1. 非硅MEMS技术及其应用
    非硅MEMS 技术是在硅MEMS 技术基础上发展起来的一项多学科交叉新技术。非硅材料种类繁多、性能各异,能满足不同应用领域的需求。本项目在国家863 计划等项目支持下,通过自主创新和发明,在非硅MEMS 加工、微器件和微系统技术及其应用方面取得一系列成果:发明了多层复杂微结构加工、柔性基底微结构加工、基于掩膜微电铸与薄膜材料掩膜刻蚀兼容集成的电化学微加工等一系列三维非硅微加工新技术,系统完整地创立了非硅MEMS 的支撑技术;发明了电磁型步进与往复微电机、磁电式和压电式振动能量采集器等新颖微执行器,为拓展非硅MEMS 应用创造了条件;发明了基于聚合物材料的新颖集成微流控PCR 生物芯片和毛细管电泳芯片,解决了新颖集成生物芯片的关键技术;发明了可变式光衰减器、微光纤连接器等一系列非硅电磁型微光器件;发明了静电悬浮微加速度计/陀螺仪、压电式固体模态微陀螺、微磁通门、MEMS 强链等新颖传感器和电磁型微系统。这些成果为非硅MEMS的发展和应用奠定了很好的基础,具有完全知识产权,已为复旦大学、东南大学、中科院光机所、江苏上上电缆集团、304厂等几十家用户单位应用,进行生物芯片、信息、复合膜模具、集成探卡、国防武器、非硅MEMS生产线等研究和应用;取得了显著的经济、社会效益。本研究成果授权发明专利140余项,发表SCI论文近80篇,出版专著3部;获得2008年国家技术发明二等奖、2007年上海市技术发明一等奖、2007年教育部技术发明一等奖、2009年教育部自然科学二等奖、2011年教育部技术发明二等奖。
 

2. 基于碳纳米管薄膜的高性能纳米器件
    研发了利用磁场调控高温电弧放电等离子体大量生长高质量单壁碳纳米管的方法,提出了“结构微扰法转变金属性碳纳米管为半导体性”,利用在石墨棒中加入S元素制备了半导体性单壁碳纳米管,实现了碳纳米管表面修饰、组装薄膜、纳米焊接电极等技术,在纳米电子学前沿领域研制了基于碳纳米管的超高性能纳米器件创新性研究成果:
1、 首创非对称肖特基势垒结构碳纳米管光伏电池,使用高功函数金属Pd和低功函数金属Al与半导体性碳纳米管焊接接触构成新型的光伏电池结构 (Small, 2008, 4(9): 1313-1318 (封面文章) (Applied Physics Letters, 2009,94:263501 (封面文章))。太阳光照射下,光电转换效率达到12.6%,理论效率高达48%,远高于硅太阳电池的31% (IEEE Transactions on Nanotechnology, 2009,8:303-314 (封面文章))。被Nanotechweb.org科技网、科学时报头版等专题报道,被Nature China杂志选为突出科学研究成果,作为“研究亮点”刊登报道。
2、研发出碳纳米管高敏感气体传感器,(1)采用四氟二酚这一种与沙林气体分子具有强相互作用的分子,修饰于半导体性单壁碳纳米管表面,制备出高灵敏型气体传感器,对沙林气体的检测极限为 1×10-4 mg/L范围。对DNT分子也具有特异的高灵敏传感性能。还(2)首创了基于薄膜体声波谐振器的碳纳米管表面吸附传感器,以表面的特异性吸附性能碳纳米管作为薄膜体声波谐振器(FBAR)的敏感端部,对气体分子吸附可以达到纳克量级的质量敏感。谐振频率为1-10 GHz,器件检测敏感性达到1.8 kHz/ng cm2 , Qs值高达92。在微称重和气体检测方面具有比传统的石英晶体微天平(QCM)传感灵敏度高3个数量级的优势。撰写出该领域第一本专著。
3、发明碳纳米管包覆泡沫镍立体多层次多孔性微结构超级电容器,在5 A /g 充放电流密度下,其最大比电容高达462 F /g,具有循环稳定性和很好的实际应用前景。2007年以来发表论文60多篇,获发明专利10余项,2008年获得教育部科技进步二等奖,2010年获得百篇优秀博士论文一篇,获得上海市优秀发明选拔赛优秀发明金奖。
 

