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永磁电动机与异步电动机结构和工作原理基本一样，即定子线圈通电后产生旋转磁场，转子跟随定子产生的旋转磁场旋转，实现机电能量转换。异步电动机的转子是靠电流产生励磁磁场。永磁电动机的转子是由永磁体建立励磁磁场，同时利用磁引力拉动永磁转子跟随定子产生的旋转磁场同步旋转。该技术中斜轴泵用高压永磁电机直接驱动叶轮运转，省去了传统应用中的减速机结构，同时低速永磁电机采用多极数设计，转子部位嵌有高性能永磁体，无需励磁绕组，具有系统效率高、功率因数高、结构简单、安全可靠、体积小、安装维护方便的优点，是低扬程、大流量水利泵类设施最佳的节能驱动设备。 主要性能指标：与同功率，同转速，同转矩异步电机驱动系统相比较：节能率≥25%；投资成本≤15%。效率：≥97.5%；功率因数：≥0.98；最大转矩倍数：2.0；噪声：≤78(dB)；振动：≤10(μm)；绕组温升：≤25K；防护等级：IP68。 适用范围：适用于水利工程低扬程大流量水泵，大量使用400r/min以下的大中型低速泵，配套驱动系统功率为500kW～2000kW。

构建高水平安全技术体系是推动中国风电行业高质量发展的重要保障。受经济技术条件制约，风力发电普遍存在状态感知力弱、环境适应性差、防护能力低等突出问题。该项目面向中国风电行业安全运行与智能运维的重大需求，系统性突破了传统监测手段碎片化、滞后性的技术瓶颈，首创了“多维度统合感知-数字孪生态势推演-多层级主动控制”一体化技术体系，实现了风电机组运维模式从“被动处置”向“主动预防”的根本转变。项目依托新能源电力系统国家实验室、新能源发电国家工程研究中心，在国家自然基金重点项目等支持下，开展产学研用联合攻关，取得如下创新成果： (1)提出了基于多源异构信息融合的监测系统以及混联异构传感网络。该项目关键技术为基于多源异构信息融合的综合状态感知技术。该技术面向风电机组“流体-机械-电气-控制”多领域耦合及运行状态难以全面捕捉的行业难题，通过构建“声-光-位移-振动-张力”多维度综合感知模式，突破了传统单一参数监测的局限，形成了覆盖关键部件的混联异构传感网络。研发了基于电磁超声波波法的螺栓轴力原位检测与多参数在线监测技术，实现了对关键连接部件预紧力的高精度、非接触式实时监控。同时，开创了基于爬壁机器人与无人机的立体协同智能巡检系统，成功应用于风电叶片表面缺陷的自动化检测，显著提升了巡检安全性与效率。通过上述技术的集成应用，实现了对机组健康状态的深度洞察，风险识别准确率超过98%，有效推动运维模式由定期检修向实时预警的预测性维护转变。 (2)创建了基于数字孪生的全景态势感知与推演平台。该技术面向风电机组安全防护能力低、传统控制响应滞后及缺乏动态容错机制的行业痛点，通过构建覆盖“机-场-环-网”多维度系统的数字孪生平台，实现了对机组运行状态的深度认知与超前预测。系统整合多源异构传感数据，开发了具备实时仿真与多场景推演能力的数字孪生计算引擎，单机新增虚实映射参数超过2300个，显著提升了对典型工况与异常状态的感知精度(≥92%)。基于超限状态推演预警，实现了从被动响应到预知控制的跨越，为风电机组主动安全控制和系统级容错提供了核心数据支撑和决策依据，有效支撑故障率降低和机组可利用率的显著提升。 (3)创建了应对不同等级风险的多层级主动安全控制系统。该技术面向风电机组在复杂运行环境下控制适应性不足、安全链扩展性差以及故障应对能力弱的突出问题，通过研发高可靠性控制装置与智能协同容错算法，构建了覆盖部件、单机、场站等多层级的主动安全防护体系。项目研制了宽温域(-40℃～70℃)、高抗扰的主控设备与可编程安全继电器，实现了安全链控制功能的柔性扩展(提升30%以上)与站间通信可靠性显著增强(误码率降低≥90%)。同时，提出了基于性能劣化预测与多单元协同的容错控制策略，实现了三类典型非停机故障的在线补偿与自适应容错，有效抑制超限事件发生率60%以上，大幅提升机组在极端工况下的运行韧性与电网适应性。 (4)面向复杂运行环境的多任务自适应韧性提升技术。研制高适应性机组主控设备，工作温区扩展至-40℃-70℃；发明极端风况、超低温、覆冰等恶劣环境下的韧性控制技术，机组可利用率提升7%～11%；开发场网协同有功/频率、无功/电压控制系统，并网点有功调节偏差率≤±0.5%，电压波动率≤±2%，显著增强电网适应性与运行稳定性。 