吸附浓缩技术

技术简介及特点 中国科学院过程工程研究所开发的多层流化床吸附浓缩-催化氧化技术是处 理低浓度、大风量 VOCs 的有效手段。与传统的固定床吸附浓缩和转轮吸附浓缩 相比，流化床吸附浓缩技术可以实现连续操作、净化效率高，浓缩比可达 10-20 倍。流化床层温度均匀，无局部过热现象，安全可靠；流化床压降低、可显著降 低能耗；后续既可用于催化燃烧，也可进行溶剂回收。同时，研究团队研制了适 用于流化床的高耐磨性能球形吸附剂，性能指标优于国内外同类产品。 专利及进展情况 申请专利 2 项，其中获授权 1 项。2017 年 12 月全国 VOCS 监测与治理高峰 论坛上被中国环境科学学会评为优秀创新设备奖（共 7项）。 产业化前景分析 挥发性有机物（VOCs）是重要的大气环境污染物之一，也是形成细颗粒物 (PM2.5)和臭氧的重要前体物质。VOCs 治理目前是我国大气污染治理的重点和难 点。“十三五”期间 VOCs 治理市场将迎来爆发式增长，市场规模预计将超 2000 亿元。在集装箱制造、印刷、家具喷涂、电子制造、化工制药等行业生产过程中 会有大量的 VOCs排放，采用流化床先吸附浓缩再催化燃烧或溶剂回收技术，具 有环境友好、节能减排和显著的社会经济效益，推广应用前景良好。 转化方式 技术转让 许可使用 2万m3/h的流化床吸附浓缩-催化燃烧装置适用于流化床的高耐磨性能球形吸附剂 双流化床气化技术

硅碳负极材料制备工艺

技术简介及特点 电子设备和电动汽车的快速发展对锂离子电池的容量和能量密度提出了越 来越高的要求。硅材料具有高达 4200mAh/g 的理论容量，储量丰富，嵌/脱锂电 位适中等优势，有望替代石墨成为新一代锂离子电池负极材料。但硅负极在脱嵌 锂的过程中伴随着体积膨胀（高达300%），导致硅颗粒破碎、粉化，使材料失去 活性。由于这种体积效应，硅在电解液中难以形成稳定的表面固体电解质(SEI) 膜，导致充放电效率降低，加速容量衰减。此外，硅自身的电导率不高，倍率性 能差，严重限制硅在锂电池负极材料中的应用。将硅纳米化，制备纳米结构的硅 /碳复合材料，是提高锂电池的负极材料电化学性能的有效方法。本技术以工业 废硅渣为原料，经过提纯、粉碎得到纳米硅，或以市售纳米硅为硅源，与石墨复 合，引入特定的包覆剂和导电剂，使纳米硅均匀分布在石墨表面，形成完整的包 覆结构，解决了硅的循环稳定性差的问题。开发工艺不涉及苛刻条件，易放大制 备。 专利及进展情况 已申请 4项中国发明专利。制备的硅碳材料具有优异的电化学性能，可实现 容量为 400－550mAh/g 硅碳的公斤级制备，首效>90%，0.5C 循环200 周容量保 持率>90%。600mAh/g 以上硅碳材料首效>85%，0.5C 循环100 周容量保持率>80%。 产业化前景分析 据统计，2017年中国锂电池硅碳负极材料产量已经超过 1500吨，同比增长 超过 130%。但从来目前市场总体产量来看，仍相对较小，在全年锂电负极材料 总产量中仅占比 1%，整个锂电硅基材料行业仍处于积极建设时期。预计到2020 年，负极材料的需求量将达到 29.3

SIASPR型安防雷达

用于大型设施和重点区域的周界防护，提供一种类似实心墙体的防护区，实时对获得入侵物的大小、方位、距离和速度等信息，可为大型场馆、监狱、核电站等重点区域提供先进、可靠的解决方案，避免传统红外对射式周界探测存在的“一步跨越”等问题。中心频率：24GHz·工作方式：对射式·探测距离：>150m·目标尺寸：150m距离，36kg以上体重爬或滚动的人，或类似Φ30cm以上球体的金属移动物体·数据更新率：10ms·探测概率：>99％·工作环境：-40～70℃ 平台建设单位： 中国科学院科技创新发展局 中国科学院办公厅 国科控股 中国科学院科技战略咨询研究院 --> 中国科学院成都文献情报中心 蜀ICP备05003827号-12 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000006 版权：中国科学院 主办：中国科学院科技创新发展局 承办：中国科学院成都文献情报中心 找错--> 微信小程序 --> 中国科学院知识产权信息

