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2017年度“中国高等学校十大科技进展”揭晓 “中国高等学校十大科技进展”的评选自1998年开展以来，至今已20届，这项评选活动对提升高等学校科技的整体水平、增强高校的科技创新能力发挥了积极作用，并产生了较大的社会影响，赢得了较高的声誉。 现将2017年度入选项目名单予以公布。入选项目名单按主持单位拼音顺序排序，排名不分先后。 入选项目名单  入选项目介绍 非对称微腔光场调控新原理研究 动量守恒是自然界客观规律之一，它反映了时空性质，一个封闭系统的广义动量总是保持不变。作为增强光与物质相互作用的主要物理体系之一，光学微腔与外部光场的直接耦合需满足动量匹配条件，但往往仅在较窄光谱范围内实现，使得微腔宽带光物理与应用面临挑战。 北京大学“极端光学创新研究团队”龚旗煌院士和肖云峰研究员等在非对称光学微腔中提出混沌辅助的光子动量转换新原理，实现了光学微腔的高效、超宽谱光耦合。非对称光学微腔打破了空间旋转对称性，调控了局域光场，从而在支持分立回音壁模式的同时获得了准连续混沌模式。光子首先从纳米波导折射进入微腔混沌模式;混沌运动使得入射光子角动量在皮秒时间尺度内快速提升;随即的动力学隧穿过程实现其与回音壁模式高效耦合。混沌辅助的耦合不再需要微腔与波导模式光子的动量匹配，有望在集成光子学和信息处理等领域发挥重要作用。此外，他们还利用光学克尔效应的非线性调制，在实验上首次观测到微腔光场的自发对称性破缺，并获得了微腔手征光场。 研究成果分别发表在《科学》和《物理评论快报》上，得到国际学术界广泛关注，被Phys.org和ScienceDailey等十余家国际科技媒体专题报道，标志着我国微腔光学研究达到了一个全新高度。 5纳米碳纳米管CMOS器件 芯片是信息时代的基础与推动力，现有CMOS技术将触碰其极限。碳纳米管技术被认为是后摩尔时代的重要选项。理论研究表明，碳管晶体管有望提供更高的性能和更低的功耗，且较易实现三维集成，系统层面的综合优势将高达上千倍，芯片技术由此可能提升至全新高度。 北京大学电子学系彭练矛教授团队在碳纳米管CMOS器件物理和制备技术、性能极限探索等方面取得重大突破，放弃传统掺杂工艺，通过控制电极材料来控制晶体管的极性，抑制短沟道效应，首次实现了5纳米栅长的高性能碳管晶体管，性能超越目前最好的硅基晶体管，接近量子力学原理决定的物理极限，有望将CMOS技术推进至3纳米以下技术节点。 2017年1月20日，标志性成果以Scaling carbon nanotube complementary transistors to 5-nm gate lengths 为题，在线发表于《科学》（Science, 2017, 355: 271-276）；被包括IBM研究人员在内的同行在《科学》《自然 纳米技术》等期刊24次公开正面引用，并入选ESI高被引论文。相关工作被Nature Index、IEEE Spectrum、Nano Today、《科技日报》等国内外主流学术媒体和新华社报道；《人民日报》（海外版）评价碳管晶体管的“工作速度是英特尔最先进的14纳米商用硅材料晶体管的三倍，而能耗只是其四分之一”，意味着中国科学家“有望在芯片技术上赶超国外同行”，“是中国信息科技发展的一座新里程碑”。 慢性阻塞性肺病早期干预 慢阻肺是位居我国第三位死因的重大疾病，我国40岁及以上人群慢阻肺患病率达8.2%，其中症状不明显的早期患者占70.6%，该部分患者由于症状轻微甚至没有明显症状，很容易被忽视和漏诊。待患者出现明显气促等症状去主动就医时，大多数已处于疾病中晚期，此时期的慢阻肺患者治疗效果差，死亡率、再住院率和致残率均较高，给患者家庭和社会带来沉重负担。 广州医科大学冉丕鑫团队首次针对症状不明显的早期慢阻肺患者开展多中心临床试验，发现吸入抗胆碱能药物噻托溴铵，能够显著改善早期慢阻肺患者的肺功能和生活质量，减缓肺功能年下降率，减少急性加重。针对我国肺功能检查普及程度低、慢阻肺漏诊率高的状况，研制了符合国情的慢阻肺初筛技术，为实现早期诊断、开展早期干预提供支持；为配合药物治疗，建立了社区分层精准综合防治模式，发现减少生物燃料烟雾暴露可降低慢阻肺发病危险度。 该研究首次提出了慢阻肺的早期干预策略。提出对于长期吸烟、暴露于污染空气和生物燃料烟雾等慢阻肺患病因素的高危人群，宜早期筛查，一旦确诊，即便没有明显呼吸道症状，也宜及时启动戒烟、减少生物燃料烟雾暴露和药物治疗等综合干预措施，防止肺功能进一步下降和疾病发展，提高慢阻肺综合防治水平。 高性能数控系统关键技术及产业化 高性能数控系统是发展高端制造装备的基础，代表国家制造业的核心竞争力。