1、2018年度东华大学中央高校专项资金学科交叉重点计划项目申报指南.doc

附件 1 2018 年度东华大学中央高校专项资金 学科交叉重点计划项目申报指南 学科交叉重点计划项目主要支持瞄准世界科技发展前沿、以 及国家经济社会发展重大需求而开展的多学科交叉的基础性、支 撑性和战略性研究，有望承担国家和地方重大科技任务的科研项 目。目前科研处组织开展学科交叉重点计划项目指南人体-材料交 互系统、碳纤维/金属混杂车身结构设计与分析评价、高效节能水 处理膜的设计与开发、高效产能源气/液碱性膜反应催化体系的设 计与二氧化碳电催化转化性能调控、功能化纳米纤维素的可控制 备及其在生态染整中的应用、碳纤维复合材料短脉冲激光制孔工 艺与质量控制方法、 基于多模态影像技术的可视化组织工程研究、 零价铁对污泥厌氧消化过程中抗生素抗性基因水平转移过程影 响机制研究、基于石墨烯发热的多周波理疗仪若干关键技术的研 究与应用和生物基长碳链聚酰胺合成、纤维制备及应用技术等 10 项学科交叉重点项目研究，为东华大学在纺织、材料、化工、能 源等领域的交叉提供科技支撑。 本专项以项目为单元组织申报，项目执行期 3 年。每个指南 方向资助项目原则上不超过 1 项。 2018 年项目申报指南如下： — 1 — 1. 人体—材料交互系统 研究内容：凝聚材料学科的优势，聚焦纳米复合纤维功能化、 智能化和器件化重要科学问题。通过设计与制备具有力、电、热、 磁感应的多重功能单元，利用精准化学修饰实现智能模块构筑， 通过外力场作用诱导多层级组装，实现聚合物基复合纤维的功能 “协同化”与“放大化”，发展纤维状可编织器件的组装新策略，获 得具有人体生理信号集成分析和材料功能特性智能响应的应答 系统，推动新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新 材料等战略性新兴产业跨越发展。 考核指标：（1）发表 SCI 学术论文 10-15 篇，申请 10 项以 上专利。 （2）建立材料、器件制备新方法，并取得原创性成果。 （3）为先进能源、智能感应、航空航天、军事国防等产业提供基 础理论、核心器件和智能系统，抢占科技与产业发展制高点。 2. 碳纤维/金属混杂车身结构设计、分析与评价 研究内容：对混杂结构的材料样条进行制备，并按照国际标 准测试和评价，建立相关材料数据库为车身结构设计提供数据基 础。对混杂结构的典型结构进行制备，建立相关测试及评价标准。 对典型结构件的连接样件进行制备，建立测试和评价方法。基于 材料数据及典型结构数据开展混杂结构车身的设计与优化。考虑 造型、舒适、关键部件连接及安全等关键设计因素，开展车身尺 寸、材料混杂比例、纤维铺层、金属车身连接与装配等设计。针 —2 — 对混杂结构车身的力学性能，开展强度、刚度和固有频率测试与 评价。 考核指标：开发一款碳纤维/金属混杂结构车身；发表高水平 学术论文至少 3-5 篇，申请发明专利至少 1-2 项。培养博士研究 生 1-2 名，硕士研究生 2-3 名。 3. 高效、节能水处理膜的设计与开发 研究内容：（1）膜材料的设计：聚合物高分子材料的设计 与合成、新型高光热转换材料的开发与制备、有机-无机复合纳米 材料的合成；材料结构的调控、孔道的调节、亲疏水的调变以及 稳定性的改进；材料结构和性能的表征。 （2）膜技术的开发：成 膜技术的建立、成膜性能的考察；膜稳定性、力学性能的考察； 膜 水处理效果的评价。 （3）膜处理工艺的建立：开发膜生产技术和 膜使用技术；开发高效太阳能利用技术和清洁水收集技术；建立 膜水处理装置。 考核指标：（1）开发 2~3 种新型水处理膜，与“时代沃顿” 合作，向工业生产转化，争取实现 5-10 亿产值；培养学生 10 人， 其中水处理膜专业人才 8 人。 （2）发表 SCI 论文 10 篇，其中一 区论文 4 篇；申请专利 10 项，其中授权专利 4 项；争取申请国 家重大课题的资助。 （3）建立水处理膜材料设计以及膜处理工艺 标准 1~2 项。 — 3 — 4. 高效产能源气/液碱性膜反应催化体系的设计与二氧化碳 电催化转化性能调控 研究内容：通过生物工程技术制备结构可控细菌纳米纤维素 材料，并以该纳米纤维素材料为模板，尝试构建一类新型的具有 超大三维纳-微有序多级结构 Cu/Sn/Bi 氧化物及其 N 掺杂碳负载 复合催化剂体系和离子交换膜，探索气体扩散电极（GDL）负载 催化剂的表面结构、组成、形貌以及微纳米尺寸与 CO2 电化学还 原催化活性与稳定性的构效关系。特别是碱性阴离子交换膜骨架 结构、季铵基团组成、电导率对促进 CO2 电化学还原的反应途径 以及选择性。基于纳米纤维素材料合成功能性复合电极材料和膜 材料，有效改善 CO2 电化学还原催化活性与稳定性。深入对比连 续式反应器酸/碱性离子交换膜结构体系 CO2 还原电流效率的变 化规律。采用多场多尺度模型对 CO2 电催化还原过程进行有效模 型计算，揭示 CO2 高效产能源气/液的反应机制，从而实现从微 观到宏观尺度的跨越，为实现 CO2 碳基资源高效电催化转化和利 用提供可靠的数据支撑和理论指导。 考核指标：（1）获得三种及以上 CO2 高效转化甲酸的纳-微 有序多级结构催化剂以及高性能 PVA 或纳米纤维素基碱性阴离 子交换膜/膜电极；实现法拉第效率 70%-90%。 （2）在国内外具 有影响力的学术期刊上发表 SCI 收录源论文 4 篇以上，申请发明 专利 2-3 项。 （3）培养博士研究生 1-2 名，硕士研究生 3-4 名。 —4 — 5. 功能化纳米纤维素的可控制备及其在生态染整中的应用 研究内容：（1）纳米纤维素的可控制备研究：分析废旧纺 织品中棉纤维的物化性状，研究其纤维素大分子的结构及形态特 征，明晰溶剂及热、机械耦合作用下纤维素大分子的断裂机制， 靶向定位氢键断裂点，并优选环保节能型复配溶剂及处理工艺， 实现纤维素纳米晶，纤维素纳米线以及再生纳米纤维素的可控制 备，建立高效环保提取技术路线。 （2）纳米纤维素功能化修饰技 术研究：结合调控染色，表面接枝，有机无机杂化等手段制备不 同类型的功能化纳米纤维素。建立系统的功能纳米纤维素材料体 系结构设计的理论和通用方法，揭示不同修饰条件对界面的构筑 及相互作用机制的影响规律，实现具有良好分散性、可加工性等 的功能化纳米纤维素的批量生产。 （3）纳米纤维素应用技术研究： 探索功能化纳米纤维素应用于织物生态染整的工艺技术及产品 效果，为产业化应用奠定理论基础。包括：纺织品功能整理，研 究功能化纳米纤维素与织物表面的结合，开发具有抗菌、抗紫外 线、阻燃等单功能或多功能织物；纺织品生态染色，研究纳米纤 维素调控染色，实现得色量深，色牢度高和手感好的效果，整体 工艺简单稳定、缩短流程、节约能源；印染废水净化，研究功能 化纳米纤维素与染料分子的络合与吸附作用，开发纳米纤维素废 水净化技术。 — 5 — 考核指标：（1）建立废旧棉纺织品提取纳米纤维素工程化 示范装备 2 套；争取科技成果转让三项，转让费 100 万元以上。 （2）建立基于功能纳米纤维素织物整理的企业标准 1-3 项；申 请相关国家标准 1 项；发表高水平 SCI 论文 8-10 篇；申请国家发 明专利 8-10 项；培养硕士及博士研究生 5-8 名。（3）纤维素纳 米晶宽度 5-20 nm，长度 100-400 nm；纤维素纳米线宽度 5-40 nm，长度 800-4000 nm；再生纳米纤维素纯度 98%；纤维素纳米 晶收率 35%以上；纤维素纳米线收率 45%以上；再生纳米纤维素 收率 85%以上。 6. 碳纤维复合材料短脉冲激光制孔工艺与质量控制方法 研究内容：（1）CFRP 在短脉冲激光作用下的去除机理：进 行树脂和碳纤维的短脉冲激光烧蚀阈值测试，分析碳纤维复合材 料的短脉冲激光烧蚀机理。建立多道扫描轨迹间碳纤维骨架下的 多孔隙流动力学模型，研究气体溢出压力引起的材料力学剥蚀效 应，探索其对材料去除效率的影响规律。 （2）短脉冲激光钻削 CFRP 热力学行为分析与数值仿真：研究激光单环扫描烧蚀形貌 和热传导特性。开展多环扫描路径的热积累效应研究，分析路径 搭接对温度场分布和材料去除率的影响规律。研究 CFRP 组分热 膨胀系数不同与界面温度差异引起的热应力集中、界面脱离等问 题。 （3）激光制孔热力损伤与结构力学性能衰减的映射关系：研 —6 — 究 CFRP 层状结构的烧蚀特征，分析材料热力损伤导致结构破坏 失效的作用机制。 建立钻孔热影响区大小与强度衰减的映射关系， 形成钻孔加工件静力强度和疲劳强度许用评价标准，确定复合材 料激光制孔热约束条件。 （4）基于加工精度和热约束下的激光制 孔工艺规划：研究加工参数对热影响区、制孔精度、材料去除率、 制孔效率的影响规律，确定最优化工艺参数操作窗口。开展复杂 形状型腔的激光制孔工艺规划算法研究。获得优化的扫描路径和 工艺参数，满足 CFRP 高效高质量加工需求。 考核指标：（1）揭示碳纤维增强复合材料对移动激光能量吸 收规律，解释碳纤维多孔隙骨架下热解气体力学剥蚀行为，阐明 短脉冲激光作用下复合材料的去除机理。建立短脉冲激光钻削碳 纤维增强复合材料加工质量评价标准，形成加工精度约束和热约 束下的激光扫描工艺规划方法。 （2）技术指标：激光制孔热影响 区 HAZ≤100μm ， 无 分 层 和 撕 裂 缺 陷 ； 可 制 孔 孔 径 范 围 400μm-10mm；可实现圆孔、方孔等多种孔型的制备； 与机械钻 孔相比，激光制孔试件的连接强度无降低。 （3）在激光应用、制 造技术、 复合材料等相关领域的国际权威期刊发表 SCI/EI 论文 5-8 篇。培养博士生 2 名，硕士生 2-4 名。 7. 基于多模态影像技术的可视化组织工程研究 — 7 — 研究内容：（1）设计和制备多模态影像剂负载的纳米粒子， 并将成骨和促血管化双因子负载到纳米载体中，采用激光共聚焦 显微镜观察纳米粒子的荧光成像能力和细胞摄取情况，评价不同 纳米粒子诱导大鼠干细胞向成骨细胞和血管内皮细胞分化的潜能； （2）采用 3D 打印技术或热致相分离技术制备生物可降解的骨组 织工程支架，将不同的纳米载体复合到支架中。