工业测距与防撞雷达系统

采用毫米波探测技术，用于测量长量程各种固体、液体、塑料以及各种石化产品的料位。雷达技术是物位测量领域中一种重要的先进技术，具有非接触、低维护、不挂料、抗粘附、高性能、高精度、高可靠性、使用寿命长等优点，与TDR(导波雷达)、电容、重锤等接触式仪表相比较，具有不可比拟的明显优势。·中心频率：24GHz·距离探测精度：0.1m（距离＞10m，误差1.5%）·最大探测距离：100m·系统供电：9～36V·温度范围：-30～75℃·通信接口：RS485或RS-232串行数据接口，波特率为9600～115200bps可调；支持多用接口协议，并可根据用户需求定制 平台建设单位： 中国科学院科技创新发展局 中国科学院办公厅 国科控股 中国科学院科技战略咨询研究院 --> 中国科学院成都文献情报中心 蜀ICP备05003827号-12 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000006 版权：中国科学院 主办：中国科学院科技创新发展局 承办：中国科学院成都文献情报中心 找错--> 微信小程序 --> 中国科学院知识产权信息

聚甲基丙烯酰亚胺（PMI ）泡沫制备技术

聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫由甲基丙烯酸（MAA）与甲基丙烯腈（MAN）共聚物发泡得到的 闭孔、刚性硬质泡沫。PMI 泡沫呈白色或浅黄色，具有轻质、高强、环保、耐高温、低介电、易加工、耐 疲劳、易粘接、高闭孔率等特点。PMI泡沫与碳纤维，玻璃纤维，铝合金等通过三明治结构组成的新 型复材料，可以简化工艺，缩短周期，解决蜂窝芯材所面临的孔格粗、易吸潮、易脱粘的问题和传统 泡沫芯材强度低、模量低、耐热性差的问题，提升复合材料夹层结构件的寿命可靠性。在航空航天 领域，某些部件泡沫夹层结构已取代蜂窝夹层结构，成为飞行器减重增强的手段之一，PMI泡沫在 适当高温处理后，能承受复合材料固化工艺的高温要求，使得PMI泡沫在航天航空领域得到了广 泛的应用；雷达天线系统中，PMI 泡沫在电气性能上具有良好的电磁波穿透特性，机械性能上也 能经受外部恶劣环境的作用；PMI 泡沫与碳纤维，玻璃纤维，铝合金等通过三明治结构组成的新 型复材，更可应用于无人机，风力发电，汽车制造，轨道交通，船舶游艇等多个领域。 本项目研发了一种独特的 PMI 制备工艺技术，制备的 PMI 泡沫高分子链具有完整的酰亚胺 环结构及链间交联结构，极大地提高了材料的耐热压性能，并且，我们的PMI泡沫具有优异的高温 尺寸和重量稳定性，为复合夹芯材料制备工艺提供了必要的质量保证，克服了PVC、PUR 等芯材在 热压成型过程中可能出现的泡沫崩塌以及面料结合不牢、闭气鼓包等质量问题。目前得到产品经 过检验指标远高于市售高品质产品。

高效非球面光学元件加工技术

非球面光学元件包括抛物面、椭球面及双曲面等。非球面光学元件可获得球面光学元件 无可比拟的成像质量，可用来校正像差和改善像质，可以校正场曲外的单色像差。同时，非球面 可以简化光学系统结构及减轻系统重量，基于 Preston 理论，我所采用计算机控制光学表面 成型技术（Computer Control Optical surfacing-CCOS），通过控制去除函数及驻留时间函数 实现非球面高效去除。目前，我所研制的非球面面形精度 PV(Peak-Valley) 可达到 1/8λ，RMS （Root-Mean-Square）达到1/50λ，非球面口径可达到400mm。非球面光学元件在民用光电产品 应用非常广泛，如摄像镜头、望远镜及医疗仪器等，国内市场的空间很大。

极端高压原位光谱测量系统 研究中心。但同时也体现了一个突出的问题，很多学校和研究机构买不到适合自己研究的高压光

合作方式 压力是一个独立于温度和化学组分外的重要热力学参量。20 世纪以来，随着高压技术的不断 技术入股 发展，这一热力学参量在诸多学科领域都引起了人们的广泛关注。作为一种极端条件，高压科学与 投资规模 技术如今已经实现了与物理学、化学、材料科学、地球科学、生物学、新能源科学、行星科学、食品科 学等学科领域的交叉发展。高压极端条件下材料性质的研究，需要将样品放置于金刚石对顶砧中 100 万 ~500 万 进行相应的谱学表征。 对于极端高压条件下材料性质的表征需要进行原位光谱测量，我们课题组 自主设计研发多套高压原位光谱表征探测系统。其包括： 1. 高压原位压力标定装置； 2. 高压原位紫外-可见吸收光谱探测装置； 3. 高压原位荧光探测装置； 4. 高压原位时间分辨光谱探测装置； 5. 高压原位偏振拉曼光谱探测装置； 6. 高压原位红外吸收光谱探测装置； 7. 高压原位超快瞬态吸收光谱探测装置。 上述搭建光谱探测装置的各项性能指标处于国内领先位置，同时我们已经申请多项发明专 利和计算机软件著作权。我们以上述实验装置进行科学研究，在 Light-Science & Applications， Nanoscale Horizons，Advanced Optical Materials，Journal of Physical Chemistry Letters等 期刊已经发表多篇论文。

