学术月之声丨绿色能源与节能环保——共话科技创新绿色未来

推动工业领域绿色低碳发展是推进新型工业化的内在要求，也为实现“双碳”目标下绿色科技与绿色产业的深度融合提供了新的机遇。为共同探讨绿色能源与节能环保领域的新趋势、新挑战、新未来，助力经济社会绿色化转型，10月18日下午，2024首都前沿学术成果报告会（绿色能源与节能环保领域）在首钢基金创新创优创业中心1层报告厅成功举办。

报告会上，6位专家分别围绕入选2024首都前沿学术成果的科技创新内容进行了分享，为推动绿色能源与节能环保领域科技创新、科技成果转化与应用提供了有益范本。

北京科技大学教授、国家优青、北京市科技新星邱琳以《基于共形传感器的谐波技术用于活体无创监测皮肤含水量》为题，分享了在人口老龄化、疾病年轻化问题突出的当下，如何更好地实现自助健康诊断的新路径。

她指出，随着公众尤其是年轻群体对自身健康关注程度的提升，越来越多人开始通过智能手环、手表等可穿戴设备实现对自身健康的实时监测。然而，现有的智能可穿戴设备仍然存在精确度低、鲁棒性差，只能监测心率血压血氧等常规参数等问题，难以实现多样化、个性化监测。

据此，邱琳团队基于多年在材料韧性方面的谐波法技术研究基础，提出了基于谐波法的可穿戴传感器，具有便携、精度较高等特点，可同时测量皮肤多层组织的热导率、含水量，以及血液灌注率。传感器类型包括可舒适贴近皮肤的柔性传感器，以及适合未来制作成智能手表的刚性传感器。

通过上述原理，团队实现了针对人体皮肤生理体征的测试，包括利用柔性可穿戴传感器监测皮肤疱疹和含水量、血液灌注率；利用刚性可穿戴传感器监测表皮和真皮的热导率。目前，邱琳团队正在推进将仪器用于首都各医院的临床诊疗，并与两家医院达成了共识，希望获得临床数据，推动谐波法的发展。此外，团队还致力于应用主流AI技术，进行可穿戴设备算法的开发以及数据的无线传输，并进一步开展App的即时跟踪研究。

北京交通大学教授李修函以《摩擦效应驱动离子通道凝胶电池及其集成自发电异物入侵检测系统》为题，介绍了如何将自发电技术应用于高速铁路异物入侵检测，从而进一步保障交通安全。

在“双碳”目标、人工智能和大数据物联网快速发展的背景下，分布式传感网络节点的能源供给成为一项挑战。针对摩擦电纳米发电机（TENG）存在的输出电压高、输出电流小、能源转换效率相对较低等问题，李修函团队提出了基于摩擦电效应驱动的离子凝胶电池以提升TENG的输出性能，提高能源采集的转化效率。

在此基础上，团队进一步集成压电、摩擦、电磁三种能源采集方式，实现了对环境能源的高效收集。在轨道交通领域，该技术被用于收集列车经过轨道的振动能量，可实现对车辆运动速度、频率、位移等多个参数的实时监测。目前，相比于其他商用传感器，新型的自供电传感器节点展现了更好的能源自给和灵活布设的特点。

此外，团队还基于尼龙-胱氨酸静电纺丝薄膜，构建了折叠式结构纳米发电机，可实现对人体日常运动的能源收集，从而驱动温湿度计、电子手表和跑步计步器等可穿戴小型电子设备，实现能源的自给。

北京科技大学副教授、清华大学博士后、UCLA访问学者李立宏以《拓扑制备微纳材料推进微电子器件性能》为题，介绍了制备稳定微电子器件的新材料以及传感器件的不同应用场景。

从1800年起，电子器件的构件变化便一直走向小型化。未来，无论人类的足迹拓展到太空还是海洋，可穿戴设备都将发挥重要作用。然而，尽管全球传感器市场前景广阔，但当前的传感器技术仍面临体积过大、性能单一和稳定性差等问题。

此次李立宏团队入选的成果——推进聚吡咯的电化学性能极限，制备稳定的微电子器件，主要的创新点和技术优势体现在多功能传感器及材料的制备，以及结构设计和性能集成方面。作为导电聚合物的聚吡咯，虽在20世纪50年代便被发现，但发展至今仍存在能量密度、稳定性、功率、小型化轻量化有待进一步提升的问题。