对支架的降解性 能、力学强度等进行系统表征，利用干细胞共培养技术体外评价 支架材料的组织再生能力，采用荧光、Micro-CT 和 MR 多模态影 像监测支架的降解、血管化和细胞长入情况；（3）体内异位成骨 能力及动态监测。将支架植入裸鼠皮下，12 周内每两周进行荧光、 Micro-CT 和 MR 多模态影像监测，分析支架降解、骨长入和血管 生成等骨组织再生状况。对相同时点的动物样本进行组织学和组 织化学染色观察。结合动态监测和组织学结果，评估支架的异位 成骨和血管化能力。（4）体内骨移植和动态监测研究。建立大鼠 6 mm 颅骨缺损动物模型，将不同支架植入到缺损处。12 周内每 两周进行荧光、Micro-CT 和 MR 多模态影像监测，采集分析影像 数据。 对相同时点的样本进行组织学和组织化学染色观察。 结合动 态监测和组织学结果，评估支架在缺损修复中的成骨和血管化能 力。结合所有实验数据，对支架的各项功能和结构参数进行优化。 考核指标：（1）开发 1-2 种具有较好骨修复效果的骨修复支 架，支架具有荧光/Micro-CT/MR 多模态成像功能。能够建立一套 —8 — 通过多模态影像技术动态监测骨修复过程的方法，最终创建一种 可视化组织工程研究新方法。（2）在国内外期刊发表署名本项目 资助的 SCI 论文 8 篇，其中 SCI 一区论文不少于 5 篇。申报 3-5 项国家发明专利，并获公开。培养博士生 4 名，硕士生 6 名。 8. 零价铁对污泥厌氧消化过程中抗生素抗性基因水平转移 过程影响机制研究 研究内容：℃研究 Fe0 在不同厌氧环境条件下存在形态的变化 分布，考察温度、pH 和 ORP 等环境因子对 Fe0 形态转变的过程 影响，鉴别表征 Fe 氧化产物的结构特征和物化特性，掌握 Fe0 在 厌氧微生物介导作用下的形态转变规律和分布特征。℃研究 Fe0 在 厌氧环境下对污泥 EPS 组成变化的作用影响， 识别厌氧污泥絮体 结构在 Fe0 形态转变过程中的变化特征，同步系统考察污泥厌氧 体系酸化类型、挥发性脂肪酸、产气量及产甲烷势的过程变化， 明确 Fe0 对厌氧污泥絮体结构特征变化的影响规律，及其强化污 泥厌氧反应进程的内在机制。℃研究 Fe0 对厌氧微生物群落组成特 征的变化影响， 识别其对厌氧微生物量和群落多样性的影响机制， 考察 Fe0 对参与污泥厌氧反应过程关键酶系多样性及酶活性的影 响规律。℃研究 Fe0 对 ARGs 消长变化的作用影响，比较考察 ARGs 在污泥厌氧消化过程中的消长动力学过程，明确 ARGs 在不同厌 氧反应阶段过程中的变化规律及影响因子，掌握厌氧微生物群落 组成演变对 ARGs 行为特征变化的影响机制。℃研究 Fe0 对污泥厌 — 9 — 氧消化过程中 ARGs 水平转移过程的影响规律，考察不同 Fe 存 在形态结构特征、污泥絮体结构紧密程度、污泥 EPS 组成变化等 对 ARGs 在质粒 DNA、胞外 DNA 和噬菌体 DNA 中分布变化的 影响规律，阐明 Fe0 对 ARGs 在污泥厌氧消化过程中的水平转移 机制。 考核指标：（1）在国内外核心期刊上发表学术论文 11 篇及 以上，其中 SCI 和 EI 收录论文 7 篇及以上，参加国内外相关学 术会议 2 次及以上；申请国家发明专利 2-3 项， 获授权发明专利 1-2 项。 （2）探明 Fe0 在厌氧微生物介导作用下的形态转变规律，明 确 Fe0 对污泥絮体物化性质、厌氧反应体系理化特性，以及厌氧 微生物群落特征变化的作用影响；掌握 Fe0 在污泥厌氧消化过程 中对 ARGs 行为特征变化的过程影响，建立 ARGs 与污泥厌氧反 应过程参数之间的内在关联模式，阐明 Fe0 对 ARGs 水平转移过 程的影响机制；建立基于 Fe0 强化削减污泥厌氧消化过程中 ARGs 的最佳技术方法。 9. 基于石墨烯发热的多周波理疗仪若干关键技术的研究与 应用 研究内容：研究七种不同的自动治疗程序的周期频率发生电 路；研究十六种不同的档位治疗程序，可根据需要自由选择组合； 研究基于一款石墨烯功能衍生材料的发热电路；研究基于智能温 — 10 — 控电路的多温热电极技术，可通过温度调节电位器自由调控其温 度，最高可调至 43℃。通过机器学习让多周波频率发生电路与中 医按摩手法进行匹配.使得机器按摩接近中医按摩手法和效果。研 究一种基于大数据分析的手机 app 可以搜集使用用户的多种信息 进行分析,判断,改进等.使得产品具有自适应学习性。 考核指标：申请 2-3 项发明型专利；发表 SCI/EI 高水平 2-3 篇；项目成果可转化,合作公司可实现每年 100 万左右的合同订单； 工作频率在 0-100 赫兹范围内,脉冲双向方波输出，脉宽 50us(1% 上下误差) 。输入工作电压在 3-5 伏。人体皮肤接触刺激峰值脉 冲最大电流控制在 130mA 以内。石墨烯发热层的有效电阻值在 60-120 欧。 10. 生物基长碳链聚酰胺合成、纤维制备及应用技术 研究内容：（1）针对生物法制备的戊二胺和长碳链二元酸 单体中杂质种类多的特点，系统研究杂质对 PA56 聚合速度、分 子量及其分布、热氧降解、产品色度等的影响，阐明杂质对生物 基聚酰胺聚合及品质的影响规律。 （2）基于奇数碳戊二胺和长碳 链二元酸聚合反应特点，研究反应温度、反应压力、反应时间等 工艺条件，以及催化剂、热稳定剂及其它添加助剂的种类、用量 对生物基聚酰胺合成的影响。 （3）研究新型生物质长碳链聚酰胺 熔体的流变性能和可纺性，研究生物质长碳链聚酰胺熔融纺丝动 — 11 — 力学及纺丝过程中凝聚态结构演变规律，设计适合新型长碳链聚 酰胺的专用喷丝板，系统研究纺丝温度、冷却条件、拉伸温度、 拉伸倍数、卷绕速度等工艺参数对纤维结构和性能的影响。建立 纺丝工艺与纤维聚集态结构、形态结构等的内在联系，建立纤维 结构与纤维热性能、力学性能、吸湿性能、弹性等之间的对应关 系。 （4）考察新型生物质长碳链聚酰胺纤维面料的耐染化料、耐 （干/湿）热性能尤其高温敏感性，研究尽快在湿、热、拉伸、化 学助剂作用条件下对织物风格及力学性能等的影响。探究新型生 物质长碳链聚酰胺织物独特的染色性能，揭示染料与纤维吸附、 扩散作用机制，开发新的染整工艺。 考核指标：（1）突破新型生物质长碳链聚酰胺合成、纤维 制备关键技术，探索其织造及染整技术。 （2）生物质长碳链聚酰 胺树脂，相对粘度 2.2-2.8、熔点 180-260℃（依据不同的品种所有 差异） ；生物质长碳链聚酰胺纤维， FDY 纤维断裂强度≥3.0cN/dtex， 断裂伸长率 20-40%。 （3）发表 2～3 篇，其中 SCI 收录论文 1～2 篇。 （4）申请发明专利 2～3 项，并且将该技术推广到有关企业。 （5）依托该项目培养研究生 2～3 名。 — 12 —