高比能超级电容器关键电极材料产业化技术研发

超级电容器作为一种非常重要的电化学储能器件，具有充放电时间短、使用寿命长、温度特性 好、维修成本低和绿色环保等优点，在智能电网、储能装置、动力电源系统以及诸多电子设备上有 着广泛的应用市场。超级电容器的发展核心在于获得高性能电极材料。本项目中，我们发展了化学 剥离法、模板法、活化等方法宏量制备出性能优异的石墨烯、石墨烯基碳材料、层次孔炭等材料； 同时，提出高倍率性能电极材料（如磷酸铁锂、磷酸铁锂/石墨烯正极材料、磷酸铁锂/ 石墨烯/ 石 墨正极材料、钛酸锂、钛酸锂/石墨烯和石墨烯@层次孔炭等负极材料）的新制备工艺，为百公斤 级批量化生产和产业化提供技术储备。 技术指标：单个器件的能量密度能达到20~60 Wh/kg，功率密度达到15 kW/kg，且具备良 好的循环稳定性和倍率性能。 应用领域：电动汽车辅助或主动力源、智能电网等。

柔性硅薄膜太阳电池

柔性硅薄膜太阳电池是指在柔性衬底上沉积制备的一种薄膜电池。结合不同的柔性衬底（不 锈钢、高分子聚合物等），其具有低成本、低耗材（电池厚度仅为晶体硅的百分之一）、高工艺兼容 性、可弯曲、高功率质量比等巨大的优势。这使制备的柔性硅基薄膜组件具有可卷曲、折叠收纳， 便携性强、耐损伤等诸多特点。因此，柔性硅薄膜电池组件在光伏建筑一体化（BIPV）、临近空间 飞行器，可移动电子设备等诸多特殊领域中发挥不可替代的作用。本组结合柔性硅薄膜的特性， 开发出高沉积速率、高稳定性、低成本、高功率质量比的柔性硅薄膜太阳电池组件。选用30um厚 2 的不锈钢为衬底，结合优异性能的单结电池和良好的遂穿结技术，制备出面积为200cm 效率高 达 11.9% 的非微双结电池。制备出的柔性硅薄膜太阳电池可固定于飞机翼上，代替充电电池；可 做成充电纸应用于充电宝、平板电脑等需要充电的器件。并且电池经枪击实验后依然可以正常工 作，说明本组制备的柔性硅薄膜电池不仅结构简单，而且耐损性极强。本组目前致力于研究大面 2 积（不低于250cm ）高分子聚合物柔性衬底硅薄膜太阳电池，效率可达12%以上，通过开发新 2 型封装工艺以及级联技术，制备面积大于 1m 组件，效率可达 10% 以上，并可以通过严格的环 境可靠性测试。当前我组已授权的代表性专利：1. 一种结合柔性太阳能电池可发电自给的成像 装置。专利号：ZL.201720257860.22. 一种基于柔性薄膜太阳能电池的卷轴式充电宝。专利号： ZL201620296917.53.一种可折叠可太阳能充电的平板电脑外壳。专利号：2016204215581.

柔性钙钛矿电池

钙钛矿电池作为光伏领域的新型薄膜电池，在短短几年内，其效率已达到22.7%，获得了国内 外的广泛关注。并且凭借轻质、柔性、弱光敏感以及可多种技术加工的方法实现大面积制备等优点 迅速崛起，在日常生活、高新技术、国防军工等各个领域都显现出广泛的应用前景，尤其是便携式、 柔性及消费电子领域，如帐篷、背包、光伏建筑一体化以及飞艇、野外装备等军民融合领域，已初步 具备了商业化的潜力。本组与陕西师范大学合作，共同研发出具有自主知识产权制备钙钛矿薄膜 的新方法（柔性真空交替沉积法、真空双无机前驱体共蒸发法等）。获得如下成果：1.使平面型电 池效率（美国Newport认证效率）大幅提升至21.5%，是该类型电池的世界最高效率，而且电池在 大气环境放置两年后效率仍然高达17.85%。2.在室温条件下，制备的柔性钙钛矿电池，2015年电 池效率达到15.07%，突破了当时的世界纪录，通过改进界面修饰，研制的平面型钙钛矿电池效率 达到19.6%以上，柔性电池效率达到18.4%，再次突破当时的国际最高效率。3.发展了升温析晶 法快速制备大尺寸钙钛矿单晶及切割方法，在短时间内获得大尺寸优质单晶体。并制备出超低缺 陷态密度和高载流子寿命的超大单晶体（>120 mm）。4.创建了高性能大尺寸钙钛矿单晶制备、单 晶薄片及光电器件制备技术。创建了厚度和形状可控的直接生长大面积超薄钙钛矿单晶片方法。5. 通过开发新技术获得了优良稳定性的大尺寸钙钛矿单晶。首次制备了钙钛矿单晶光电器件，光探 测响应速度较微晶薄膜器件提高了 200 倍，且稳定性得到了显著提高。目前本组结合产业化的需 求，主要致力于在PET衬底上大面积（宽度16cm，长度20m）柔性钙钛矿电池的开发研究。