项目成果已形成涵盖“智能感知-精准诊断-主动防护”全链条的风电机组安全一体化解决方案。核心装备与系统已实现规模化商业应用，覆盖新疆、甘肃、内蒙古、江苏、福建等10余省区的43个大型陆上及海上风电场，成功应用于6000余台在运风电机组的智能化改造与升级，涵盖国内主流1.XMW至8.XMW机型，并配套应用于串列式双风轮风电机组、25MW级测试平台等国家重大装备与工程。 项目获授权国际发明专利4项、中国发明专利52项、软件著作权23项，发表SCI/EI论文53篇，制定国家标准3项、团体标准1项。成果经李德仁院士、赵沁平院士等专家评价为国际领先水平，获中国可再生能源学会科技进步特等奖等省部级以上奖励4项，日内瓦国际发明展金奖1项。通过了北京鉴衡认证中心等第三方机构的测试认证，符合CMA、IECRE和CNAS标准。 近三年新增销售收入206.9亿元，新增利润75.1亿元，机组可利用率提升7%-11%，故障率降低10%，运维成本下降15%-20%，出口创汇4.3亿元。项目通过智能巡检装备替代人工作业，大幅降低高空高危作业风险，为风电行业安全生产树立新标杆，社会效益显著，为中国能源安全与“双碳”战略实施提供了关键技术支撑。

1.项目研究背景简介： 在未来空天场景中，先进飞行器亟需部署长期自主供电的无线传感网络(如第五代战机的“传感融合标准”)，用于实时监测运行状态并支撑智能运维。传统化学电池存在续航短、维护频繁等缺陷，而有线输运供电则受布线与环境限制，难以在某些严苛工况中稳定工作。飞行器传动系统蕴含旋转动能，而机翼在正常服役时往往处于微弱振动状态，但当遭遇阵风或气动扰动时，则会产生显著振动，这不仅会加速结构疲劳，还可能导致噪声增加。若能有效俘获并利用这些机械能，不仅能够抑制飞行器自身振动噪声，还能为机载无线传感网络进行持续供电，进而替代或补充传统化学电池和有线供电方式，推动国家绿色航空领域发展。然而，由于飞行器服役工况多变，其自身机械能呈现出多变、宽频、微弱等特征，这为能量俘获与利用带来了极大挑战，具体如下：(1)常规线性能量俘获系统难以匹配多变宽频激励，导致能量俘获效率低下；(2)在微弱振动激励下，以往能量俘获系统易失效；(3)电学自由度和非线性耦合项的引入，使能量俘获系统模型求解困难，导致响应机理不明。为克服以上难题，该项目创新性提出了非线性能量俘获与利用方法，从非线性能量俘获系统结构设计、非线性多稳态能量俘获理论以及非线性能量俘获响应机理角度出发，系统地开展了非线性能量俘获系统的结构设计-工作原理-响应机制研究，为未来空天飞行器的自主感知和智能运维提供了坚实的理论基础与可行的工程实现方法。 2.主要研究内容和科学发现： 该项目的主要研究内容和科学发现如下： (一)提出了非线性能量俘获系统的宽频结构设计及建模方法。针对传统能量俘获系统难以匹配多变宽频激励的关键问题，设计了非线性宽频能量俘获系统。通过引入磁耦合机制，拓宽了能量俘获系统的工作频带，有效提升了多变宽频激励下的能量俘获效率。构建了系统的多物理场耦合理论模型，揭示了多变宽频激励下的非线性能量俘获匹配机制，突破了传统线性能量俘获系统的局限性。中国工程院外籍院士、美国医学与生物工程院院士、英国皇家工程院院士、新加坡工程院院士SeeramRamakrishna教授等评价称：“…提出了一种采用旋转圆柱形磁铁的低频磁力拨动复位装置…在0.5-5.0Hz转速范围内的最高平均输出功率为13.13mW，比无复位机制的能量俘获系统提高了215.9%。 (二)提出了非线性多稳态能量俘获理论。针对微弱振动激励下以往非线性能量俘获系统易失效的瓶颈问题，提出了非线性多稳态能量俘获理论。揭示了非对称势能结构的多解特性与势垒分布的调控规律，建立了不稳定平衡点的优化设计准则，实现了在微弱振动激励下的跨势垒高能轨道运动，显著提升了能量俘获效率，为发展高效能量俘获系统提供了理论基础和设计方法。波兰科学院院士、波兰工程院院士、欧洲科学与艺术学院院士、波兰金十字勋章获得者Jan Awrejcewicz教授等评价称：“通过理论和实验研究了由磁场产生的三稳态宽频压电能量俘获系统，所提出数学模型经过验证可以得到三稳态能量俘获系统的响应特性”。 (三)揭示了非线性能量俘获系统的响应机理。