論文名稱：空間噪聲/振動傳輸編碼超材料理論與應用

論文作者：中國科學技術大學/姜添曦

指導教師：何清波《研究領域：機械裝備動態(tài)監(jiān)測、故障診斷與智能運維。》、馮志華《精密驅(qū)動器與精密傳感器。》

準確高效地辨識噪聲與振動對實現(xiàn)減振降噪、保障人類生產(chǎn)生活的安全與舒適、保障裝備的健康運行具有極其重要的意義。傳統(tǒng)的噪聲與振動辨識方法依賴于傳感器數(shù)量及布局方式，測試系統(tǒng)復雜且功耗較高。因此，發(fā)展新型輕量化的噪聲與振動辨識理論與技術已經(jīng)成為一個研究重點。聲學超材料是一種可以對聲波與彈性波進行靈活操縱的人工結構，其超常的物理特性為突破傳統(tǒng)噪聲與振動辨識技術瓶頸提供了新的思路。目前，超材料在噪聲與振動辨識方面的研究尚處于起步階段，對空間聲場蘊含的信息進行編碼的理論不夠完善，對空間振動信息編碼的研究尚處于空白狀態(tài)，相關研究工作亟待開展。

本文針對傳統(tǒng)噪聲與振動辨識技術的缺點，開展超材料空間噪聲/振動傳輸特性編碼理論研究，發(fā)展基于超材料的單傳感器噪聲與振動辨識理論技術。本文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點包括：

（1）提出了一種聲子晶體腔共振增強聲指向性感知理論與模型，揭示了聲子晶體等效諧振腔對入射聲波傳輸方向的影響機制，實現(xiàn)了對空間聲源的高精度指向性定位，解決了現(xiàn)有聲源方向感知模型的空間分辨率局限問題。

（2）揭示了各向異性超材料對聲波不相關傳輸編碼的物理機制，結合壓縮感知理論實現(xiàn)了空間多聲源的單傳感器辨識與成像，設計了基于空間折疊超材料的單傳感器聲學相機，克服了傳統(tǒng)聲學相機傳感器數(shù)量多、陣列孔徑大的缺點。

（3）提出了一種具有等效負質(zhì)量特性的隨機耦合局域振子動力學理論，揭示了隨機振子等效質(zhì)量的無序分布與耦合是高度不相關振動傳輸編碼的物理機制，解決了隨機系統(tǒng)中彈性振動傳遞的動力學建模難題。

（4）發(fā)展了基于隨機化共振超材料單傳感器振源辨識系統(tǒng)，僅用一個傳感器實現(xiàn)了對空間多振源信息的壓縮辨識以及對沖擊序列的追蹤，突破了當前振源辨識技術依賴于多個傳感器的局限性。

本文研究成果為實現(xiàn)新型輕量化的噪聲與振動辨識提供了重要理論與技術基礎，為裝備的減振降噪、結構健康監(jiān)測與診斷提供了新的技術途徑，為超材料傳感器件與系統(tǒng)的研究開啟了新的思路。

論文名稱：高性能液滴發(fā)電機的研究

論文作者：香港城市大學/徐王淮

指導教師：王鉆開《研究領域：仿生工程，表界面工程，軟物質(zhì)?！?、徐曉嶸《研究領域：模態(tài)醫(yī)療影像及手術導航，醫(yī)療儀器標準化，微納米藥物包裹?！?/p>

能源短缺是全世界面臨的難題，如何高效利用可再生能源已成為全人類的共識，也是當今能源領域的前沿科研熱點。研發(fā)一種具有高耐候性、高輸出性能的普適水能發(fā)電技術具有重要的科學意義和應用價值。本研究在理解水固界面電現(xiàn)象的基礎上，基于多相界面和器件架構設計，利用微納加工工藝，設計和優(yōu)化界面特性和電極架構來根本性地解決常規(guī)水能收集器件的固有物理限制，實現(xiàn)多種工況下高效、穩(wěn)定的水能收集。主要研究包括：

基于自然界中豬籠草的表面潤濕特性，首次發(fā)現(xiàn)了液/液界面發(fā)電現(xiàn)象，并設計了基于超潤滑表面（SLIPS）的液/液摩擦納米發(fā)電機（TENG）。這種發(fā)電機表面上的超潤滑層不僅有利于液滴的傳輸和光學透明，而且可以有效地產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移。在實際應用中，這種新型發(fā)電機除了可以在低溫下保持發(fā)電穩(wěn)定性之外，還展現(xiàn)出許多其他獨特優(yōu)勢，例如高光學透明度、可配置性和自清潔性。

提出了一種新型的類晶體管結構的液滴發(fā)電機（TIDE-G），將傳統(tǒng)固/液界面水能發(fā)電的效率提升上千倍。在這種新型結構中，聚四氟乙烯（PTFE）/氧化銦錫（ITO），鋁（Al）電極和水滴可以分別類比為晶體管中的源極,漏極和門極。同時，具有疏水效應的聚四氟乙烯駐極體在受到連續(xù)的液滴撞擊后，捕獲高密度的表面電荷，為有效地電荷轉(zhuǎn)移提供了一個理想的電荷源。本文證明了獨特的晶體管結構設計把基于表面效應的開路系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為液體、介電層與電極之間的閉合回路，突破了傳統(tǒng)水能收集器件的弊端，將原有的固/液發(fā)電技術的功率密度和轉(zhuǎn)化效率提高上千倍，并且實現(xiàn)了電荷在電極之間的可逆轉(zhuǎn)移，確保長期的輸出穩(wěn)定。

提出了耦合超潤滑表面和類晶體管結構的普適水能發(fā)電技術，有望實現(xiàn)包括從離散液滴到連續(xù)水流、開放系統(tǒng)到封閉系統(tǒng)、微觀系統(tǒng)到宏觀系統(tǒng)的穩(wěn)定水能收集。本文在高性能液滴發(fā)電機方面的工作，有望引起高性能水能發(fā)器件的設計和應用浪潮，此外，對界面電現(xiàn)象的基本理解也能產(chǎn)生重要的啟發(fā)。