锂金属固态电池

（1）动力电池是新能源汽车的心脏。为践行国家“十三五”新能源发展战略，推动新能源汽车 的进一步推广和使用，开发高比能、长寿民、高安全的动力锂电池是关键。目前，传统动力电池面临 着续航里程低、安全性差等棘手问题。基于此，本项目主要从高比能正负电极材料设计、新型固态 电解质开发、电极电解质界面结构稳定化技术、锂离子固态电池结构构建以及原位机理分析等方 面，深入探索影响高性能锂电池的关键性因素，旨在开发高比能、长寿命、高安全的新能源动力电 池，尤其是全固态动力锂电池，进一步提升我国动力电池技术的发展，促进其在新能源汽车领域的 广泛推广和使用。 （2）技术指标：发展比容量>230mAh/g的高镍三元正极或>280 mAh/g富锂锰基正极材料， 比容量 >500 mAh/g 的过渡金属硫化物或 >1000 mAh/g 碳硫纳米复合正极材料；发展长循环金 属锂负极的结构设计及制备关键技术，开发预锂化新技术，有效抑制锂枝晶的形成；建立高离子 -3 电导率（>10 S/cm）固体电解质材料及隔膜的可控制备技术，合成出高稳定固态电解质。 （3）应用领域：新能源汽车、便携式电子设备电源、无人机、军事坦克。

微型锂氟化石墨烯电池

电子元器件技术发展很快，而且越来越趋于数值化、智能化、小微化、一体化，需要有高能量密 度、高安全性、长寿命的微型电池。锂氟化石墨烯电池，正极为氟化石墨烯材料，负极为金属锂，是 目前性能最佳的一次电池体系，锂氟化石墨烯体系的理论能量密度达到2180wh/kg。是目前一次 电池中能量密度最大的体系。 大连化物所研制的锂/氟化石墨烯微型电池，具有以下优势： 1、尺寸最小的铝壳圆柱一次电池，最小直径2mm，高6mm； 2、能量密度高，比锂锰电池能量密度高50%以上； 3、自放电低（≤ 1%/年）； 4、工作温度范围宽，可满足‒40~80 ℃ 的使用要求； 5、储存寿命长（> 10 年） 。 可应用于可穿戴消费电子器件（wearable consumer electronics）、网络电子器件（IoT）、 医疗监测治疗器件（medical monitoring & treatment）、传感、自然生态环境遥控监测和评估 (environmental remote tracking & evaluation)等。

成套技术 合作开发

千百年来，人类对宇宙充满了无限向往，一直没有停下探索的脚步，随着科学技术的进步，人 类的脚步越走越远，深空、深海、深地、两极逐渐成为了新的目标，上述极端环境应用场景的探索通 常与重要的科研活动和重大的国家战略需求紧密关联，确保极端环境下的装备优势变得至关重 要。开发满足不同极端环境条件下应用需求的电池技术具有重要科学价值和重大战略意义。 极端 条件下的科研活动需要面临极低温、高温、宽温区、高气压与高水压、低气压、紫外和宇宙射线辐 照、极高加速度、盐雾环境等多种环境。极端环境条件对电子设备和装备的能源系统提出了更严苛 的挑战。现有电池和超级电容器技术在极低温下、高温下、深空、深海、深地、强辐射等环境下无法 正常工作，容易失效，相关的基础科学知识和关键技术在全球范围内都非常欠缺，原创成果也较为 缺乏。探索极端环境下电池的热力学、动力学和稳定性等基础科学问题，开发新材料、新技术、新器 件和新系统，既具有重大的科学意义，也具有重大的应用价值，将是未来技术竞争的高峰。 电解液是储能系统必不可少的组成部分，开发极端环境下的可稳定工作的电解液具有重要意 义。离子液体具有高的电导率、宽电化学窗口、在极宽的温度范围内具有不挥发、不易燃和绿色环 保的特点，特别适用于极端环境（如高温、高真空）中，通过合适的溶剂复配又可满足极低温环境， 所以开发基于离子液体的电解液体系，不仅具有极高的科学价值也必将具有极高的经济价值。 通过本项目的实施，拟实现以下目的：（1）形成100吨级离子液体生产技术工艺包，建成一条 10 吨级示范生产线。（ 2） 研发1种及以上高离子导电率高、高温稳定的低成本高压离子液体基电 解液，使其在高温（120℃）条件下电化学窗口≥3.8 V，液程：-85℃-300℃，水含量≤10 ppm。（3） 研制出基于离子液体电极液的高比能、耐高温和耐高压的圆柱型或软包超级电容，充电电压≥2.