针对非线性能量俘获系统响应机理尚不明晰的问题，提出了基于谐波平衡的摄动解析方法，获得了系统的周期振动响应特性。进一步，提出了多尺度耦合动力学分析框架，基于Melnikov半解析方法推导了同宿与异宿分岔条件，实现了混沌响应的预测与分析，揭示了在不同参数条件下的非线性混沌响应机制。通过分岔理论与数值仿真相结合，定量表征了周期振动向混沌响应转换的临界条件及其对能量传递效率的影响机制，为非线性能量俘获系统的优化设计提供了严格的理论依据。美国工程院院士、美国航空界个人最高成就奖-里德航空奖和世界航空领域终身成就奖-古根海姆勋章获得者EarlHDowell教授等评价称：“…揭示了非对称三稳态能量俘获系统的非线性动力学机理”。 3.科学价值及实施效果： 上述研究工作在国际上引领了能量俘获领域的发展，拓展了绿色航空领域国际科学前沿和发展方向，得到了国内外同行的高度认可。该项目组完成人在国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家级军口纵向等项目资助下，深入开展了非线性能量俘获与利用方法研究，研究成果及学术观点在Applied Energy、ECM、CNSNS、MSSP等权威期刊发表学术论文100余篇，其中20余篇论文入选ESI高被引论文。受邀在顶级期刊Joule(IF>35)上撰写了56页长篇幅综述，得到了学者们的广泛引用。 5篇代表性论文WOS总他引1167次，其中单篇WOS最高他引469次，1篇论文入选ESI热点论文、3篇论文入选ESI高被引论文，得到了中、美、英、加等国院士和会士的正面引用和积极评价，1篇获陕西省自然科学优秀学术论文奖，2篇获得国际埃尼奖Eni Award的提名邀请。作为核心内容，支撑获得中国振动工程学会科学技术奖一等奖1项(该年度全国共6项)、二等奖1项。研究成果在中国航空工业空气动力研究院、中国人民解放军某部队完成了应用测试。

以油气为主的化石能源在中国能源结构中长期处于主体地位，管道是输送石油与天然气最主要的载体。随着“十四五”规划对油气互联网络建设需求的提出与《中长期油气管网规划》中制定目标的实现，降低长距离输送油气管道的建设成本也显得越来越重要。然而，管道特殊的服役环境使其容易受拉伸载荷、地理环境、输送介质的腐蚀性、主体自然老化等因素影响，而不可避免地在管道内外壁出现腐蚀、变形甚至开裂等失效情况。由于油气介质的较高风险性，一旦发生泄漏将引发灾难事故、重大事故，对经济生态环境造成巨大损失。管道内检测是保障国家能源安全和响应国家基础能源建设的重要举措。国内外均已研发一定适用范围的微小缺陷和变形的管道内检测设备，形成了对应的检测技术，但已应用成果尚未解决任意方向、全壁厚的裂纹及应力应变的有效检测和识别问题。因此，突破极端环境下管道微小缺陷、变形等失效情况定量在线检测的技术瓶颈是保障管道安全运行的重要手段，对支撑国家能源安全战略具有重要意义。 1.主要研究内容：针对管道在极端环境下裂纹及应力等失效情况的定量检测需求，按照“科学问题-关键技术-设备与软件研发-应用验证”的技术路线，开展理论研究，攻克关键科学问题，突破传统电磁检测技术增加趋肤深度的局限性、缺陷高信噪比定量检测及全方位表征的技术瓶颈，形成全壁厚电磁及惯性导航多参数管道在线内检测技术及其应用新理论、新方法、新技术、新设备、新软件，实现应用验证，为长输油气管道安全与质量检测提供技术支持，进一步助推油气能源基础设施建设。该项目重点围绕从全壁厚检测机理与磁信号理论建模、多模式高信噪比管道内检测技术及装备、多源数据融合的三维可视缺陷识别和工程应用4个方面展开深入研究，明晰微小缺陷与应力检测机理以及磁信号对应关系，确立外部环境干扰与检测系统信号源噪声综合作用下的检测信号特征，开发多重相关解调技术，研制电磁-惯性导航多模式集成内检测系统，开发平衡电磁-磁弹性-惯性测绘数据融合方法，搭建管道内检测装备性能测试模拟实验平台，在国内典型长输管线开展在线内检测应用，验证该项目所提技术对管道微小缺陷的检测有效性和理论模型的正确性，综合确定该项目所提方法的在线检测能力。 2.项目预期影响力：一是从科学研究角度，建立在极端环境下管道受外部激励作用的结构力学响应与磁信号的对应关系，探索电磁场传播深度大于趋肤深度时长输管道微小缺陷和应力的内检测能力与激励场参数的作用关系等，实现长输油气管道安全与质量检测中的理论创新和技术突破的双重目标。