3. 多功能磁性纳米粒子的制备及应用研究
   磁性纳米粒子在核酸的分离纯化、传感器及分子影像纳米探针方面展示出应用前景。为实现磁性纳米粒子的粒径可控、规模化制备,我们先后进行了微波辅助合成磁性纳米粒子、离子液体结合微波辅助合成磁性纳米粒子、碳酸锌与FeSO4基础上的热分解法规模化制备磁性纳米粒子、一锅煮制备磁性微球、双相可控制备上转换荧光磁性纳米粒子的方法研究,最终解决了磁性纳米粒子的粒径可控、规模化制备关键技术问题
    在此基础上,开展了磁性层析试纸条或芯片的研制,开展了GMI传感器微流控系统的设计制备并用于HPV病毒的快速基因分型,开展了GMR传感器微流控芯片的设计制备并实现了乙型肝炎病毒的快速基因分型,开展了树形分子修饰的磁性纳米粒子的制备并实现了治疗基因的高效递送,开展了光敏剂Ce6偶联磁性纳米粒子探针的制备及胃癌的近红外荧光成像与核磁共振成像及靶向化疗;开展了荧光磁性纳米粒子的制备并用于骨髓基质干细胞的标记、示踪及靶向胃癌成像,开展了BRCAA1单克隆抗体偶联荧光磁性纳米粒子探针的制备及胃癌的双模式成像研究,目标是解决多种胃癌血清标志物超敏感同步检测问题,解决胃癌治疗的siRNA等治疗核酸的高效靶向递送问题,解决体内胃癌的双模式成像与靶向化疗问题,解决体内胃癌细胞的靶向识别问题,获授权专利9项,1项医疗器械证书,系列论文发表在Cancer Res., Nano Letters, Advanced Functional Materials, Biomaterials, Lab on a chip, Biosensors & Bioelectronics, Applied Physics Letters等专业杂志上,被Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., Advanced Drug Delivery Review等专业杂志发表的综述中给予高度评价,展示出巨大的临床应用前景。 

4. 全氟离子交换材料制备技术及其应用
    氯碱工业是我国基础产业,我国氯气和烧碱的产能已达7000万吨,仅次于钢铁和石油产能,支撑着国民经济的运行和发展。氯碱工业的核心装备是电解槽,电解槽的核心是全氟离子膜。此前,我国所用的全氟离子膜100%依赖从美国和日本进口,是我国氯碱工业安全运行和健康发展的瓶颈。本成果研制了几十种原料和中间体、数种单体、数种全氟磺酸和全氟羧酸树脂、增强成纤树脂、全氟增强纤维、增强网。研发了成膜技术、功能化、表面涂层和涂布技术,解决了众多科学、技术、工程和装备难题,并最终成功研发出国产全氟离子交换膜。国产离子膜的问世,结束了美日30年的技术垄断,使我国实现了从氯碱大国到氯碱强国的历史性跨越,是我国氯碱工业发展的里程碑。目前,我国已经形成DF988和DF2801两大系列产品,覆盖目前使用的各种主流电解槽所进口的全氟离子膜。经过近两年的试生产和多家企业的工业应用,取得了良好效果,并开始进入标准化生产和大规模推广阶段。国家发改委基于国产全氟离子膜的成功应用,出台了淘汰为产业安全仍保留的约700万吨落后的石棉隔膜氯碱产能的命令。
 同时,本成果在燃料电池电动新能源汽车中也应用广泛,是燃料电池电堆发动机的核心材料。本成果开发的全氟质子交换膜受到全球关注,体现了我国在新能源汽车核心材料研究领域的世界领先水平。
 另外,本研究成果发表数十篇SCI论文,起草国家标准3项,并获国家自主创新产品证书、山东省技术发明一等奖、国家技术发明二等奖等。

 

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