植入式脑机接口技术向医疗器械转化的问题与挑战
摘要：该文回顾了过去几十年脑机接口技术取得的成果，以及脑机接口科研成果向临床医疗器械转化过程中，将会面临的挑战。对此，该文首先介绍了脑机接口技术常用的信号源，包括脑电图、皮层电图和皮层内电信号及其特点；其次叙述了对商用脑机接口产品的解码能力和信息双向闭环的考量，讨论了目前脑机接口商用机设计中存在的稳定性、生物相容性挑战；最后阐述了植入式脑机接口向医疗器械转化过程中，产业化发展的政策、资金和技术路线的协同发展问题。
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带式输送机不停机更换托辊机器人研究与应用
摘要：针对带式输送机托辊更换频繁、人工更换工具笨重、作业劳动强度大、停机更换效率低等问题，以王家岭煤矿主平硐带式输送机为研究对象，根据巷道参数和更换托辊流程，研究不停机更换托辊机器人，制定机器人总体研究方案。基于功能分析法与不停机更换托辊理论研究，利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件建立机器人三维实体模型，并对行走机构、姿态调整平台、伸缩支撑平台、拆装机械手参数进行优化。通过ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对支撑平台和皮带举升机构进行有限元分析，伸缩支撑平台采用滑轨式结构，滑轨在悬臂和举升额定载荷下应力分别为１５．６４７ＭＰａ和６６．３９５ＭＰａ，最大变形位移出现在额定载荷条件下，位移为１．０７４２ｍｍ。皮带举升机构选用剪叉式结构，额定举升时最大应力为１５２．８２ＭＰａ，最大位移为０．７３３１ｍｍ。依据设计参数加工机器人样机，以功率为６４ｋＷ 的柴油发动机为动力，通过液压马达驱动履带行走，速度范围在３～８ｋｍ／ｈ，姿态调整平台可实现升降高度０～３５７ｍｍ、俯仰角度±１５°、侧倾角度－４°～７°、旋转角度－１０°～２０°、横移范围０～４００ｍｍ、纵移范围０～３５０ｍｍ，多级伸缩机构采用组合滑轨方式实现平台０～2.1ｍ 伸缩，采用五自由度机械手可实现对不同位置托辊进行拆装。通过地面及井下试验测试对机器人样机的行走、姿态调整、举升皮带、拆装托辊功能进行试验验证，结果表明：机器人在主平硐狭窄巷道行驶通过性良好，伸缩支撑平台在输送机不停机状态下举升皮带最大高度为２４１ｍｍ，为机械手拆装不同位置托辊提供足够操作空间以达到设计性能要求，研究带式输送机不停机更换托辊机器人可为煤矿带式输送机维修提供新途径。
固溶处理对新型全奥氏体高锰低温钢微观组织、力学性能及摩擦性能的影响
摘要: 针对新型奥氏体高锰低温钢在LNG (Liquefied natural gas)储罐应用中的磨损问题，本文中研究了不同固溶处理温度对微观组织、力学性能和耐磨性能影响以及三者之间的关联性. 将25Mn高锰钢分别在950、1000、1050以及1100℃下固溶处理0.5h，并采用光学显微镜、白光干涉仪、扫描电子显微镜及能谱仪对试样的微观组织、磨损轮廓和磨痕形貌进行了表征. 结果表明：随着固溶处理温度的升高，高锰钢的表面硬度逐渐下降，1100℃固溶处理后钢材硬度降到最低，约为261 HV. 另外，钢材的抗拉强度随固溶温度升高先增大后减小，其中在1000℃下展现出最优的抗拉强度、屈服强度及应变硬化速率. 在摩擦性能测试结果中可以看出，高锰钢表面平均摩擦系数随着固溶处理温度先增大后减小再增大，在1000℃时因发生氧化摩擦而降到最低，约为0.39，磨损率为0.49‰，表现了最优的耐磨性能. 这主要是由于1000℃热处理后的高锰钢磨痕表面密布颗粒均匀的碳化物，导致磨损后的硬度增大近50.6%，磨损机理从颗粒磨损与疲劳磨损结合转变为黏着磨损为主，颗粒磨损为辅.