烟道脱硝氨逃逸监测系统

必要性及需求分析:氨气是在制冷、化肥产业、工业脱硝等行业中使用的一种重要碱性气体，具有一定的毒性。脱除NOX的控制技术中，不论是选择性催化还原法（SCR）还是选择性非催化还原法（SNCR）在燃煤型发电厂都得到了越来越多的广泛使用。过量的氨注射到整个管道或是管道的部分区域都会导致氨逃逸。逃逸的氨将与反应器后部烟道内工艺流程中产生的硫酸发生反应，形成盐类沉淀在锅炉尾部更远区域。这些沉淀物能腐蚀和污染空气预热器，从而带来昂贵的维护费用。本单位研发的氨逃逸监测系统针对工业烟道氨逃逸原位监测的需求，基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)，结合先进的光机设计、微弱信号检测技术、计算机软硬件技术，具有高选择性、抗高粉尘、测量精度高、可靠性好、响应速度快、非接触式在线监测等诸多优势，为我国工业脱硝过程的监控和烟气安全排放起有效的技术支持。技术优势系统采用近红外可调谐半导体激光器（TDL）作为光源，激光器发射出特定波长激光束，通过光纤传送到光学传感单元，穿过被测气体，将接收的光信号转换成电流信号通过信号线传至分析主机，通过分析因被测气体吸收导致的激光光强衰减，实现被测气体浓度的精确反演。避免背景气体的交叉干扰：TDLAS技术是一种高分辨率、高选择性的吸收光谱技术。与传统红外光谱技术不同，其采用的TDL光源的光谱宽度远小于特定气体吸收谱线的宽度，避免了背景气体间的交叉干扰。不受粉尘与视窗污染影响：氨逃逸监测系统采用气体直接吸收绝对测量的方式。依据Beer-Lambert定律，因为激光传输光路中的粉尘或视窗污染造成的入射光与透射光的光强减弱是等比例的，通过除法运算以及光谱扫描技术获得气体吸光

气象参数廓线测量激光雷达设备

必要性及需求分析:地球大气是人类赖以生存的最基本要素之一，是气候气象和环境变化的重要场所。作为最基本的大气参数，大气温度、水汽和风场的高垂直分辨率和高精度测量一直是地球大气探测的重点和难点，也是关系气象预报、气候模式、大气污染预警和控制的重要输入参数。当前，实现地基气象参数廓线探测的主要手段包括：无线电探空仪、微波辐射计、风廓线雷达和激光雷达。比较而言，激光雷达作为一种主动遥测设备，是唯一能够同时实现对大气温度、水汽和风场的高精度廓线测量，以及大气气溶胶和云层光学特性廓线测量的观测手段，并且在时间和空间测量分辨率，自动连续观测能力和测量路径唯一性方面具有显著优势。因此，气象参数廓线测量激光雷达设备将成为未来地基气象参数高精度廓线测量的重要观测仪器,具有很好的市场需求和应用前景。目标及主要任务:在现有大气探测激光雷达设备研制基础上，着重对系统的运行可靠性、环境适应性和数据准确性等关键技术进行攻关，并在气象部门认可的监测站进行设备的业务化运行考核和应用示范，为未来设备的产业化生产和业务化推广奠定基础。主要任务：（1）形成气象参数廓线测量激光雷达设备的定型和完善，实现在大气边界层内大气温度误差≤1k，水汽误差≤0.5g/kg，风速误差≤1m/s和风向误差≤10°的高精度廓线测量，以及对流层大气气溶胶和云层结构误差≤30m，消光系数误差≤15%的高精度廓线测量业务需求。（2）在气象部门指导和配合下，完成气象参数廓线测量激光雷达设备的业务化考核，形成完备的激光雷达观测业务规范和行业标准，并在气象部门认可的监测站点进行不少于1年的应用示范。现有工作基础:目前，在原有激光雷达基础上，已组装一

气溶胶微物理参数激光雷达

必要性及需求分析:近年来，随着激光技术、光机技术、信号探测与采集技术的不断提高和新的探测原理与方法的不断涌现，激光雷达取得了长足的技术进步，并在大气、海洋及空间等领域得到了愈来愈广泛的应用,其探测平台也由地基、车载、机载和船载发展到星载。气溶胶激光雷达的探测技术也由原来的米散射探测发展为偏振探测、拉曼探测和高分辨率光谱探测。随着气溶胶科学及其气候效应的深入研究，人们对大气气溶胶光学和微物理参数廓线的测量已经成为重点，而综合偏振拉曼散射技术和CCD侧向散射技术的多波段激光雷达显然是一种强有力的探测手段，在此基础上获得的大气气溶胶微物理参数垂直分布规律显得尤为重要。安光所激光雷达技术研究室已成功研制可移动式三波长拉曼激光雷达，并增加CCD探测通道，使用多通道气溶胶光学参数（后向散射系数，消光系数，退偏振比），反演具有垂直分布信息的气溶胶粒子谱分布和复折射指数等气溶胶粒子微物理参数的廓线信息，所获得参数为气溶胶辐射传输模式和气候模式研究中的关键输入参数，对辐射效应研究和气候变化研究有着非常重要的意义。目标及主要任务:在已有激光雷达技术和研发平台的基础上，研制适于野外全天候自动运行的可移动式多波长拉曼CCD激光雷达产品，获取包括复杂天气（如雾霾）下对流层（尤其边界层）内气溶胶微物理参数的垂直分布信息。增强微物理参数激光雷达产品研发、测试、批量生产和示范应用能力。为此要完成以下主要任务：（1）一体化激光雷达方舱系统，包括环境监视和控制、数据传输和交互、故障反馈和保护等，使得激光雷达适用于野外全天候自动运行；（2）激光雷达模块化生产，包括激光发射光学、信号接收光学、后继光学、数据采集控制模

