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”博士生科技创新奖三等奖获得者和他们的创新成果！

获奖项目简介

01

获奖者：李露仙

所获奖项：三等奖

创新成果名称：基于驻极体的液滴水伏效应器件研究与应用

所在学院：航空学院

指导老师：郭万林教授 殷俊教授

成果简介：

聚焦于驻极体基液滴水伏效应器件，结合先进的电学测试与高时间分辨表征手段，深入研究了液滴动态演变过程及器件性能，结合多物理场仿真模拟、等效电路分析等方法，阐明器件工作机制，建立考虑多尺度动态过程的物理力学模型，并优化器件构型显著提高其电学输出，演示了其在流体传感、微区等离子体、电解水制氢等领域的应用。

创新点介绍：

1.提出底部半覆盖电极器件构型，实现了底电极液滴水伏效应器件输出电压/电流一个数量级的提升，揭示了非对称分布电极增强输出性能的机制。并构建了底部分支电极器件，克服了半覆盖底电极器件对液滴降落位置依赖性的限制，演示了其在流场传感、供能领域的应用。

2.针对双电极构型器件，提出了考虑宏观尺度上液滴铺展动力学、微观尺度上双电层动态形成过程及电路电容的液滴水伏效应器件的综合理论模型，揭示了器件输出电压的主导因素和理论上限，以此为指导优化器件实现千伏输出的火花电势。

3.针对应用瓶颈提出了有效解决方案，厘清了双电极构型器件输出性能同负载阻抗的依赖关系，并在高阻抗负载情况下利用千伏脉冲输出驱动了常温常压下气体电离，低阻抗负载情况下结合系统匹配设计，优化电解水系统实现水的电解制氢。

02

获奖者：赵志强

所获奖项：三等奖

创新成果名称：碳基功能材料及系统的物理力学研究

所在学院：航空学院

指导老师：张助华教授

成果简介：

碳基功能材料涵盖了丰富的物理力学性质，被广泛地应用于诸多领域。申请人结合经典牛顿力学、量子力学、机器学习等理论与方法对碳基功能材料及系统的物理力学性质进行了系统的研究，取得了如下成果：1) 设计发现了具有丰富拓扑半金属态的全sp2杂化碳相新家族, 促进了实验研究的突破; 2) 发现了三维石墨烯架构的庞弹热效应; 3) 预测了纳尺度受限水的压热效应，为探索新型制冷技术提供了思路。

创新点介绍：

1.设计发现了具有丰富拓扑半金属态的全sp2杂化碳相新家族。通过在石墨中引入互补手性的螺位错，设计了一大类具有优雅黎曼曲面的三维拓扑节点线半金属碳相，并将其命名为黎曼曲面碳家族，简称为RSCF。RSCF具有由螺位错之间的晶格间距界定的周期性，并且兼顾拓扑态的稳健应变鲁棒性与力学超弹性。

2.预测了三维石墨烯结构具有室温庞弹热效应。通过热力学分析与原子尺度模拟相结合的方法，报道了实验可制备的三维石墨烯结构中的可逆弹热效应。在0.7 GPa的压力下，评估的室温绝热温变可以高达155 K，弹热强度为300 K GPa-1，制冷性能系数高达44。更有趣的是，对材料施加拉伸和压缩应变,可以分别实现加热和冷却，使得常规弹热效应与逆弹热效应可在同一体系中实现。

3.发现了纳尺度受限水由结构相变引起的室温巨机械热效应。利用纳尺度受限和机械压力之间的协同作用来调节水的相变，并通过热力学分析和原子尺度计算报道了纳尺度受限水的室温巨机械热效应。热力学模型评估的受限水固-液等温熵变高达1066 J kg-1 K-1，在室温附近的绝热温变可以达到几十开尔文，并且受限水在350-450 K的宽温工作区间内都有明显的制冷效果。

03

获奖者：刘越

所获奖项：三等奖

创新成果名称：GaN 基 MHz 功率变换器超薄化高效高密度集成关键技术研究

所在学院：自动化学院

指导老师：吴红飞教授

成果简介：

轻量化、小型化是空间电源系统不断追求的目标。面向深空探测和大型空间平台的新一代空间装备技术发展需求，提出了多种高频高密度功率磁件超薄化设计方案，发现并定义了平面化磁件的窗口效应，揭示了其对电特性参数的影响规律。此外，还提出了多个变压器、电感的一体化集成方法，为航空航天电源系统高密度发展提供了指导。

