《东华大学中央高校专项资金学科交叉重点计划项目》.docx

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《东华大学中央高校专项资金学科交叉重点计划项目》

《xx年东华大学中央高校专项资金学科交叉重点计划项目》

附件1xx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。

xx年项目申报指南如下：

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；建立膜水处理装臵。

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。

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。

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。

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5-20nm，长度100-400nm；纤维素纳米线宽度5-40nm，长度800-4000nm；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

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6mm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—8—

架，支架具有荧光/micro-ct/mr多模态成像功能。

能够建立一套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。

①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。

②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。

③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。

④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。

⑤研究fe0对污泥厌氧消化过程中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；—10—

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。

内容仅供参考