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三、面向人体健康的诊疗一体化器件

        


       诊疗一体化是一种将疾病的诊断和治疗有机结合的新型生物医药技术,诊疗一体化器件的快速发展,改变了传统的医疗模式,由于诊疗一体化将诊断和治疗功能整合为一体,相比于单一的模式具有明显的优势。其可在患者精细化分类及个性化医疗、药物传递及实施药物反馈等方面拥有巨大的潜力。例如,测量各种与健康相关的体征,如身体运动、肌肉运动、脉搏、心脏和呼吸速率、体温、皮肤和呼吸湿度、电生理信号(如心电图(ECG)、肌电图(EMG)、脑电图(EEG)、眼电图(EOG)和胃电图(EGG)以及生化成分(如代谢物和电解质)),并对其信息进行处理后给出综合性治疗建议。与其他候选材料相比,先进的碳纳米材料如碳纳米管(CNTs),石墨烯(包括氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO))和其他碳材料(如石墨,炭黑和天然生物材料衍生的碳材料)具有导电性好、化学和热稳定性高、毒性低、易于功能化等独特优势,使其在诊疗一体化器件中具有巨大的应用潜力。

一、水下低频传感器


      “水下低频探测器件与系统” 从源头上解决了探测机理对水下探测频率范围的桎梏,实现了水下0.1至50,000Hz宽频域、190mPa至50kPa的水下压力探测能力,探测频率及压力探测范围均比目前最先进的水下探测拓宽了2至3个数量级;同时低频自发电能量达美军所用PZT-507材料的6至9个数量级;在安静型潜艇的探测领域有着独特的优势,该技术有望应用于国防相关领域,对国家海洋安全具有重要意义。相关成果已申请“一种基于电化学原理的自发电型压力传感器及其制备方法”等多个专利,已完成相关领域的专利布局;相关器件已在中电二十三所、普惠海洋、西北工业大学等单位完成了第三方认证测试。

二、面向水下环境的超强粘附

       


       在下粘附材料在水下基础能源设备、水下监测和水下机器人等领域中应用广泛。然而,物体表面吸附水分子形成的纳米级水化层会阻碍粘附材料与基底接触,导致水下粘附难以实现。碳纳米材料,包括碳纳米管、石墨烯和碳纳米颗粒等,因其优异的机械强度和化学稳定性,成为改善水下粘附性能的关键。本课题组设计并构筑具有多级尺寸孔道结构的水下粘附材料,该结构包含顺直排列的亚微米级垂直孔道,并通过孔壁上的纳米孔洞形成整体联通。粘附材料在预压力下通过亚微米级垂直孔道,将水化层中的水分吸入并锁定至纳米级孔洞中,并通过内外压差实现超强吸力粘附。


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四、电池安全检测

        


       由于各种电气和电子设备的广泛采用,对锂离子电池高能量密度的追求凸显了确保其安全可靠运行的迫切需求。然而,无论是单体电池还是电池组,其固有的复杂结构组成和化学反应过程是提高电池安全性的主要障碍。电池内部电极材料断裂、SEI形成和结构改变引起的应力是与电池安全性直接相关的关键参。特别是在电化学循环过程电极活性物质的体积变化是导致电池失效和危险的重要因。因此,与外部温度检测相比,精确监测由电极活性材料体积变化引起的内应力在为锂离子电池系统热失控提供早期预警信号方面更有效。本课题组通过利用特殊的碳纳米管阵列制备了可植入电池内部的新型压力传感器,可用来检测电池在循环过程中内部应力的变化。

四、极端低温储能器件

        


       随着科技的进步和能源需求的增长,极端低温环境下的储能技术逐渐成为研究的热点。极端低温环境,例如在极地探测、深空探测及液氮冷却技术中,要求储能器件能够在严苛的温度条件下稳定工作。传统的储能器件在极端低温下往往表现出性能下降、寿命缩短等问题,因此,开发高性能的极端低温储能器件具有重要的实际意义和应用前景。本课题旨在设计和开发能够在极端低温环境下高效、稳定运行的储能器件。从关键科学问题出发,设计出适用于极端低温环境的新型储能材料,制备具有高能量密度和功率密度以及在极端低温下仍能稳定工作的储能器件。结合先进的实验设备和理论模型,致力于突破当前技术瓶颈,实现极端低温储能器件的创新发展。