二是从产业发展角度，解决极端环境下长输油气管道微小缺陷、轴向应力与弯曲应变等检测及应用关键技术中的科学和技术问题，为保障中国长距离、大规模油气储运安全、降低管道维护成本提供助力，进而为推进中国油气能源基础设施建设与化石能源产业发展提供技术支撑。三是从经济效益角度，通过有针对性的维护检修，能够将因微小裂纹等缺陷导致的油气泄漏，进而引发的安全事故率能够降低90％以上，真正发挥安全检验的预防作用。四是从生态效益角度，在国家“双碳”目标建设阶段，对长输油气管道微小裂纹及变形的检测，将是推动现代化能源体系向绿色、可持续方向发展的重要手段。

在日益严峻的水资源保护与环境治理需求的双重驱动下，项目团队积极响应环境保护与科技创新并重的国家战略号召，以科技创新为核心引领，以产、学、研、用深度融合为实施路径，聚焦当前水处理技术普遍面临的废水处理效率低下、工艺流程繁琐以及资源化循环利用程度不足等关键问题和技术瓶颈，展开了深入探索与技术攻坚，在理论创新与实际应用中取得突破性进展，开辟出一条低碳、高效、可持续的污水处理与循环利用新路径。项目团队汇聚集体智慧，聚焦磁助光电耦合污水处理设备的设计理论及系统策略、污水高效处理技术和材料研发、地表径流有效处理以及生态排水储水系统的工程设计与研发等核心科学技术问题，开展全面系统的探索，主要创新成果概述如下： 1、基于光催化和磁助光电耦合原理，研发了磁助光电耦合有机废水处理设备。 研究并设计了一种基于三相内循环流化床光催化反应器，创新性地利用多反射光催化技术实现了光能的高效利用，可有效提升污水降解速率。以上述装置为基础，分设两个机构对有机废水进行适度稀释和降解催化分离，配备两个控制模块确保装置稳定运行并进一步优化降解效果，从而实现废水的高效降解和催化剂的有效分离回收，解决了催化剂高效回收利用难的问题。对该装置进一步优化，通过外加磁场强化光电子在催化剂表面的传输与反应效应，结合磁助光电耦合原理提升光能利用率与催化降解效率，系统内部精准划分为升流区、降流区和缓流区，实现了反应过程中固、液、气三相的高效分离及催化剂的循环利用，装置光催化降解效率较传统设备提升33%，整体碳排放减少17%。智能分区设计在提高光催化降解效率的同时，确保了系统稳定运行与长期维护的便捷性。 2、研究并开发了一系列的染料、抗生素等有机废水的高效处理技术。基于TMT15与硫酸铝和聚丙烯酰胺等絮凝剂的协同效应，以及他们对维多利亚蓝B和孔雀石绿等有机污染物的螯合共沉淀作用，研发出高去除率的污水低碳处理技术，为印染废水处理提供重要的技术保障。针对石油钻井废弃泥浆中羧甲基纤维素钠的高保水性难处置现状，深度融合Fenton、TiO₂和UV，开发了一种便捷高效且成本低廉的协同降解技术，实现了最优条件半小时内羧甲基纤维素钠的完全降解，展现了多技术耦合在有机污染物治理领域的巨大潜力。针对石墨烯材料易团聚、氧化石墨烯难分离等问题，利用硫脲化学还原氧化石墨烯，并结合超声剥离作用制备出氮硫共掺杂的新型石墨烯材料，可高效吸附水中的抗生素。对抗生素磺胺甲恶唑的去除率是原始氧化石墨烯的16.36倍，显著高于传统石墨烯材料，吸附速率更快，50小时即可达到平衡。其优良的吸附选择性、高效性和循环稳定性，在抗生素废水处理中具有广阔的应用前景。 3、构建了一种含油污、危化品等的路面径流处理系统，创新性地开发了兼具排水集水的多功能生态排水沟。针对高速公路环境敏感路段因发生危化品泄漏(尤其是难降解有机污染物)等突发事故径流处置问题，研发了一种桥上排水与桥下水处理相结合的高架桥排水系统，其核心技术是沿路收集分段排至雨水处理系统。可对桥面路面积水、油污、泄漏危险化学品产生的径流进行有效处理，能将径流中的SS、COD、Pb等污染物去除率分别提升至95.32%、70.77%和38.57%。该系统不仅减轻了初期雨水径流对公路沿线水质的污染风险，还将径流水有效转化为灌溉和绿化用水，实现了桥面路面排水的高效低碳处理和资源化利用。研发的多功能生态排水沟，满足生态保护与工程防护的双重需求，创新性集成了即时排水和智能储水功能，促进了水资源的循环与高效利用，解决了传统设施面临的排水不畅与资源浪费问题。 此外，还研发了一种具备过滤净化功能的冷却水循环机，创新性集成了过滤净化设施和排水孔散热系统，在保证流量的前提下，可有效延长设备使用寿命，解决了机械设备长期运行和设备维护的难题。 