新突破不断,“黑科技”满满!今天,共同回顾北航2023-u0026#34;科研故事-u0026#34;!(2020年北航)

时至岁末,年关将近,北航校园里,几栋教学楼在冬日凛冽的寒风中伫立。透过明净的窗户,一群师生还在热火朝天地讨论最新研发的技术,丝毫没有被屋外的寒冷所影响。而他们的2023,同样是在一间间抵御烈日和寒风的实验室中度过的。

(因文章篇幅与资料有限,以下选取自官网/官微报道,仅为不完全统计,按照时间线排序)

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日历翻回年初,新一年伊始,材料科学与工程学院的刘知琪教授和蒋成保教授团队便收到了捷报。他们在磁存储材料研究中取得的新进展以全文Article的形式在Nature杂志上发表,在国际上首次实现了全反铁磁隧穿磁电阻效应,室温磁电阻最高可达100%,使超快速响应超高密度反铁磁随机存取存储器的研制成为可能。

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要想“上天”,材料可是其中很重要的一环,尤其是磁性材料作为航空航天、信息通信、智慧城市等高技术领域的核心材料之一,对于超高速磁存储的实现有着重要作用。面向国际学术前沿,面向国家重大需求,材料相关的“准备工作”完成后,这支青年人才队伍又开始向下一个项目发起了攻关。

2月25日,对于宇航学院“先进空间推进”的师生联合研究团队来说,是极其难忘的一天,由他们研制的国际首个容性储电离子液体电喷雾推进系统在轨成功应用500天,标志着离子液体电推进作为微推系统中的一种优质方案逐渐走向成熟,将对我国未来空间技术的发展产生深远影响。

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卫星发射和ILT-50离子液体电喷雾推力器在卫星上的位置

“优秀的理论基础研究应指导工程设计和应用,我们的成果能够服务于电推进产品的设计研制,是比发表论文更值得高兴的事情。”青年航天人员的涌现,为这一项目的顺利实施增添了青春力量,参与项目团队理论基础研究组的博士研究生成锦博和吴坤隆便是其中的两位。作为北航人,他们心中“空天报国”的理想信念格外坚定,也期待着下一次还能继续参与到重大的科研项目当中。

从星际漫步回到地球表面,北航人的身影依旧忙碌,两次承担我国大型飞机重大科技专项论证组织工作的北航在今年3月与中国商飞共建了大飞机研究院,为我国大飞机事业发展继续提供强有力的支撑,也在我国具有完全自主知识产权的国产大飞机C919执飞的首个商业航班中,刻下了北航的印记

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在航空航天领域“C位出道”的北航,也关注着日常生活中细小却极其重要的安全领域。就在今年4月,北航物理学院与国家纳米科学中心、德国卡尔斯鲁厄理工学院针对提高防伪标识的安全等级和伪造难度的问题在物理不可复制功能防伪系统方面取得重要进展,相关研究成果在线发表于《自然-通讯》,让市场上流通的“假货”无处遁形,为保护市场正常秩序和消费者合法权益提供了技术支持。

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常听说热电材料可以温差发电,但你听说过还能制冷吗?在精确制导、传感器和5G光模块等关键领域具有比传统的机械压缩式制冷技术更强的竞争优势。2023年5月26日,Science杂志报道了北京航空航天大学材料科学与工程学院赵立东教授课题组在电子制冷材料及器件的研究上取得的最新进展,团队制备的热电器件在300K温差下实现了12.2%的发电效率及室温下61.2K的最大制冷温差,推动了诸多科技自立自强等关键领域的精确温控进一步发展。

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每一个重大的科研项目都离不开前期夜以继日的尝试和探索。叩问苍穹,逐梦星辰,北航为国而生,与国同行,始终以服务国家为最高追求。今年6月,国家航天局探月与航天工程中心发布了《关于发放第六批月球科研样品的公告》,显示北航关于嫦娥五号月球科研样品的申请成功获批,交通学院李峰教授为样品使用责任人,这是北航获批的首份月壤样品

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获批借用的月壤光片样和粉末样 图源:探月与航天工程中心

李峰教授团队自2016年开始结合北航航空航天学科特色和交通基础设施专业背景,致力于深空交通基础设施智能建造方向研究。依据阿波罗17号计划采样返回的月壤样品数据制备了BH-1、BH-2两种型号的模拟月壤,制备了高强度的模拟月壤地聚合物建筑材料,提出了基于流变时变行为调控的模拟月壤地聚合物3D打印工作性提升方法。目前团队在Engineering(中国工程院院刊)等学术期刊/航天会议发表月壤相关的论文17篇。出版科普漫画《在月球上盖房子》。其中,模拟月壤研制的研究成果在2022年6月9日被中国工程院院刊Engineering官方微信公众号以“如何利用地球材料制备月壤”为题进行了头条报道。

