制造与工程科学领域

制造与工程科学领域

1. 高端装备设计、制造、运行和控制

针对国家发展高端装备的战略部署，研究能源动力、节能型冶金化工、材料加工、大型工程作业等装备高端功能形成的多学科原理、多技术界面、多功能模块耦合集成功能演化的机理、规律、设计方法和集成技术，研究高效能装备可靠运行和智能化控制的科学基础。

2. 高性能零件、构件制造

针对战略性新兴产业和重大工程用高端装备等对零件和构件的特殊需求，研究高性能关键零件、构件的结构与性能一体化设计和制造，多尺度结构热冷加工和处理、特种加工等复杂制造成形成性的科学基础。研究在复杂极端条件下的关键零件、构件的服役性能、失效机理（疲劳、腐蚀、磨损等）和全寿命安全评定。

3. 多尺度精密制造与微纳制造

针对信息产业、大型光学系统、科学仪器等对特种功能结构制造精度的极高要求，研究宏观尺度的纳米精度制造、纳米尺度亚纳米精度制造的原理、工艺；研究超高精度制造的数字化理论和方法。

4. 智能型装备与仿生制造

针对高端装备为生命健康服务的基本需求，研究和创新生机电融合的智能型医疗装备、康复装备。研究具有智能感知与识别、机器学习与推理、智能决策与功能自重建的智能型高端制造装备。

5. 超大型水利、海洋、交通工程基础设施设计、建设与运行基础问题 高坝大库和梯级水库群、深长隧道和金属/非金属矿井、高填方路基、大型海上浮式结构物及海上新能源开发工程等重大工程设计、建设与运行中的岩土力学、荷载、结构材料、动静力学等重大科学问题；研究其环境灾害作用、工程安全和重大力学基础问题。

6. 重大工程结构和工程系统全寿命周期安全

针对超高层建筑、特大跨桥梁、核能基础设施和复杂环境下的生命线工程等，研究大型复杂工程结构的损伤演化、健康监测与安全评定、性能控制和性能设计的理论与方法，研究在地震、台风等作用下，重大工程结构与工程系统的灾害孕育演化过程、灾害链效应、风险标准、评价和相应的抗灾防灾设计方法。

7. 重大工程的环境友好及可持续发展

研究重大工程建设和运行中实现环境友好及可持续发展的关键科学问题。建立在先进测试和信息技术上的实时化、数字化、标准化的大规模监测，

为重大工程的全寿命周期安全服役提供科学基础。

8. 面向制造和工程科学的模拟和验证

针对复杂装备和工程系统，研究设计、制造/建造过程的数理建模、数值仿真和虚拟运行的数字化及其科学基础，建立大型计算体系和软件；研究物理实验和数值模拟结合的新方法，研究数值模拟的验算或验证。

1、项目名称：有机/无机

二、技术发明奖

复合体系的界面设计及其应用技术

主要完成单位：南京大学、南京师范大学

主要完成人：沈健、吴石山、章峻、周宁琳、黄晓华、胡柏星 项目简介：

有机/无机复合体系的界面设计及技术决定了复杂体系性能与利用水平，是能源、复合材料及相关领域，建立新概念、发明新技术、创造新经济价值的关键。

本发明在“973计划”、“863计划”与国家自然科学基金等10项国家及省部级基金资助下，首先，从煤、SiO2、CaCO3、蒙脱土等多组分颗粒在水、煤油、聚合物（EVA等)多相复合体系中的界面相容与分散稳定性难题入手，通过系统探究与比较国内外关于粒子在液体中分散稳定性模型，基于有机/无机多组分、多相复合体系颗粒的均衡受力分析，进而发现了有机/无机多组分多相界面相容、长效稳定及功能化改性的依次四要素：（1）界面物质分子结构设计及结构控制；（2）空间位阻；（3）颗粒形貌和尺寸控制；（4）赋予材料特性的功能化基团的表面结构修饰。其次，基于上述发现的调控界面结构和作用力而控制复杂体系微观相结构为主导思想，发明了一类分子结构新颖和结构可调，并实现有机/无机多组分、多相复合体系相容与长时间稳定的水煤浆添加剂NDF-01。通过调控NDF-01分子中分子结构链长（调m值控制分子的柔顺性、调n值控