团队通过结构和材料方面的创新来解决这些问题，比如设计高比表面积的微型结构创新容器，利用石墨烯和碳纳米管提升性能；开发多孔结构，提高稳定性和黏附性。在实际测试中，这些微电子器件不仅实现了导电性能的提升，展现了稳定的循环性，也在生物信号检测和湿度传感方面表现出高灵敏度和恢复能力。

此外，团队还制备了人工耳蜗的传感器件，具有高灵敏度、宽频带和生物相容性等特点，有望成为未来人工耳蜗植入的有益补充。相关成果得到了学术界和产业界的高度关注。

北京航空航天大学教授单光存以《海洋放射性核素富集监测装置》为题，介绍了团队自主研发的海水放射性核素现场富集装置的设计原理、材料制备，以及设备性能等内容。

在应对气候变化和保障能源安全等多重条件约束下，核电或将成为国家能源低碳转型的现实选择。然而，由于较高的技术要求，核电的安全性一直以来备受关注。

为保障核电安全有序发展，不仅需要做好各种应急监测设备保障，还要做好灾后修复保障。针对放射性核素的监测，传统方法存在成本高昂、耗时久，无法实现对低浓度放射性海水高效监测等问题，需要发展新的监测方法，实现快速富集监测，从而更好更快地开展后续工作。

据此，单光存团队研发了一系列高效放射性核素纳米吸附材料，开展了循环吸附研究，并进一步将材料应用于吸附装置中，研发了搭载纳米吸附材料的海水放射性核素现场富集装置，可实现低浓度放射性核素的高效富集，富集效率大于80%，成果指标达到国际先进水平。

项目成果为海水放射性核素现场快速检测提供了重要的技术支撑，为我国海洋环境安全保障和海上放射性事件应急处置提供了新知识、新技术和新装备。

北京林业大学工学院博士研究生许泽海以《融合物联网多环境参数的茎干水分SSA-BP预测模型》为题，介绍了通过对林木茎干组织的监测，获得的对于植物生命状态及固碳能力的理解。

森林是生态系统中起到固碳作用的重要一环，其中林木的茎干是重要的储水组织，监测茎干组织的水分变化特征，对于理解植物生命状态以及固碳能力具有重要的现实意义。

许泽海团队通过传感器、物联网、植物生理、数据处理、机器学习等多学科交叉融合，呈现出一种可行的茎干水分采集系统、分析及预测方法。其中，团队通过搭建SSA-BP预测模型，得到了茎干水分的预测值。在与三种常见的模型评价指标的对比中，发现模型实现了逻辑性能的极大提升，预测效果与实测图有较好的拟合性。

未来，团队计划在不同区域开展针对不同树种的研究工作，为更系统地解释茎干组织内部水分变化规律及为林木水分管理提供一定的指导与借鉴，为“双碳”目标的实现提供助力。

北京东土科技股份有限公司专家以《油气管道高速总线网络设备模型研究与实现》为题，介绍了油气管道高速总线国产化研发与应用研究的新路径。

油气管道作为油气资源的重要输送方式，已成为国民经济发展不可替代的基础设施。传统油气管道生产面临总线技术国外垄断、系统整体可靠性差、故障信息和诊断信息无法采集、数据传输率低等问题，据此，团队通过自主可控技术，实现了油气管道现场控制总线数据传输的全部国产化，并构建了从协议标准制定、总线芯片研制、终端仪器仪表和系统的集成开发、实验室验证、工业验证到推广应用的“产学研用”生态体系，为油气管道行业高质量发展提供助力。

其中，油气管道高速总线控制系统所使用的总线协议学名为AUTBUS，可实现高带宽、确定性、强实时和高可靠的数据传输，可广泛应用于智能工厂、工业机器人、船舶、轨道、石油化工、清洁能源、汽车电子和工程装备等过程自动化控制领域。

目前，系统已经支持国内诸多厂商的常用终端设备，以非常简单的方式接入整个总线网络。此外，项目组还在东土科技（宜昌）园区搭建了油气管道高速总线撬装实验平台，并在园区长期运行。

首都前沿学术成果报告会是北京市科学技术领域的品牌活动，是北京科技交流学术月重点活动之一，深度覆盖了物联网、绿色能源、商业航天、自动化及人工智能等众多前沿领域。本次绿色能源与节能环保领域报告会由北京市科学技术协会主办，北京物联网智能技术应用协会、首钢基金·首程时代中心承办，中国科学院电工研究所、北京能源环保投资企业商会、北京家家同辉数字科技有限公司协办。

制作：北京市科协融媒体中心

记者：贾朔荣 王雨晴

摄影：张星海

制图：吉振