创新点介绍：

1.申请人致力于平面电感超薄化集成设计研究，不仅发现并定义了磁件平面化所带来的窗口效应的产生机理和影响，还基于此改进了传统的电感值计算方法，使其准确性大幅提升。此外，针对不同变换器拓扑，申请人分别提出了多种平面电感超薄化的实现思路以及参数设计方法，与常规方法相比，所提方案能够实现磁芯损耗体积均降低20%。

2.申请人致力于高频变压器-电感一体化集成技术研究，提出了嵌入式拼接和异质比变压器串并联的多种集成方法。所提方法能够有效提高磁芯利用率、减小变换器中功率磁件的数量、体积和损耗。此外，申请人提出了一种利用阻抗平衡自动均流的集成方案，所提方案结合了集中式变压器体积小的优势，实现了功率密度的进一步提升。

3.申请人基于电磁路等效的思想提出了具有普适性的多个独立磁件解耦集成理论方法，所提方法不仅能够保证电源系统的工作状态在集成后不会变化，而且能够实现整个电源系统的磁件损耗降低。该方法成功应用于空间电源主-备协同模块以及雷达阵面电源模块系统，在保证其可靠性的前提下，大幅降低了功率磁件的体积、重量和损耗。

04

获奖者：成旺磊

所获奖项：三等奖

创新成果名称：异构多智能体系统的快速容错控制及其在空-地无人编队系统中的应用

所在学院：自动化学院

指导老师：姜斌教授 张柯教授

成果简介：

针对异构多智能体系统研究了快速容错控制新方法，分别从系统故障、个体稳定性、全局稳定性、任务快速实现、局部性能的约束与保持以及全局性能指标的优化等角度提出系列容错解决方案，并通过无人机-无人车异构编队平台进行了理论验证。创新成果为实际应用中跨域协同异构多智能体系统的安全可靠运行提供了有力的技术保障。

创新点介绍：

1.针对执行器故障下的异构多智能体系统，构建了一种基于固定时间和分布式最优的分层容错控制框架。揭示了故障对实际容错控制系统的影响机理，建立了一种虚拟层-实际层的分层最优容错控制方案，在确保全局误差固定时间收敛的同时，也有效规避了故障在通信网络中随机传播带来的影响，提高控制器设计的针对性和灵活性。

2.针对受执行器多重故障、外界干扰和参数不确定性影响的无人机-无人车异构编队系统，分别开展了无向拓扑、平衡有向拓扑、一般有向拓扑和切换拓扑下的固定时间容错控制研究，提出了同类维度分布式协同、差异维度分散式控制的容错方案，增强了空-地协同系统对动态不确定任务空间的适应性和对突发故障的快速容错性能。

3.针对无人机-无人车异构多智能体编队系统，开展了未知故障下性能可约束与保持的分布式主动容错控制研究。揭示了智能体状态的变化对跟踪性能的影响机理，提出了一套基于快速误差转化机制、固定时间滑模控制和自适应估故障计的预设性能主动容错控制方案，深化了空-地协同系统对控制性能的可操作空间。

05

获奖者：董续东

所获奖项：三等奖

创新成果名称：冲击噪声背景下稀疏阵列DOA估计和跟踪算法研究

所在学院：电子信息工程学院

指导老师：张小飞教授

成果简介：

DOA估计和跟踪是阵列信号处理的关键研究领域。本成果围绕DOA估计和跟踪中的“信源个数变化”和“冲击噪声干扰”问题，在冲击噪声下稀疏阵列的圆信号DOA估计、非圆信号DOA估计以及稀疏阵列DOA跟踪三个方面开展了深入的研究。通过理论推导和仿真实验，验证了所提出研究方法的有效性。所获得的研究成果预期为下一代信息传输、大规模MIMO、6G无线通信网络、卫星导航等提供重要的理论与技术支持，推动这些领域的发展，为未来科技创新做出贡献。

创新点介绍：

1.针对冲击噪声DOA估计问题，将稀疏阵列DOA估计技术扩展到冲击噪声场景。首先应用分数低阶统计量构造接收信号的等效协方差矩阵，然后基于互质阵列技术，提出了托普利茨相位分数低阶矩方法，在不损失阵列孔径的前提下能获得比现有方法更佳的DOA估计性能。

2.提出了两种算法（增广相位分数阶低阶矩算法和增强的有界非线性协方差算法）来抑制冲击噪声，通过利用信号的非圆特征，扩展了虚拟阵列孔径，从而提高算法估计性能。在两种算法中，采用降维MUSIC子空间技术获取非圆信号的DOA。与现有方法相比，这两种算法在大部分冲击噪声环境下具有更好的估计性能。