高速高精、五轴联动、多轴多通道等高性能数控系统和机床是其瓶颈问题，严重影响了我国社会和经济的发展。 在国家重大科技项目和企业支持下，华中科技大学陈吉红教授团队“产学研用”联合攻关，研发了系列化高性能数控系统成套产品。构建全数字、开放式数控系统软硬件平台；开发了多轴联动、多通道等控制功能，实现了复杂轨迹的运动控制；提出基于柔性加减速的高速纳米插补方法，开发高速、高精、高刚度的驱动控制技术；发明基于指令域大数据的分析方法，实现了数控机床健康评估、断刀监测、工艺参数优化等智能化应用。获国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖5项，形成国家和行业标准13项。 成果在沈飞、成飞、航天八院、核九院、普什宁江等2000多家企业应用近10万台套，实现了航空航天、能源动力、汽车及其零部件、3C制造、机床等领域高档数控装备和武器装备的批量应用，为我国高档数控装备的自主可控提供了重要技术保障。经中国机械工业联合会鉴定，其功能、性能和可靠性达到国外先进水平，可替代进口。在航空航天领域加工制造领域的应用，国产高档数控实现了“零的突破”。 深海高精度水声综合定位技术 在哈尔滨工程大学研发的深海高精度水声综合定位系统引导下，我国“深海勇士”号载人潜水器今年9月29日在南海3500m深处仅十分钟就快速找到预定的海底目标，实现了“大海捞针”，标志着我国深海高精度水声定位装备与技术达到国际领先水平。 声波是迄今为止水下唯一有效的信息载体，深海高精度水声定位是人类依赖众多水下潜水器进入深海、探测深海和开发深海的关键。但要在水下实现与卫星同量级的定位性能，必须克服水声信道环境复杂、水声平台干扰严重和自主知识产权系统实现困难等挑战。 经过八年努力，孙大军教授团队先后攻克了深海高精度超短基线定位（获2016年国家技术发明二等奖）、融合水面超短基线阵列和海底分布长基线阵列的综合定位等关键技术，解决了海洋声速慢、平台运动带来的大时延异步高精度定位难题，研制的具有自主知识产权的水声综合定位系统（2017年授权发明专利6项），深海定位精度达到0.3米、定位有效率超过90%，综合技术水平进入世界领先行列。成功支撑了刚刚结束的我国“深海勇士号”载人深潜首航试验和我国最先进科考船“科学号”南海综合调查科学考察两次任务，为我国开展万米深渊“马里亚纳海沟”科学探索等深海实践，奠定了坚实的技术与装备基础。 高轨星地双向高速激光通信系统技术 高轨星地双向高速激光通信系统技术是关系到国家全局和长远发展战略的前沿科学领域之一，项目的成功完成标志着我国在空间激光通信领域走到了国际前列，是卫星通信领域的又一个新里程碑。 卫星激光通信具有通信容量大、传输距离远、保密性好等优点，是建设空间信息高速公路不可替代的手段，也是当前国际信息领域的前沿科学技术。高轨星地激光通信需在卫星与地面站间实现高精度捕获，并有效克服卫星运动、平台抖动、复杂空间环境等因素影响，保持激光光束的持续高精度稳定对准，技术难度极大，是当前各国竞相开发的热点。 2017年4月12日，哈尔滨工业大学谭立英团队研制的激光通信终端随卫星发射入轨。2017年5至8月，高轨星地双向高速激光通信系统在近4万公里距离的卫星与地面站间，实现了上下行光束的“精确对准、稳定保持、高速通信”。利用激光光束建立的星地双向高速信息传输通道，成功进行了最高传输数据率达每秒5 Gbps的通信数据传输、实时转发和存储转发，是迄今为止国际上高轨卫星激光通信的最高传输数据率，性能和技术指标均达到国际领先水平。 高轨星地双向高速激光通信系统建立了天地信息网络中通天链地的高速骨干通道，为我国今后建立天地一体化信息网络奠定了重要基础。 “诱饵模式”——病原菌致病的全新机制 疫霉菌引起的作物疫病曾被称为“植物瘟疫”，严重威胁着全球粮食和生态安全， 19世纪中期欧洲马铃薯晚疫病大流行曾导致几百万人饿死或逃亡，这场“爱尔兰大饥荒”被称为人类历史的转折点。目前疫病每年在全球造成的损失依然高达200多亿美元。作物疫病在田间爆发快、传播快，危害严重，由于疫霉菌基因组复杂，致病机理缺乏了解，严重制约了防控技术研发。 南京农业大学王源超团队围绕疫霉菌攻击植物的主要武器“效应子”，系统研究了疫霉菌效应子的作用机理，发现疫病菌在侵染过程中能向胞外分泌糖基水解酶XEG1降解植物细胞壁，植物则分泌蛋白酶抑制子GIP1抑制XEG1的活性；疫病菌又可分泌水解酶的失活突变体XLP1充当“诱饵”干扰防御反应，与XEG1协同攻击植物抗病性。此外，还发现疫霉菌分泌效应子到寄主细胞内以干扰组蛋白乙酰化等方式破坏植物抗病性。 