流场诊断技术与应用研究

必要性及需求分析:随着空间技术和高超声速飞行器技术的迅速发展，发动机燃烧流场诊断技术应运而生。发达国家已经将激光光谱流场诊断技术广泛应用于航空航天发动机的研究中，其诊断结果的真实性与可靠性是计算机数值模拟无法替代的，这对于提高航空航天发动机设计质量、缩短研制周期、减少型号研制风险起到至关重要的作用。目标及主要任务:激光吸收光谱技术作为一种非接触式光学测量方法，在不干扰流场前提下实现动态瞬时测量和空间立体测量，达到时间信息和空间信息的高度结合，从而实现发动机流场建模优化和发动机性能监测、燃烧过程参数匹配等终极目标。在研究过程中主要有以下几个方面的任务：（1）高温环境下气体分子高分辨率光谱特性研究；（2）基于分子光谱特征的多参数反演方法研究；（3）多光路吸收光谱温度、组分场分布测量与重构方法研究；（4）弹用尺度超燃冲压发动机台架实验流场诊断应用；（5）超声速风洞流场诊断应用。现有工作基础:在十二五科技重大专项以及预研基金的支持下，实验室现在已经拥有以下实验设备和研究成果：（1）基于电阻式加热（最高温度2000k）和感应加热（1500k~2800k）的高温炉，用于气体光谱参数的标定；（2）针对风洞模拟低温、低压来流状态监测需要，建立了工作温度范围100K~350K的低温、低压光谱研究平台；（3）基于甲烷/空气预混层流燃烧路的场分布重建研究平台，用于实际燃烧光谱干扰确认及二维温度、浓度场分布重建算法研究；（4）建立了空气来流小型超声速风洞，试验段额定马赫数为2.2，用于流速测量、质量流场捕获测量方法研究；（5）多次外场实验所得到的良好测量结果和工程应用研究经验。预期经济和社会效益:在“

大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统

必要性及需求分析:目前，我国环保和气象已经开展沙尘暴监测网和大气成分监测网络建设，面临设备国产化率低、关键部件依赖进口的局面，急需发展自主产权的大气气溶胶细粒子和臭氧时空分布的快速在线监测技术和系统，扭转长期以来国家缺乏大气细粒子和臭氧时空分布监测数据而相关研究工作又依赖国外仪器设备的局面，通过自主创新，支撑激光雷达探测技术产业化，实现气溶胶和臭氧的多参数自动探测，促进激光雷达系统的小型化、自动化和网络化，建立分区域灰霾和臭氧探测技术标准和评估方法，探究灰霾、光化学烟雾等城市污染形成机制。目标及主要任务:发展具有自主知识产权的大气细粒子和臭氧时空分布的快速在线监测技术和系统，仪器开发目标是：开发具有自主知识产权的激光器、瞬态记录仪等关键设备，突破激光雷达关键技术瓶颈，研发精确反演和应用软件；集成项目前期自主研发的技术成果，研制工程化的大气细粒子和臭氧激光雷达探测系统工程化样机，使激光雷达的国产化率从目前的30%提高到80%以上。现有工作基础:安徽光机所环境光学中心为国家环境保护环境光学监测技术重点实验室和中科院环境光学与技术重点实验室，在光学技术的遥测系统研发和应用等领域具有较为丰富的技术背景和相应技术队伍。在激光雷达探测研究方面，已开展基于米散射偏振激光雷达、拉曼雷达、臭氧雷达、水汽雷达、微脉冲雷达等多种类型的大气气溶胶探测研究，并结合风廓线雷达对颗粒物的跨区域输送通量进行了研究。在“863”项目的支持下，已成功研制拉曼激光雷达系统，完成对大气颗粒物中细粒子空间分布测量技术的研究；科技部重大仪器专项“大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统研发与应用示范”自主研发的多波段雷达，运

水体藻类荧光光谱在线分析仪

必要性及需求分析:目前水质安全在线预警技术的研究是国际上环境监测领域的一个研究重点。近年来，我国“水华”“赤潮”爆发日益频繁，已经严重威胁到了饮用水安全。分光光度法、高效液相色谱法等传统藻类测量方法，需要“现场采样-离线分析”，存在测量周期长、手续繁琐、测量时效性差，无法满足现代环境监测对藻类在线监测的需求，亟需发展不同种群落藻类的快速在线测量技术与仪器。目标及主要任务:水体藻类荧光光谱在线分析仪创新性地使用离散三维荧光光谱识别技术，结合独特的光机结构设计、信号调制检测理论、微弱荧光信号检测技术、多组分分类算法和计算机软硬件技术，实现了水体中蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻、隐藻实时分类测量。水体藻类荧光光谱在线分析仪大大简化传统藻类测量方法烦琐的测量步骤、降低环境监测的成本，显著提高环境监测部门对水体藻类的监测技术水平，为“水华”和“赤潮”的预警提供设备和技术支撑。现有工作基础:课题组已经攻克了水体藻类荧光光谱在线分析技术关键难题，研制了自主知识产权的第一代水体藻类荧光光谱在线分析仪工程化样机，仪器通过第三方性能测试和科技成果鉴定，进行了小规模试生产，并在巢湖、太湖、三江营水库等典型湖库进行了长期示范应用，并已有2台仪器销售2台。核心技术获得发明专利2项、软件著作权登记1项。预期经济和社会效益:目前，我国海洋局、环保总局和水利部等所属的约6000个环境监测点，若按今后5-10年内50％的监测站点配备一套水体藻类荧光光谱在线分析仪计算，总共约需3000套。国外同类产品按照目前的市场价格来算，每套约30万元人民币，仅此项就有约10亿人民币的巨大市场。另外，全国具有上万个自来水厂，这也将是一

