关于第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛黑科技赛项拟推省赛名单的公示

项目名称

项目负责人

项目成员

项目简介

一种PMs捕集的纳米纤维复合膜的制备

彭涵

陈莉玲、丁少娟、薛蕊、狄子艳、靳睿、刘珺、刘铠尘、沈沛森、刘强

以PM2.5、PM10为代表的微粒污染已严重危害到公众的生活环境与生命健康，空气过滤是拦截微粒、解决空气污染的有效手段。而常用的多孔膜与商用熔喷纤维过滤器具有压阻高、过滤效率低的劣势，而纳米纤维由于其直径小、比表面积高、孔隙率高等特点在过滤方面具有明显的优势，并且进一步提高纳米纤维膜的有效比表面积是目前提升纳米纤维膜过滤效率最为简单有效的方式。

本作品着眼于高效去除PMs的目标，致力于优化纳米纤维膜的微观结构，选用具有聚丙烯腈（PAN）以及具有大比表面积的氮化硼纳米片（BNNSs），以高效环保的高压气为动力源进行液喷纺丝制备聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜，再通过雾化喷涂将高比表面积的氮化硼纳米片（BNNSs）吸附于聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜表面，从而制备出一种新型高比表面的BNNSs/PAN多级结构复合膜。使用效果显示：其在PM2.5与PM10的过滤效率分别可达到98.54%，99.25%，相比于PAN纤维膜的过滤效果分别提升了13%和7%。此外，对小粒径PM的超细微粒捕获上也能实现大于90%的截留，同时压降仅为53 Pa，满足高效低阻的要求。本作品创新性材料的使用和工艺优化，使得所制备的BNNSs/PAN多级结构复合过滤材料在PMs捕获方面具有较好的优势，为开发新型空气过滤膜的研究提供新方法和新思路。

“锌”动力——非贵金属双功能氧电催化剂的可控制备及可充电柔性锌-空气电池研发

王婉宁

赵鸿妍、陈志勇、张家豪

随着可穿戴、便携式电子器件的迅速发展，柔性化趋势对能源供给器件提出了新的要求。柔性锌-空气电池成为可穿戴能源供给器件的理想选择，将空气中的氧气作为阴极活性物质，通过氧电催化反应实现了电能与化学能的可逆转换。但其产业化应用受阴极催化剂制备技术制约，我国长期依赖进口铂碳催化剂，既成本高昂，稳定性不足，也限制了相关技术的发展。

我们团队采用了创新的材料设计和合成方法，开发了一种高效稳定的阴极催化剂，解决了“卡脖子”技术难题，并成功研发了一种高性能可充电柔性锌-空气电池器件。通过沸石咪唑酯骨架材料衍生的氮掺杂碳材料，成功制备了双金属Fe,Ni-N-C电催化剂，呈现规则的十二面体形貌，元素均匀分布，具有大比表面积、分级多孔结构，有效锚定更多活性位点，加速活性物种传质。我们团队还制备了基于离子液体的准固态凝胶电解质，有效地抑制锌枝晶的生长。我们用合成的材料制备成空气电极、电解质，组装成电池器件。在不同折叠角度下，表现出优异的折叠稳定性。在室温和低温条件下，可以轻松驱动电子器件，具有出色的环境适应性和可充电性。当前已申请国家发明专利5件、创新报告1份、企业应用报告1份，现已进入装备开发阶段，有望在未来快速发展。

“瓶瓶安安”——瓶装燃气安全用气的守护先锋

吕圣

顾沛文、张迪、邱健、马湘

由于LPG产业终端市场存在技术创新不足、信息化水平不高等弊端，导致燃气安全事故常有发生，其中农贸市场、小型餐饮闹市、农村社区等城市人口高密度区域成为燃气事故高发地段，瓶装燃气用户的用气安全等不到保障。

本项目研发产品包括智能硬件与系统平台软件，在原有普通减压阀的基础上，优化阀体结构，通过微泄露原理技术，增加微流量监测装置，并且内部设置智能芯片，开发兼具减压、自动切断、流量监测多功能的智能一体阀。利用物联网、云计算技术，搭建基于“端-边-云”的智慧监控平台，实现单点报警器与云平台物联的同时，可以满足政府、企业、用户等多级多阈管理，通过大数据技术分析用户用气规律及安全形势研判，当用气环境出现异常时通过手机终端APP及运营商通讯模块告知用户，及时消除安全隐患，做到防患于未“燃”。

项目产品从根本上解决瓶装液化气使用的最后一米的安全保障问题，做到关口前移，形成瓶装燃气安全监控与报警的“安全网”，实现从传统的人防向技防转变，大大提升用户端的本质安全与生活质量水平，有利于LPG市场的信息化管理，为建设“数智社区，美丽乡村”助力前行！

以柔克刚-绿色节能型金属表面强化装置新势力

陈熠

刘子凤、周莉萍、周蓓、张莹岩、彭涵、张素杰、刘强

本作品围绕智能制造业中机械装备关键零部件的疲劳寿命和表面质量要求不断提高，表面强化技术是关键，而现有表面强化技术存在效果差、污染重、能耗高、成本高等问题，积极开展节能环保型金属表面强化工艺及装置研究。

作品依据空化效应科学原理，通过空化水射流喷丸新技术研究、系列化空化喷嘴开发和实时化参数调节等技术创新，采用循环水作为强化介质，强化过程中无热变形，对强化表面损伤极小，工作效率提升20%、节能60%以上、产品疲劳寿命提高70%，满足各式复杂结构金属表面强化要求，具有高效、节能、高性价比和绿色环保等优势，对提高机械关键零部件的服役寿命、表面质量和生产效率具有十分重要的应用意义和推广前景。

产品主要创新点和关键技术：

(1)空化水射流喷丸技术，高压水在经历瞬时压强骤变后形成空泡群，在零件表面附近溃灭时产生Gpa级冲击压力和高速微射流，用来强化金属表面。

(2)系列化空化水射流喷嘴，改变传统淹没式空化方式，在喷嘴内部产生空化效应，产生的空泡群随高压水流射出，无需将强化产品浸没在水中，减少了环境限制。

(3)实时化工艺参数调节，通过大量仿真与实验形成数据库，可根据强化需求，自动调节靶距、入射角度和入射压力等参数，加工柔性大。