3.研究了冲击噪声下稀疏阵列的DOA跟踪问题。结合嵌套阵列技术，提出了一种改进的概率假设密度方法用于DOA跟踪。通过改进重采样方法中的粒子多样性，即在传统概率假设密度粒子滤波方法的预测步骤中对预测粒子进行预处理，提高了跟踪性能。此外将所提出的方法扩展到稀疏阵列场景，进一步提高了DOA跟踪的准确性。

06

获奖者：郭建博

所获奖项：三等奖

创新成果名称：高性能海工珊瑚混凝土在高温后的性能研究与数值模拟

所在学院：民航学院

指导老师：余红发教授 张锦华教授

成果简介：

针对岛礁特殊地理位置，考虑成本工期等因素，采用岛上的珊瑚礁砂配制混凝土，同时采用高韧性水泥提高其抗冲击性能。研究了高性能海工珊瑚混凝土在高温后动态冲击破坏模式，提出了混凝土的高温损伤新概念。开发了可以很好反映混凝土特征的三维随机骨料细观模型，通过理论、仿真计算与实验相结合的方法，验证了所提出研究方法的有效性。所获得的创新成果可作为我国远海岛礁防护工程设施的技术支撑。

创新点介绍：

1.珊瑚混凝土有着较高的脆性，影响了岛礁工程的防护能力。采用新型高韧性水泥-碱式硫酸镁水泥，来提高珊瑚混凝土的韧性。采用正交试验设计方法，从多维度多因素设计混凝土配合比，改变了胶凝材料总量、水胶比、骨料体积率、减水剂含量和矿物掺合料等占比，得到了新型高韧性碱式硫酸镁水泥珊瑚混凝土（BMSC-CASC）的最佳配合比。并根据此设计了多种强度等级的BMSC-CASC。

2.根据损伤力学定义，采用无损检测方式，定义了混凝土的高温损伤，将温度对混凝土的影响转化成损伤变量参数。通过珊瑚混凝土和高韧性碱式硫酸镁水泥珊瑚混凝土的动静态高温力学实验，得到混凝土静动态力学性能参数与高温损伤变量之间的关系。同时建立了一套适用于珊瑚混凝土高温后冲击的动态强度增长因子与高温损伤的全新关系式，可以很好区分不同温度区间，外力对珊瑚混凝土的影响。

3.针对珊瑚骨料棱角尖锐的随机外形特征及其在混凝土内随机分布的空间状态特征，在空间随机八面体的基础上，采用形状控制技术和随机生成算法，在三维空间生成大小和形状具有随机性、棱角尖锐的“三维随机多面体骨料模型”；然后采用随机投放算法将已生成的三维随机多面体骨料模型投放到混凝土模型中，最终得到粗骨料空间位置随机分布的“混凝土3D细观模型”。

07

获奖者：叶链旭

所获奖项：三等奖

创新成果名称：基于柔性氧化物异质结的呼吸传感器

所在学院：物理学院

指导老师：杨浩教授

成果简介：

柔性传感器在健康监测中具有广阔应用前景，其中人的呼吸由于缺乏合适的监测方案，相比其他参数更易被忽略，且现有监测方案存在主观偏差或设备贵重等问题。基于此，本项目制备了基于锰氧化物的新型柔性可穿戴呼吸传感器，并于不同场景中进行了系统测试。结果表明该传感器在对呼吸的连续长时间监测中表现出超强稳定性和多模态感知能力。

创新点介绍：

1.新型传感器的制备，生长机制探究：创新性地采用氮气作为脉冲激光沉积过程中的气氛，使得LSMO能够直接在氟金云母衬底上实现（110）取向的生长。本文提出了两种LSMO和mica衬底之间的晶格堆叠方式：范德华模式和键合模式。本研究为在柔性云母衬底上直接制备（110）取向的钙钛矿功能氧化膜提供了新的途径，也为利用不同取向的功能氧化膜构建柔性电子器件打开了新的大门。

2.新型传感器的应用，工作原理探究：通过两种应用场景的测试，探讨了柔性LSMO/mica传感器在人体呼吸监测中的可行性。该传感系统在连续、长时间监测动态人体呼吸方面表现出出色的稳定性和多模态能力。此外，COMSOL模拟确定了呼吸气流影响下温度分布是该传感器在呼吸测量过程中电阻变化的原理。此工作为设计可穿戴的人体呼吸监测面罩提供了一条新的途径。