项目团队多年来聚焦于污水资源化处置、高活性吸附材料研发和水处理系统开发等核心领域的技术研发工作，构建了坚实的理论框架并积累了丰富的实践经验。 围绕该项申报成果，项目团队承担包括重点研发计划、国家自然科学基金、科技支撑计划、省级重点研发计划在内的科研项目20多项；团队成员获国家杰青(2025)、国家优青(2018)、西安市杰青(2024)、全国社会实践优秀个人(2021)、陕西省科技特派员(2022)称号，获山东省科学技术奖、陕西省高等学校科学技术研究优秀成果奖、中国公路学会科学技术奖、甘肃省科技进步奖、陕西省环境保护科技奖等多项奖励/荣誉21项，在科研领域获得广泛认可。项目团队多年积累的丰硕研究成果在环境领域发表SCI论文100余篇，包括ES&T和WR等高影响力期刊论文27篇；编制和发布行业/团体标准5项；授权专利37项和软件著作权2项。在含污废水处理技术/装置的技术开发方面，项目团队开展了一系列创新性研究工作，团队承担的与该成果相关的国家科技支撑计划课题，经专家组鉴定：研究成果总体达到国际先进水平。上述专利和设备的成功获批与研发，充分展示了项目团队在污染物降解和水处理系统研发方面的技术实力和创新引领能力。 在工程技术研发和科技成果转化领域，项目团队积极与企业构建产学研用一体化合作关系，积极承担社会责任，以社会实际需求为成果导向，将研究成果转化为兼具可操作性和实效性的解决方案/技术/产品，为守护秦巴腹地碧水蓝天贡献科技力量。项目团队研发的沿路收集分段排至雨水处理系统在贵州省仁赤高速公路得到应用，有效解决了贵州省仁怀市茅州区30万人的饮用水安全问题和土壤生态安全，为当地民生福祉做出积极贡献。项目团队依托国家科技支撑计划，明确了青藏高原高海拔高寒地区路面径流污染特征，识别出青藏工程水环境保护路段，针对高寒高海拔地区设计的多功能生态排水沟技术，有效促进了区域水资源的良性循环与生态修复，已成功应用于共玉、青藏公路示范段，该成果/技术经专家鉴定达到国际先进水平，展现了项目团队卓越的创新实力和应用价值。项目团队针对长庆油田第二采油厂434个油泥掩埋点污染问题，研发了羧甲基纤维素钠检测与去高效除技术，显著提升了石油钻井废弃泥浆的处理效率。上述关键技术和实践成果不仅展示了项目团队在废水处理、有机污染物降解和资源循环利用体系构建方面的技术攻关实力，也为推动水资源保护和可持续发展提供了坚实的理论和技术支撑。

该技术中立式轴流泵用高压大功率低速大扭矩永磁电机直接驱动叶轮运转，省去了传统应用中的减速机结构，同时低速永磁电机采用多极数设计，转子内部嵌有高性能永磁体，无需励磁绕组，具有系统效率高、功率因数高、结构简单、安全可靠、噪音低、振动小、体积小、安装维护方便等特点。 主要性能指标： 1.额定转矩49971N·m.额定转速172r/min、额定电压10000V、额定电流57A； 2.电机效率96%，与传统技术相比系统效率可提高11%，综合节电率达20%以上； 3.年耗电量221万kWh，按年运行1000h计算，节能能力为18万吨标煤/年。 适用范围：适用于水利工程低扬程大流量水泵，大量使用400r/min以下的大中型低速泵。

聚氯乙烯(PVC)作为全球广泛应用的高聚物树脂，其热稳定剂的研发一直是化工领域的重要课题。中国作为PVC生产和出口大国，产能占全球的60％，然而，传统含铅热稳定剂的使用不仅污染环境，还对中国相关产品出口造成了“绿色贸易壁垒”。开发高效、价廉、无毒环保的无铅热稳定剂，已成为PVC产业可持续发展的关键需求。中国蛭石资源丰富，尤其是新疆尉犁县的蛭石储量居世界前列，但长期以来，蛭石的深加工技术相对落后，未能充分发挥其高附加值潜力。因此，利用蛭石开发无铅热稳定剂，不仅有助于解决PVC产业的“卡脖子”问题，还能推动中国蛭石资源的高效利用。 1.主要创新点：1.1蛭石基热稳定剂系列产品的开发。随着全球对环保要求的日益提高，含铅PVC热稳定剂的出口受限，无铅环保热稳定剂成为行业发展的重要方向。该项目团队基于新疆特色矿产蛭石资源，提出了蛭石基热稳定剂的概念，利用蛭石层板带负电和层间阳离子抑制盐酸溢出的原理，成功制备了无毒高效环保的蛭石PVC热稳定剂，为绿色PVC热稳定剂家族增添了新成员。蛭石纳米片在180℃下的抗老化时间可达70min，展现出优异的热稳定性能，具有显著的市场竞争力。