基于多氮唑配体制备金属有机框架用于乙炔吸附分离
摘要：电石法制备的乙炔(C2H2)中会混入氮气、氧气和二氧化碳等杂质组分, 为获得高纯度乙炔, 相应的纯化分离研究十分必要. 金属有机框架(metal organic framework, MOF)材料是一种具有超高孔隙率和易于功能化的多孔材料. 基于特殊的孔腔特点, 该类材料在气体吸附分离领域展现出优异的性能. 本研究以一水合乙酸铜和5-(4-吡啶基)-1H-四唑为原料, 制备了一种新的MOF材料——Cu(Hptz), 命名为TYUT-15. 该材料基于特殊的方形孔腔结构和多氮吸附位点触发了孔中乙炔分子间的偶极矩协同吸附, 在主客体的共同作用下极大地提高了乙炔的吸附容量.采用单晶X射线衍射、同步热重分析、单组分气体吸附及混合气体穿透测试等对样品的结构及气体吸附分离性能进行了表征. 分离实验表明, 该材料可以从C2H2/CO2/N2/O2四组分混合气体中直接捕集C2H2.
高熵超导体研究进展
摘要：高熵材料是近年来许多领域研究的一类新型材料, 高熵的原理为材料的设计和性能定制提供了更大的自由度. 高熵材料主要有高熵合金和高熵陶瓷. 自2014年第一个高熵超导体被发现以来, 超导电性一直是高熵材料领域的研究热点之一. 人们在一些高熵超导体中观察到了许多奇特的物性, 如高压下超导转变温度Tc基本保持不变、极强电声耦合的超导电性、能带结构中存在狄拉克点等. 然而, 高熵超导材料的研究才刚刚开始, 仍存在许多未知. 另外, 元素组成和平均价电子数对高熵超导体的Tc起着重要作用. 高熵合金的超导行为似乎不同于常规合金超导体、铜氧化物超导体、铁基超导体和非晶体超导体, 表明它们可以视为一类单独的超导体. 结合高熵材料的优异力学和物理性能, 高熵超导体有望在极端条件下服役. 本文简要介绍了高熵合金超导体、高熵陶瓷超导体和高熵超导体薄膜的最新研究进展, 并对高熵超导体进行了初步的展望. 我们相信在高熵超导材料这一研究领域将会发现许多新的物理现象.
3D打印钛合金个性化颅骨修复体抗冲击性能研究
摘要：基于患者颅骨CT数据进行个性化设计、制造的3D打印钛合金个性化颅骨修复体，可完美匹配颅骨个性化缺损，并进行有效修复，但以往相关研究很少关注颅骨修复产品的抗冲击性能。因此，基于电子束熔融技术，该文设计制造了一种新型多孔结构颅骨修复体，并利用落球冲击装置对3D打印钛合金个性化颅骨修复体和数字成型三维塑形钛网进行抗冲击性能试验，对比研究两种产品的抗冲击性能，评价冲击变形对颅内脑组织的影响。实验结果显示，3D打印钛合金个性化颅骨修复体组在冲击过程中平均最大变形为0.7mm，远小于数字成型三维塑形钛网的平均最大变形5.9mm。对比研究表明，3D打印钛合金个性化颅骨修复体具有更好的抗冲击性能，还可有效修复颅骨缺损、保护颅内脑组织。
高比能高安全的柔性锂电池设计
摘要：目前, 柔性和可穿戴/植入电子设备的快速发展对柔性电源的需求越来越大, 催发了科学界对柔性储能器件的广泛研究. 除优异的机械变形能力外, 柔性电子设备的结构特征及潜在应用领域对柔性储能器件提出了高比能、高安全的要求. 锂电池自放电率低、能量密度高、循环寿命长, 被认为是电子设备的理想能源, 正主导着柔性储能器件的发展方向. 如何同时获得锂电池的高柔性、高安全性和高能量密度是目前在柔性电子领域面临的主要挑战之一. 基于以上问题, 本文对未来高比能、高安全的柔性锂电池的发展进行了详细论述. 首先, 通过代表性实例介绍了柔性电子设备/柔性锂电池的常见应用场景, 凸显出对电池高比能和高安全的要求. 然后, 分别从材料选择角度, 包括集流体、电解质和电极活性材料等, 及结构设计角度, 包括折纸/剪纸结构、仿生结构、三相渗流结构等, 论证了如何有效提高电池的柔性、安全性和能量密度. 最后, 进一步讨论了柔性锂电池研究与发展面临的挑战和未来的发展机遇.