危险超车预警系统

必要性及需求分析:随着我国汽车保有量的迅速增长，车流量交通安全越来越受到关注，据统计在交通事故中，由于超车失败造成的事故占很大比例且后果严重。为了有效的避免由于超车失败引起的事故，本项目将研制危险超车报警系统汽车电子主动安全产品，该系统可以识别危险的超车状况，并对驾驶员发出危险报警，提醒驾驶员做出正确的反映，避免超车事故的发生。目标及主要任务:本项目的研发内容主要包括：（1）环境车辆和自车运动状态识别。利用视觉、激光和雷达传感器，运用多传感器融合技术，研究快速准确的道路车辆行车状态感知算法；（2）危险超车预警策略研究。建立基于车辆行驶状态的超车安全模型，安全模型由自车行车动力学与环境车辆运动学参数为输入；（3）安全报警系统研究。研发基于视觉和声音的报警提示系统，能够建立随着危险状况紧急情况的分级报警提示；现有工作基础:本项目单位自主开发，拥有自主知识产权，目前申请发明专利2项，拥有广阔的市场前景。 平台建设单位： 中国科学院科技创新发展局 中国科学院办公厅 国科控股 中国科学院科技战略咨询研究院 --> 中国科学院成都文献情报中心 蜀ICP备05003827号-12 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000006 版权：中国科学院 主办：中国科学院科技创新发展局 承办：中国科学院成都文献情报中心 找错--> 微信小程序 --> 中国科学院知识产权信息

高精度光纤大气光学湍流强度与结构测量系统

必要性及需求分析:在人类赖以生存的蓝色地球上，空气的流动及由其带来的天气变化时刻关系着人类的生产和生活，也必然关系着整个生物圈的生存和繁衍。地球大气是一个复杂的、非线性的开放系统，大气的运动几乎总是处于湍流状态。湍流是大气中的物质和能量交换的主要方式，是大气污染扩散的重要途径，是气象科学研究的重要对象，是影响航空飞行安全的重要因素，也是先进激光光电系统在实际应用中必须面临的关键问题。“高精度光纤大气光学湍流强度与结构测量系统”是在中国科学院科研仪器研制项目的资助下，由合肥研究院研制的具有完全自主知识产权的光学湍流监测设备，其技术先进性国际领先。2012年完成实验样机研制，2014年完成便携式光纤湍流测量系统研制，2015年底完成远洋航行测试实验，其技术可靠性得到多方面验证。该设备集现代光纤传感技术、半导体光电子技术、高速数字采集技术和计算机软件技术优势于一体，实现光学湍流的快速、小型化、分布式探测。它利用非等臂长光纤干涉仪获得湍流信号，通过解调算法有效克服环境的干扰。通过持续研究，我们构建了光纤相位微扰传感器研制平台，掌握了光纤湍流传感器全套技术工艺。希望继续通过科技成果的产业化开发，降低设备的生产成本，提升设备的工业化水平，发挥该设备的更大市场价值，最终为形成有我国特色的自主知识产权的科技产品技术群起到积极的贡献。目标及主要任务:（一）目标：已完成的高精度便携式光纤湍流测量系统及光纤湍流传感器工艺技术为基础，建立光纤湍流测量系统100台套/年，光纤湍流传感器10000只/年的样板生产线，进行光纤光路集成化、快速光电探测器阵列模块化和嵌入式系统的技术攻关，同时建立天文台、激光传

云量自动观测仪

云量自动观测仪是新一代的地基云量自动化观测仪器，用于云图获取、处理 和云的定量分析。按照中国气象局综合观测司发布的《云量自动观测仪功能规格 需求书》的要求进行研制，并融合了计算机视觉、高动态曝光、光流计算、深度 学习等技术，可实现全天空云图的采集、处理和分析，获得全天空的可见光云量、 红外云量、总云量等信息。本产品可在无太阳遮挡装置情况下获取清晰无遮挡的 全天空图像，同时是国内唯一的可实现160°超广角红外云图观测的设备。 目前，已在全国多地开展应用示范，包括中国气象局探测中心、国家气候观 象台（寿县）、中国遥感卫星辐射校正场（敦煌、青海湖）、空军某部、合肥新桥 机场等行业标杆单位，并参与中国气象局组织的超大城市综合气象观测试验、受 邀执行2019年武汉第七届世界军人运动会气象保障，被选入中国气象科技展馆、 安徽省庆祝改革开放 40周年科技创新成果展及安徽创新馆。产品已成功取得气 象专用技术装备使用许可证，获得软件著作权2项、发明专利2项。