针对高成本热稳定剂的难题，进一步开发了蛭石基复合热稳定剂。该复合热稳定剂以廉价的蛭石为基础，通过复配制备，不仅成本低、绿色环保，而且在老化测试中表现出卓越性能。与进口热稳定剂相比，其性能相当；相较于传统铅盐热稳定剂，性能提升近30％；相较于钙锌、镁铝水滑石等无铅稳定剂，性能提升近2倍。此外，蛭石基热稳定剂不仅提升了PVC的热稳定性，还显著增强了其力学性能、气体阻隔性能和耐紫外老化性能。具体而言，使用该热稳定剂制备的PVC管的形变量提高了2倍多，拉伸断裂应变能力提高了近1倍；蛭石基复合膜的气体阻隔性提高了约63.7％；经紫外老化1000h后，PVC样品仍保持优异的力学性能。这一系列创新成果，为PVC产业的绿色转型提供了有力支持。1.2蛭石连续微波膨胀关键技术。在国家碳中和、碳达峰战略背景下，传统煤加热或燃气加热的蛭石膨胀炉因污染大、能耗高而被限制停产整改。该项目团队提出的蛭石微波膨胀技术，有效解决了这一问题，落实了国家“双碳”战略。通过该技术，蛭石的加工温度从900℃降低到400℃，同时克服了传统热膨胀蛭石脆性大的问题。团队基于蛭石层间水分子和离子相态转化的原理，开发了连续微波膨胀技术，对中国膨胀蛭石的工业化深加工和功能化应用具有重要意义。针对蛭石膨胀率低的关键问题，团队深入研究了离子改性对蛭石膨胀性能的影响。经过钾离子改性处理后的蛭石样品，在相同条件下比原矿蛭石具有更大的膨胀比，平衡阶段膨胀比提高了13.8％。此外，团队还研发了连续化微波膨胀设备，实现了膨胀蛭石从进料到出料的连续操作。该设备采用独特的多腔多源构架，配备2450MHz高性能工业微波磁控管和特别设计的微波传输激励标准波导，通过交叉极化多组分布式馈能技术，经多槽口向微波膨胀箱体馈能，实现了理想模式分布和优良的膨胀均匀性。设备设计的连续进口和出口滤波装置，确保了微波泄漏的完全控制，同时“风冷+水冷”双冷系统使其始终保持在70～200℃，实现了连续化蛭石膨胀。与传统热膨胀技术相比，该设备不仅保证了产品的韧性，克服了传统热膨胀的脆性，还将膨胀蛭石的产率提高了7％，实现了工艺技术的创新和技术的更新换代。1.3蛭石窄空间剥离技术。传统的离子交换法剥离和剪切剥离方法存在产量低、无法批量制备蛭石纳米片等缺点。团队研发了快速有效的“窄间隙”剥离法，通过控制剪切、研磨和摩擦应力协同作用的空间尺寸，实现了蛭石纳米片的高效批量制备。该方法制备的蛭石纳米片含量可达84.9％，剥离时间缩短至4h，相较于普通行星球磨机，产率提升了约9倍，时间缩短了30～60倍。为解决窄空间剥离过程中热量不能及时移除和无法连续化进出料的难题，团队进一步研发了连续一体化湿磨机(水平湿式连续性生产研磨分散机)。该设备的研磨体内包括内转筒，筒壁开有孔道并设置导向小圆柱，氧化锆小球通过内转筒内外流动实现剥离。物料通过隔膜泵输送至研磨桶内，利用流体力学原理，通过孔道和导向柱子控制流通和流量，实现蛭石的高效剥离。合格的产品通过出口排出，未达到粒径要求的物料则自动返回研磨空间，进行内循环再次剥离。在主机转速为2000r/min、泵浦压力为0.4MPa、进料量保持在2L/h的条件下，处理360min即可完成蛭石微米纳米化的工艺，达到D50不大于1μm的出料粒径，产率达到80％以上。这一技术突破，为蛭石纳米片的工业化生产提供了有力支持。2010年起，团队围绕国家“双碳”战略，面向PVC产业提质增效和南疆特色蛭石矿产高值化利用的迫切需求，开展了无铅化热稳定剂的研发工作。通过多年努力，团队发明了蛭石连续微波膨胀技术、“窄空间”绿色剥离技术，开发了“微波膨胀液相剥离”一体化连续生产工艺及设备，成功研发了蛭石基热稳定剂及衍生复合热稳定。这一系列成果，不仅为PVC热稳定剂家族增添了新的绿色成员，还显著提升了PVC制品的力学性能、耐紫外老化性能和气体阻隔性能，为PVC产业的转型升级注入了新动能，推动了新疆蛭石产业的高质量发展，缓解了中国蛭石贸易逆差问题。 2.推广应用及社会经济效益：项目成果在新疆、河北、山东、河南等地推广应用，近3年累计生产膨胀蛭石1740t、蛭石粉体55t、蛭石基热稳定剂226t，累计加工生产各类PVC制品13140t，实现销售收入及技术性收入14839万元，新增利润618.45万元，新增税收24.27万元。此外，项目还为企业培养了大量专业技术人才，累计培养了近10名青年教师、30余名硕士研究生和百余名本科生，登记软件著作权2项，发表论文19篇(其中SCI、EI期刊论文13篇)，出版专著1部，修订行业标准1项，取得了良好的经济社会效益，对促进新疆矿产资源高值利用、突破无铅热稳定剂“卡脖子”技术、推动PVC产业绿色可持续发展具有重要意义。