该成果于2017年发表在《Science》、《Current Biology》和《New Phytologist》上，被Nature chemical biology等多种杂志专文评述。该研究发现的“诱饵模式”是一种全新的病原菌致病机制，是生物互作领域近年来的一项重大理论突破。由于该机制在病原菌中具有普遍性，不但对改良作物持久抗病性具有指导意义，也为开发新型生物农药提供了新线索，在农作物绿色生产领域具有潜在的应用前景。 真核生物酵母长染色体化学再造 基因组设计合成是对基因组进行全新设计和从头构建，能够按需塑造生命，开启从非生命物质向生命物质转化的大门，推动生命科学研究由理解生命到创造生命。基因组设计合成提供了深化理解生命进化、基因组与功能关系等基础科学问题的新思路。然而，基因组合成面临长染色体难以精准合成、合成染色体导致细胞失活等难题。 天津大学元英进、深圳华大基因研究院杨焕明、清华大学戴俊彪等团队联合，经过5年多的探索，完成了4条酿酒酵母长染色体的化学全合成：创建了基因组缺陷靶点快速定位方法和多靶点片段共转化精确修复技术，解决了化学合成长染色体导致细胞失活的难题，实现了长染色体合成序列与设计序列的完全匹配。创建了多级模块化和并行式染色体合成策略，实现了由小分子核苷酸到真核长染色体的快速定制合成。构建了人工环形染色体，为当前无法治疗的染色体成环疾病发生机理和潜在治疗手段建立了研究模型。 该研究于2017年3月10日以长文形式发表4篇《Science》论文，引起国内外专家和媒体的极大关注，被《Science》、《Nature》、《Nature Biotechnology》、《NatureReviews Genetics》、《Molecular Cell》等期刊发表专文高度评价。 煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术 2016年12月25日，西安交通大学校方将郭烈锦教授提出并经团队20年研发成功的“煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术”作价1.5亿元、转让给产业化投资集团-陕西中核交大公司，这正式启动了该技术的产业化工作。一年来团队持续攻关，发展了针对该技术大型工程化联产的系统集成与匹配方法，解决了产业化中存在的关键技术和辅助配套工程技术，完成了热电联产、氢热联产等两大类大型工程示范装置的技术设计，推动产业化投资集团陕西中核交大公司分别联合西安城投集团、榆林环保集团投资4.2亿元和5.0亿元开展了热电、氢热等两类联产系统的首套示范工程的建设工作。 该技术可从源头上解决导致雾霾的SOx、NOx等燃煤气体污染物和粉尘排放，以超临界水、H2和CO2组成的混合产物气可用于制氢、发电、供热、供蒸汽，工艺上可自然实现CO2富集和资源化利用，可提高发电机组煤电转化效率至少五个百分点，降低一次投资30%，节水，运行费用更低。第三方论证专家组认为“该技术具有完全自主知识产权，技术是可行的，经济性是合理的”。投资方认为该技术“实现了煤炭能源的高效、洁净、无污染利用，必将带来能源技术的深刻变革，为全球节能减排做出巨大贡献”。 高速铁路列车运行动力效应试验系 高速铁路列车运行速度高，接近或超过路基土体的波动传播速度，列车运行产生的振动不能及时传播出去引发激波现象和马赫效应，导致路基产生过大振动和循环累积沉降，影响列车安全及乘坐舒适性。在实验室内可控条件下研究高速列车运行引起的线路路基动力效应具有重要科学意义和工程价值。 浙江大学边学成教授牵头的陈云敏院士团队发明了国际上首台高速铁路列车运行动力效应试验装置。该装置将列车运行荷载转化为作用于一系列轨枕上的垂向动荷载，通过精确控制相邻激振器的加载相位差实现列车轮轴高速移动对路基的加载。整个试验系统由列车运行加载激振器阵列、加载控制系统、全比尺线路模型和测试系统组成，最高车速达360km/h。核心技术获美国发明专利2项，中国发明专利8项。 利用该系统发现了伴随动孔压剧增的饱和路基马赫效应和桩承式路基动力土拱效应，揭示了高铁路基内部动应力放大效应及沿深度衰减规律、循环累积沉降规律和产生过大沉降的机理。据此提出了路基循环累积沉降评价、控制和修复方法，并成功应用于软土地基上的10余项高铁和地铁工程，取得了显著的社会和经济效益。 成果在国际权威期刊发表论文10篇，其中发表在Soil Dynamics and Earthquake Engineering的论文被评为“Most Cited Articles”。 分享到：
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