面向智能交通的计算机视觉产业化关键技术

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空间相贯曲线自动焊接计算机数字控制技术研究与开发

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基于多级服务器客户端模式的数据文件收发方法和装置

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科技情报大数据与计算机辅助创新设计系统

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红外热像（热波）无损检测技术

采用主动热激励技术对物体进行热激励，如果物体内部存在 缺陷或其它物理结构变化，热波的传播就会发生相应的变化，利 用红外热像仪记录物体表面温度场的变化过程，并进行红外热像 序列处理，就能提取出与内部缺陷或结构对应的特征信号，从而 可对内部缺陷或物理特性进行定量的检测和诊断。红外热像(热 波)检测是以瞬态传热、弹性振动、红外光学、信号处理和图像 处理等为基础的可视化定量无损检测技术，其应用场合贯穿于航 空航天结构产品全过程全寿命周期的各个阶段和工序过程，从产 品的设计、材料研究与制备、工艺研究与优化、结构件制造装配、 整机服役和结构修理都离不开无损检测技术的支持和核心配套。 本项目研发的红外无损检测设备通过超声波、脉冲光源、连 — 24 — 续光源等方式对被检测物体进行热激励，以红外热成像方式检测 物体的内部缺陷，具有单次检测面积大、速度快、可单面检测、 无需拆卸被检测部件、可在外场使用等优点，适合于多种形状固 体材料结构内部裂纹、分层或脱粘缺陷检测。其主要检测对象有： 材料内部微裂纹，复合材料的分层、脱粘和撞击损伤，热障涂层 和陶瓷部件上的微裂纹，管道内壁的裂纹和腐蚀坑，C/C复合材 料上的裂纹，固体发动机绝热层脱粘，航天胶接结构脱粘，焊缝 内部裂纹等多种材料内部缺陷。 脉冲热像检测设备(左)，飞机雷达罩试件(右) 热激励控制器和热像仪(左)，软件及雷达罩试件检测结果(右) — 25 — 技术描述： 本项目根据实际检测场景的特点，采取脉冲热像检测、调制 热像检测（Lock-in）、阶跃热像检测、超声热像检测、脉冲相 位热像检测、频率调制热像检测等多种不同的热激励形式，在被 检测物体内形成热波，配合红外热成像设备及相应计算机数据处 理算法，对零部件内部缺陷进行检测。 技术状态： 已经开发出台式、移动式和便携式三个系列，用于各类材料、 结构内部缺陷的无损检测，如航空、航天碳纤维、玻璃纤维复合 材料板壳结构的内部分层、脱粘、异物和撞击损伤，飞机装配时 复合材料的钻孔分层，固体发动机绝热层和包覆层的脱粘，蜂窝 结构和泡沫夹层结构的内部分层、脱粘、积水，飞机、无人机复 合材料蒙皮与

高效个体冷却技术及系统

在高温环境下工作人员由于热应激效应导致体能消耗过快 而使得作业能力下降甚至出现生命危险，为此近年来国内外在个 体冷却方面做了大量的研究工作。我国在这方面的研究工作起步 较晚，但也取得了一定的进展并研制出多种形式的冷却装置，多 用于航空航天、军用等领域，而医用和民用相对较少。目前主要 存在设备笨重，制冷效率不高，无法持续制冷等问题。 本项目攻克了制冷机微型且高效的关键技术难题，开发出可 穿戴式个体冷却装置系统，具有重量轻、体积小、效率高等优势 （仅重2.75kg，制冷量240W）。在单位重量制冷量（W/kg）、单 位体积制冷量（W/L）等关键综合技术指标上，均超过国内外已 报道的最好水平。该装置系统在军机、坦克、装甲车等高温作业 环境下人员个体冷却以及军用电子设备高效冷却等领域具有广 阔的应用前景，同时在在可穿戴设备、医用便携式冰箱和降温装 置、太阳能制冷等民用领域也有巨大应用潜力。 — 21 — 技术描述： 微型高效紧凑式换热器是微型制冷机的核心技术之一，本项 目研发出的型微通道板翅式换热器，与传统散热器相比，大大提 高了传热面积密度，解决了微型制冷机高效散热的难题，从而实 现了制冷机的微型化、轻量化。此外，本项目研发出的微型蒸气 压缩式制冷装置等技术也都处于国际领先和先进水平。 技术状态: 该项目研发的个体冷却装置已列装我军陆航、海军、空军等 部队，累计交付 500 多套，并出口近百套。成功解决了我军直升 机、舰艇等重要大型军事装备长期悬而未决的高温实战环境下作 战人员的个体热防护难题，并获得国防技术发明二等奖。 — 22 — 知识产权： 已获国家发明专利 1 项。