永磁电动机与异步电动机结构和工作原理基本一样，即定子线圈通电后产生旋转磁场，转子跟随定子产生的旋转磁场旋转，实现机电能量转换。异步电动机的转子是靠电流产生励磁磁场。永磁电动机的转子是由永磁体建立励磁磁场，利用磁引力拉动永磁转子跟随定子产生的旋转磁场同步旋转。该技术中竖井贯流泵用高压永磁电机直接驱动叶轮运转，省去了传统应用中的减速机结构，同时低速永磁电机采用多极数设计，转子部位嵌有高性能永磁体，无需励磁绕组，具有系统效率高、功率因数高、结构简单、安全可靠、体积小、安装维护方便的优点，是低扬程、大流量水利泵类设施最佳的节能驱动设备。 主要性能指标：与同功率，同转速，同转矩异步电机驱动系统相比较：节能率≥27%；投资成本≤18%。效率：≥98%；功率因数：≥0.99；最大转矩倍数：2.2；噪声：≤75(dB)；振动：≤15(μm)；绕组温升：≤20K；防护等级：IP68。 适用范围：适用于水利工程低扬程大流量水泵，大量使用400r/min以下的大中型低速泵，配套驱动系统功率为450kW～3000kW。

风电是优质的新能源，中国“十四五”现代能源体系规划强调加快发展风电，推进风电的大规模开发和高质量发展，鼓励建设海上风电基地，推进海上风电向深水远岸区域布局。而国家发改委出台的风电设备国产化政策要求风电设备国产化率达到70%，不满足要求的风电场不允许建设。这对风电设备的国产化提出更高的要求，其中风电机组的主轴轴承是关键。 国家能源局2023年发布的“风电场改造升级和退役管理办法”鼓励并网运行超过15年或单台机组容量小于1.5兆瓦的风电场开展改造升级。更新换代下，对大功率风电主轴轴承的需求大幅度增加，同时也对大功率风电机组主轴轴承提出了更高的要求。 因此，为了积极响应国家政策，江苏永钢与北科大、新强联企业合作，采用产学研用的模式，全面系统地研究了风电主轴轴承用钢的成分、冶炼、连铸以及锻造热处理工艺的理论机理与工艺难题，在常规42CrMo4的基础上成功开发出了适用于风电主轴轴承的新材料与加工工艺。 经过近三年的开发，所取得的主要内容与特点如下：1.成分设计。在42CrMo4的基础上通过调整C、Mn、Cr、Mo含量来提高材料的淬硬性和淬透性，适当加入Ni提高冲击韧性，并加入适量的Ｖ细化晶粒提高综合机械性能，通过调质加中频淬火使材料性能满足风电主轴轴承性能要求。2.高洁净度钢关键冶炼工艺。通过电炉终点碳控制、全流程铝含量设计、炉渣组成与造渣制度设计、VD过程工艺设计、软吹过程工艺设计、双透气砖底吹设计、模块化氩气流量控制系统等手段，确保钢中非金属夹杂物满足风电轴承的标准要求。3.高致密度、低偏析大圆坯关键连铸工艺。通过中间包冶金、保护浇注、低过热度浇注、二冷配水制度、三段式电磁搅拌等工艺手段，成功开发出的超大规格风电主轴轴承用连铸圆坯(最大规格Φ800mm)，可以代替传统的电渣锭，在国内属首创。4.通过轴承设计、锻造工艺和热处理工艺研究，开发出的风电主轴轴承能够替代传统100CrMnMoSi8-4-6、100CrMnMo7-3等高碳铬轴承和G20Cr2Ni4渗碳轴承。 产品已应用于明阳智能、东方电气、三一重能等知名风电主机厂。该项目获授权发明专利8项，授权实用新型专利8项，并获得先后获得河南省科学技术进步奖二等奖、江苏省冶金科学技术奖一等奖、河南省机械工业科学技术奖一等奖。