制分子刚性和体系空间位阻）和分子极性（调官能团R1、R2控制分子的表面电荷），实现了对煤/水等复杂体系界面结构控制；发明了高效节能球磨新工艺；分别制定了中国第一部燃烧用水煤浆添加剂产品质量标准和气化用水煤浆添加剂产品质量标准。第三，设计并合成了一类电荷及分子链长可调节的MAH等表面改性剂和发明了改性新方法，实现了对填充颗粒静电位阻和空间位阻的调节；并发明了聚合物（PE、PA、EVA等，有机体系）复合材料无机颗粒、无机纤维填充改性和无机层状填料的级配新工艺。第四，设计并制备了具有广泛应用前景的PS/SiO2纳米复合球和空心SiO2纳米球、新型烷基化SiO2纳米骨架复合吸附剂。第五，针对生物材料/细胞复杂界面，构建了有机/无机界面相容与稳定性研究的新体系及细胞电化学测试新方法。

本发明先进性在于：（1）以科学原创研究为创新基础：在Chemical Reviews（IF 5year28.28）、Biomaterials（IF 5year6.67）等SCI期刊发表论文119篇；被Chem. Soc. Rev.（IF5year18.17） 、J. Am. Chem. Soc.（IF 5year8.25）等SCI期刊引用785次， 单篇他引203次；其中，制备的PS/SiO2纳米复合球的TEM照片，被刊登在Chemical Reviews期刊封面上；NDF-01被日本宇部兴产株式会社评价为“世界上性能最佳的水煤浆添加剂”，被以詹隆为主任专家委员会评为\国内首创，整体水平达国际先进”； 细胞电化学测试系统被陈洪渊院士等专家组认为，“系统的设计很有特色，这套系统的构建将有利于促进交叉学科的研究与特色研究成果的形成，尤其对生物材料与细胞相互作用研究”；纂企业标准2部；出版专著2部并被82个方向的学术期刊广引。（2）以科学为基础的该项技术创新: 共获中国发明专利授权28项、申请10项（美国高技术专利、中国国防专利各1项）；国家重点新产品证书1项。（3）科技转化创新经济价值：上述发明应用于多领域及10家企业，已新增产值人民币51.917亿元、利税6.479亿元并获江苏省科技进步一等奖。（4）创建了特色研究体系和平台并辐射82个交叉学科研究方向。

主要完成人对本项目技术创造性贡献： 沈健

1、项目总体设计、技术方案的制定、组织实施及关键技术的确定。

2、纳米水煤浆添加剂的合成，生产工艺的调整与优化及其推广应用工作。 3、指导课题组师生共同完成上述所有研究工作。

吴石山

1、作为沈健教授团队的主要成员之一，参与本项目1.4的主要工作； 2、作为沈健教授团队的参加人员，参与本项目1.3的部分工作；

3、作为沈健教授团队的参加人员，参与本项目1.1和1.2后期的部分工作； 4、协助沈健教授指导了硕士研究生14名、博士研究生4名。 章峻

1、作为沈健教授团队的主要人员之一，参与本项目1.3的主要工作； 2、作为沈健教授团队的参加人员，参与本项目1.2和1.5的部分工作； 3、协助沈健教授指导了研究生4名。

周宁琳

1、作为沈健教授团队的主要人员之一，参与本项目1.3的主要工作； 2、作为沈健教授团队的参加人员，参与本项目1.4和1.5的部分工作；； 3、协助沈健教授指导了硕士研究生20名、博士研究生1名。

黄晓华