在“上天入地”的北航人手里,“月壤”都是基本操作,他们还能让金刚石“自我修复”!北航郭林教授、岳永海教授团队与燕山大学田永君院士、聂安民教授团队通力合作对自愈合现象进行了深入系统的研究,采用原位扫描电镜和透射电镜力学实验方法从微纳尺度乃至原子尺度系统研究了纳米孪晶金刚石复合材料和单晶金刚石的自愈合行为。为设计和开发具有高耐久性和抗断裂性的脆性陶瓷材料开辟了新途径。相关成果9月21日发表于Nature Materials

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这样“神奇”的成果还远不止一件,10月《科技日报》材料版报道了航空科学与工程学院邵丽华教授团队将丝瓜络做成智能器件,再度受到了广泛关注。

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丝瓜络可作为应变梯度发电机为智能设备充电

团队科研人员受多孔丝瓜络巨挠曲电效应的启发,提出将多孔生物材料应用于绿色环保柔性发电机及其他智能器件的新策略,发表在了《美国科学院院报》(PNAS)上,课题组团队发现了天然多孔材料——植物丝瓜络的巨挠曲电效应,建立了力-电耦合模型,揭示了其力-电耦合机制,实现了具有最高比密度等效压电系数的优异性能,展示了丝瓜络作为绿色环保的柔性发电机及其他智能器件的应用实例和前景。

紧接着人工智能研究院的郑志明院士团队就在脑科学研究领域取得重要研究进展,相关成果发表于Nature Communications。该项研究促进了对跨模态联合皮层的结构-功能耦合的解释,为理解大脑复杂功能交互模式及其形成机理提供了新思路,并得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。

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随着气温的下降,转眼将来到呼吸道病原体感染的高发期,为了让大家拥有一个“不鼻塞”的冬天,生物与医学工程学院常凌乾教授团队联合开发出新系统,通过简单的呼吸活动即可快速诊断是否感染新冠病毒及症状严重性。这项技术同样适用于当下大流行的流感病毒检测。相关成果发表于Nature Communications,对病毒及其感染后症状严重性的快速诊断可以在疫情传播的早期阶段为疫情防控策略的制定及其他公共卫生紧急事件中医疗资源的合理调节提供科学基础。

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11月的最后一天,机械工程及自动化学院的仿生机器人研究团队收到了一个好消息,一项耗时八年、从章鱼中获取灵感的软体机器人研究成果的一发表在国际权威期刊《科学· 机器人》上。

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团队研制的融合柔性电子的仿生机械臂具有极高的自由度,能够像章鱼一样抓捕物体,为应对复杂环境下的机械作业提供了新的方案,建立了软体机器人、人类和环境之间的统一交互模式,并拓宽了可拉伸电子集成的仿生自主系统在大空间内的交互操作方式,为我国柔性机器人的交互式应用提供了新的前景与发展思路。成果发布后,被Science官网图片报道,同时被Nature官网News撰文报道。

时间来到岁末,北航可靠性与系统工程学院智能检测与诊断团队使用虾蟹等动物甲壳中的壳聚糖成分,构建高能量密度的TENG,促进了天然生物材料在TENG领域的发展,减少了对环境的不可逆污染。相关成果发表于国际权威期刊《Nano Energy》,并选为封底文章。

随手一扔的螃蟹壳,在北航人手中,变废为宝成了发电材料。北航林京教授、中国工程物理研究院研究生院关雪飞教授、娄伟涛博士后为论文合作作者,北航博士生方泽豪为第一作者,何晶靖副教授为通讯作者,北航为研究论文的第一/通讯单位。不断提升壳聚糖性能和稳定性,探索天然生物材料的新发展,北航人始终走在科技创新的前沿。

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……

以上不过是北航2023科研故事中的冰山一角,多项重大任务取得新突破背后,是多名北航人和多个科研团队在各个环节所作出的突出贡献——

以青年教师为骨干,围绕月球科研站、航空发动机等开展重大项目论证。获批牵头承担国家重点研发计划、科创2030重大项目共32项、课题50余项;

高起点布局基础前沿和人文社科研究,获批国家社科基金项目21项,创历史新高

多个科研团队在ScienceNature等期刊上发表最新研究成果

……

乘势而上,不以日月为限,北航的每一次超越和突破都记录下这一年不凡的奋斗与成就。接续过往和未来,北京航空航天大学的名字一次次响彻寰宇、点亮星辰,北航人奋楫扬帆、步履不停,天宫遨游、奔月探索,一次次投身于大国工程和国之重器之中,处处彰显“空天报国”的责任与担当。

校园里,“星空之路”与“天空之镜”交相辉映,静静伫立的教学楼依然沉默不语,北航人又开始了新一年的科研奋进之路……

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素材来源:北京航空航天大学官网、官微等

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