该项目属于材料学研究领域。超材料是一种具有颠覆性电磁波操控特性的人工微结构材料，具有传统材料不具备超常媒质参数。超材料在通信、雷达装备中的应用对推动通信装备跨越式发展意义重大。超材料通过合理设计局域谐振的介质或金属微结构获得超常电磁特性。然而实际应用工况下装备内部异质结构多样、力/热环境复杂，与超材料的局域谐振模态耦合对其性能产生复杂非线性影响，使得高性能超材料应用面临装备兼容、环境适应性的巨大挑战。因而探究由复杂异质媒质构造的杂化超材料局域模态及其复杂耦合机制，揭示介质金属杂化超材料多种谐振模态及其复杂耦合对电磁性质的调控机理，发展对杂化超材料电磁模态及其耦合主动高效调控手段，建立介质金属杂化超材料模态及其复耦合调控的一体化设计方法对推动超材料在通信装备中的工程应用具有重要科学意义。该项目在国家重点计划，国家自然科学基金项目持续资助下，围绕介质金属杂化超材料局域模态复杂耦合、多物理场作用对电磁性能非线性变化影响机制不清晰及如何对杂化超材料模态耦合进行主动调控等科学问题开展了系统深入研究，取得了具有重要科学意义和国际影响的创新性成果。重要的科学发现包括： (1)提出并阐明介质金属LC/米氏谐振模态强度、相位复耦合调控机理，建立了介质金属杂化超材料模态复耦合电磁性质设计方法。提出低损耗高介电陶瓷颗粒基元电、磁米氏谐振耦合构筑类电磁感应透明效应调控电磁传播群延迟的方法，构建电、磁谐振模态耦合一体设计方法。提出并探究了金属基元、介质基元超杂化超材料，实现了介质基元米氏磁谐振模态外部激励与金属基元LC谐振模态间接激励的双重激发。提出了外部入射、局域场双激发的振子耦合模型，揭示了基元模态耦合强度、耦合相位对杂化超材料整体电磁吸收、散射的调制机理。基于模态复耦合机理构建了金属介质杂化超材料电磁散射性质设计新方法，首次实现超材料基元磁谐振散射的“外部隐身”调控。 (2)建立力、热物理场杂化超材料耦合模型，阐明多物理场对模态耦合影响机机理，掌握多物理场作用下杂化超材料电磁性能非线性调制规律。提出介质颗粒导电薄膜复合杂化超材料电磁吸收体模型，建立了力学拉伸动态重构超材料基元空间耦合方法，发现了电场、磁场方向力学形变对局域电磁耦合的各向异性调控，阐明了杂化超材料受力形变对局域耦合强度、吸波频率的可逆调制规律，实现超材料基元耦合强度、电磁吸收性能的非线性精准调控。构建了介质金属复合材质基元超材料研究了热物理场对基元局域模态的显著调制行为，揭示了谐振行为的形成机制及其结构和热调控的机理，发现介质金属复合材质复介电响应随温度变化决定了其对超材料电磁性能的调控。 (3)揭示多种杂化超材料体系中谐振模态主动调控机理，建立介质金属杂化超材料模态及其复耦合主动调控的一体化设计方法。构筑磁谐振金属基元与向列型液晶构筑杂化超材料体系，通过外加电场对液晶分子空间有序排布的精准调制进而调节杂化超材料谐振模态，阐明了液晶分子无序排布对基元共振模态的影响机理，建立了液晶分子取向与局域电磁场空间分布的一致性对基元谐振模态的调控方法。揭示了铁电材料介电温调特性对构筑超材料基元模态色散及其耦合阵列各向异性的调控机理，建立杂化超材料模态及其耦合主动调控的一体化设计方法，实现了工作频率可智能调控的“变色龙”隐身衣。构筑了近零介电超材料与电导可调的薄膜复合杂化模型，通过稳态相位近似阐明了杂化超材料结构的散射相位特性及其对电磁波束古斯-汉欣空间位移调制机理，建立了电磁波束几何位移频率色散、极化敏感特性的电调制方法，发现了杂化超材料电磁波束散射空间位移类“彩虹”效应。 该项目5篇代表性论文发表于材料领域顶刊Advanced Materials、Physical Review X等上，代表性论文被Science子刊、Physical Review Letters等权威期刊他引360次，单篇最高他引125次。基于理论成果发展的相关技术和方法获授权专利10项，部分成果荣获2023年度陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖一等奖。该项目取得的创新性成果得到了英国剑桥大学、美国宾州州立大学、法国国家研究院、新加坡南洋理工大学、英国爱丁堡大学和国内清华大学、北京大学和中国科学院等全球27个国家、109个科研院所知名学者的正面引用评价。 基于理论成果发展的介质金属杂化超材料电磁性能一体设计技术及复杂电磁模态耦合调控技术已在星载相控阵天线和5G/4G多频多制式基站天线去耦合领域得到应用，包括航天科技集团八院509研究所、陕西荣泰联信新材料有限公司、广东富宇鸿通讯有限公司等单位。有效解决了天基系统载荷轻量化、卫星通信自适应抗干扰等关键问题，在相同性能条件下总重量比传统有源相控阵天线降低超过80%，总成本降低超过70%，为发展新一代轻量化保密通信载荷舞定了扎实基础。采用超材料有效解决了4G无源天线与5G有源天线结构集成下的空间解耦合，为4G多频多端口天线与5G Massive MIMO天线一体化产品的开发和应用奠定了坚实的基础。