近日，我校第十二届“临近空间杯”博士生科技创新奖评审顺利举行。经学生自主申报、学院推荐、学校组织专家初评、公开答辩终审，共有14名博士生获得奖项，其中特等奖1名，一等奖2名，二等奖4名，三等奖7名。

“临近空间杯”博士生科技创新奖作为我校博士生在校期间可获得的最高学术荣誉奖励之一，为博士生们提供了一个共同交流、学习、分享的平台，展现了我校博士生丰硕的学术成果，营造了浓厚的创新氛围，激励了全校研究生在科研创新的道路上不断进步，取得更多成绩。

本期让我们走近第十二届“临近空间杯”博士生科技创新奖二等奖获得者和他们的创新成果！

获奖项目简介

01

获奖者：汪国庆

所获奖项：二等奖

创新成果名称：空间长寿命超声电机摩擦界面的设计与研究

所在学院：航空学院

指导老师：赵淳生教授 赵盖研究员

成果简介：

针对超声电机摩擦界面在空间环境下耐磨性不足导致无法长期连续运行的技术难题，通过分子动力学模拟、实验测试与机器学习等方法揭示了界面磨损机制，提出了基于固体润滑涂层的新型设计方案，该方案显著提高了超声电机的能量转换效率和耐磨性，为超声电机的拓展应用和快速发展提供了理论基础与技术支撑。

创新点介绍：

1.超声电机摩擦界面分子模拟设计：超声电机摩擦材料的研制通常采用配方优化设计，不仅耗时耗力，且难以准确揭示改性机理。本研究采用分子动力学模拟，从原子水平上研究超声电机摩擦界面的微观作用机理，重点分析摩擦过程中原子间的相互作用，揭示不同条件下的摩擦磨损机理，为设计高性能超声电机摩擦界面提供新的方法和理论基础。

2.基于机器学习的超声电机摩擦界面性能预测与评估：超声电机在不同工况下性能复杂多变，传统的性能研究主要依靠实验测试，随着机器学习技术的快速发展，可通过有限实验数据训练机器学习模型，从而可为超声电机在未知工况下的性能预测提供可能，也可为任意环境和工况下的摩擦学研究提供新的方案。

3.高性能超声电机在倾转旋翼机中的应用与实验验证：超声电机作为精密驱动机构的理想选择，具有低速大扭矩、高精度和快速响应的特点，是实现倾转旋翼飞行器高机动任务的有效方法，本研究针对倾转旋翼机需求背景，设计了具有能量高效传递、低速大扭矩和长寿命的超声电机。

02

获奖者：郑杭滨

所获奖项：二等奖

创新成果名称：太阳能直接驱动钙基热化学储热技术与系统研究

所在学院：能源与动力学院

指导老师：宣益民教授 刘向雷教授

成果简介：

针对传统热化学储热存在的“太阳能间接利用”和“循环稳定性差”的瓶颈，建立了钙基复合颗粒全光谱太阳能捕获吸收和循环稳定性的协同提升新方法，阐明了宏观尺度热质传递-化学反应耦合的能量转换机理，提出了太阳能直接驱动颗粒流化床热化学储热和释热换热器系统设计方法。所获得的创新成果在二氧化碳捕获和太阳能直接驱动热化学储热等方面应用具有显著的指导意义。

创新点介绍：

1.高光谱吸收和高储能密度兼容的碳酸钙储热材料设计与研制：围绕钙基复合颗粒太阳能全光谱捕获吸收，从太阳能捕获吸收和循环稳定性出发，揭示了太阳能光子-复合碳酸钙颗粒相互作用机制，阐明了元素掺杂和结构调控协同强化太阳能捕获吸收机理，建立了钙基复合材料/颗粒太阳能全光谱捕获吸收和循环稳定性协同提升的新方法。研制的铁锰元素掺杂钙基复合材料太阳能全光谱吸收率高达80%，是纯碳酸钙的5.6倍，历经100个循环后，储能密度为仅降低13%，优于国际研究水平。

2.预测颗粒系热质输运-化学反应耦合的储/释热性能：围绕宏观尺度热质传递-化学反应耦合能量转换机理，瞄准颗粒系热质输运-化学反应耦合的储/释热性能高精度预测难题，耦合太阳辐射传输跟踪、离散颗粒追迹和化学反应，阐明了反应器内温度场、速度场、浓度场、化学反应速率空间分布规律，建立了宏观尺度热质传递-化学反应匹配的高效能量转化方法。结果表明太阳能热化学储能效率最高可以达到43%。

3.搭建太阳能直接驱动流化床反应体系：围绕储释热稳定性机制与调控，设计并建立了一套太阳能直接驱动流化床反应体系。实验测试了改性材料直接捕获太阳能的优势，为该体系的规模化方法研究与工业应用奠定了一定的理论与实践基础。储存的热化学能如何释放目前在国内外鲜有研究，率先设计了一种带有化学反应的1 MWt热负荷流化床换热器，优化设计出的换热器管长和颗粒质量流率比目前商业显热材料分别减少了3和11倍，该设计将大大缩减在储能电站中建造与运行成本。

03

获奖者：王宇

所获奖项：二等奖

创新成果名称：低系统复杂度稳健MIMO-SAR系统研制及相关应用

所在学院：电子信息工程学院

指导老师：朱岱寅教授 金国栋副研究员

成果简介：

MIMO-SAR可突破传统SAR技术局限，有效解决传统体制中SAR成像诸多难题。本人的研究课题旨在开发一种适用于环境监测、目标侦查以及军事打击的实用型MIMO-SAR系统，并提高其成像质量和稳健性，同时降低系统的复杂度和研制成本。为此，本课题围绕MIMO-SAR发射波形设计、回波信号分离、多通道数据重构以及成像处理等方面展开研究，所获成果可为未来机载/星载MIMO-SAR系统设计提供关键的理论和技术支撑。

创新点介绍：

1.在MIMO-SAR系统研制中，回波分离是亟待解决的关键问题。目前的俯仰维波束形成回波分离方案需要较高的系统复杂度，极大地增加了MIMO-SAR系统研制的难度。有鉴于此，本人提出了三种新型的低系统复杂度MIMO-SAR回波分离框架，所提技术在回波分离过程中可节省30%~50%的系统资源，这对研发低成本、低质量的MIMO-SAR系统具有极其重要的意义。

2.目前的回波分离方案主要是利用系统的单一域资源实现分离，然而，在实际MIMO-SAR中，单域系统资源有限，这将极大地限制MIMO-SAR系统的性能。为此，本创新点通过构建多维编码模型，可实现对俯仰空域、方位空域以及多普勒域资源的协同处理。基于上述模式，MIMO-SAR可根据系统资源、成像模式自适应地调整波形编码机制，有效避免回波分离中系统资源不足的问题。所研究技术可以进一步推动MIMO-SAR系统的工程实现和应用推广。

3.在DBF-MIMO-SAR体制中，其成像性能直接取决于DBF处理性能。在实际处理中，探测场景中的地形起伏会影响DBF性能，进而恶化系统的回波分离效果。为保障MIMO-SAR系统在实际探测中的性能，本人提出了两种新型的稳健波束形成回波分离方案。所提技术可以实现对各信号分量波达角度的准确反演，且所构造的波束形成器具有动态波束响应特性，在波达角失配时仍可对期望信号施加无畸变响应，同时充分地抑制干扰分量。

04

获奖者：李晶晶

所获奖项：二等奖

创新成果名称：MOFs制备高性能氧还原电催化剂的机遇与挑战

所在学院：材料科学与技术学院

指导老师：何建平教授

成果简介：

以可控的方式操纵金属原子来合成具有理想结构和性能的材料是化学合成的圣杯。基于非铂催化剂在酸性环境中活性不足、稳定性差等科学性问题，制备了高活性、高稳定性的单原子铁催化剂。利用球差透射电镜、X射线吸收精细结构等物理表征技术和第一性原理计算等方法，证明了催化剂活性位点结构的稳定性和催化活性机理。单原子铁催化剂具有高活性和效率，可以显著提高燃料电池的性能。相对于贵金属催化剂，这种非贵金属催化剂具有更好的资源可持续性，降低了催化剂的成本，有望使燃料电池更具竞争力。

创新点介绍：

1.超薄类石墨烯筛的“缺陷工程”成就高密度Fe−N4活性位点：定向制备多级孔、高缺陷和高比表面积的超薄类石墨烯筛材料，以此为载体通过限域效应制备高密度、原子级分散的铁氮共掺杂催化剂，Fe原子含量高达8.36 wt%，极大提高催化剂活性。利用第一性原理筛选最佳活性位点结构，将理论设计与实验高度结合，揭示了孔边缘锚定的Fe−N4结构有效降低反应过电位，为设计新型高效催化材料提出普适理论。

2.螯合剂的蚀刻与配位相辅成就高传质效率和高活性位点的开孔碳催化剂：开发了通过螯合辅助选择性蚀刻在MOF中构建开孔结构的方法。螯合剂实现了晶体蚀刻和杂原子掺杂。实验和理论计算表明，Fe与轴向配位氧与硫调节了活性位点的电子结构，极大提高催化性能。清晰的开孔结构为构建有限元模拟模型提供基础。开放孔隙结构作为一个相互连接的通道，有效降低O2在MEA内的传输阻力。优越的开孔结构和高活性单原子催化剂充分发挥其在燃料电池应用中的潜力。

3.“曲率效应”介导单原子金属活性位点局域电子结构调制：开发具有序介孔碳材料，建立真实的孔内锚定Fe−N4位点模型，采用密度泛函理论研究表面曲率对Fe−N4位点周围的电荷密度和中间体的吸附能影响，通过形成能确定最稳定的Fe−N4位点结构。由理论指导实验，证明了低曲率凹面碳基底锚定的Fe−N4位点具有最佳氧还原活性。明确孔结构-机理-活性位点之间的关系，为设计高活性和高稳定性催化剂提供科学方法。