論文摘要

論文名稱：空間噪聲/振動(dòng)傳輸編碼超材料理論與應(yīng)用

論文作者：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)/姜添曦

指導(dǎo)教師：何清波《研究領(lǐng)域：機(jī)械裝備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷與智能運(yùn)維?！贰ⅠT志華《精密驅(qū)動(dòng)器與精密傳感器?！?/p>

準(zhǔn)確高效地辨識(shí)噪聲與振動(dòng)對(duì)實(shí)現(xiàn)減振降噪、保障人類(lèi)生產(chǎn)生活的安全與舒適、保障裝備的健康運(yùn)行具有極其重要的意義。傳統(tǒng)的噪聲與振動(dòng)辨識(shí)方法依賴于傳感器數(shù)量及布局方式，測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜且功耗較高。因此，發(fā)展新型輕量化的噪聲與振動(dòng)辨識(shí)理論與技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)研究重點(diǎn)。聲學(xué)超材料是一種可以對(duì)聲波與彈性波進(jìn)行靈活操縱的人工結(jié)構(gòu)，其超常的物理特性為突破傳統(tǒng)噪聲與振動(dòng)辨識(shí)技術(shù)瓶頸提供了新的思路。目前，超材料在噪聲與振動(dòng)辨識(shí)方面的研究尚處于起步階段，對(duì)空間聲場(chǎng)蘊(yùn)含的信息進(jìn)行編碼的理論不夠完善，對(duì)空間振動(dòng)信息編碼的研究尚處于空白狀態(tài)，相關(guān)研究工作亟待開(kāi)展。

本文針對(duì)傳統(tǒng)噪聲與振動(dòng)辨識(shí)技術(shù)的缺點(diǎn)，開(kāi)展超材料空間噪聲/振動(dòng)傳輸特性編碼理論研究，發(fā)展基于超材料的單傳感器噪聲與振動(dòng)辨識(shí)理論技術(shù)。本文的主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)包括：

（1）提出了一種聲子晶體腔共振增強(qiáng)聲指向性感知理論與模型，揭示了聲子晶體等效諧振腔對(duì)入射聲波傳輸方向的影響機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間聲源的高精度指向性定位，解決了現(xiàn)有聲源方向感知模型的空間分辨率局限問(wèn)題。

（2）揭示了各向異性超材料對(duì)聲波不相關(guān)傳輸編碼的物理機(jī)制，結(jié)合壓縮感知理論實(shí)現(xiàn)了空間多聲源的單傳感器辨識(shí)與成像，設(shè)計(jì)了基于空間折疊超材料的單傳感器聲學(xué)相機(jī)，克服了傳統(tǒng)聲學(xué)相機(jī)傳感器數(shù)量多、陣列孔徑大的缺點(diǎn)。

（3）提出了一種具有等效負(fù)質(zhì)量特性的隨機(jī)耦合局域振子動(dòng)力學(xué)理論，揭示了隨機(jī)振子等效質(zhì)量的無(wú)序分布與耦合是高度不相關(guān)振動(dòng)傳輸編碼的物理機(jī)制，解決了隨機(jī)系統(tǒng)中彈性振動(dòng)傳遞的動(dòng)力學(xué)建模難題。

（4）發(fā)展了基于隨機(jī)化共振超材料單傳感器振源辨識(shí)系統(tǒng)，僅用一個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間多振源信息的壓縮辨識(shí)以及對(duì)沖擊序列的追蹤，突破了當(dāng)前振源辨識(shí)技術(shù)依賴于多個(gè)傳感器的局限性。

本文研究成果為實(shí)現(xiàn)新型輕量化的噪聲與振動(dòng)辨識(shí)提供了重要理論與技術(shù)基礎(chǔ)，為裝備的減振降噪、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與診斷提供了新的技術(shù)途徑，為超材料傳感器件與系統(tǒng)的研究開(kāi)啟了新的思路。

論文名稱：高性能液滴發(fā)電機(jī)的研究

論文作者：香港城市大學(xué)/徐王淮

指導(dǎo)教師：王鉆開(kāi)《研究領(lǐng)域：仿生工程，表界面工程，軟物質(zhì)?！?、徐曉嶸《研究領(lǐng)域：模態(tài)醫(yī)療影像及手術(shù)導(dǎo)航，醫(yī)療儀器標(biāo)準(zhǔn)化，微納米藥物包裹?！?/p>

能源短缺是全世界面臨的難題，如何高效利用可再生能源已成為全人類(lèi)的共識(shí)，也是當(dāng)今能源領(lǐng)域的前沿科研熱點(diǎn)。研發(fā)一種具有高耐候性、高輸出性能的普適水能發(fā)電技術(shù)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。本研究在理解水固界面電現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，基于多相界面和器件架構(gòu)設(shè)計(jì)，利用微納加工工藝，設(shè)計(jì)和優(yōu)化界面特性和電極架構(gòu)來(lái)根本性地解決常規(guī)水能收集器件的固有物理限制，實(shí)現(xiàn)多種工況下高效、穩(wěn)定的水能收集。主要研究包括：

基于自然界中豬籠草的表面潤(rùn)濕特性，首次發(fā)現(xiàn)了液/液界面發(fā)電現(xiàn)象，并設(shè)計(jì)了基于超潤(rùn)滑表面（SLIPS）的液/液摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）。這種發(fā)電機(jī)表面上的超潤(rùn)滑層不僅有利于液滴的傳輸和光學(xué)透明，而且可以有效地產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移。在實(shí)際應(yīng)用中，這種新型發(fā)電機(jī)除了可以在低溫下保持發(fā)電穩(wěn)定性之外，還展現(xiàn)出許多其他獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，例如高光學(xué)透明度、可配置性和自清潔性。

提出了一種新型的類(lèi)晶體管結(jié)構(gòu)的液滴發(fā)電機(jī)（TIDE-G），將傳統(tǒng)固/液界面水能發(fā)電的效率提升上千倍。在這種新型結(jié)構(gòu)中，聚四氟乙烯（PTFE）/氧化銦錫（ITO），鋁（Al）電極和水滴可以分別類(lèi)比為晶體管中的源極,漏極和門(mén)極。同時(shí)，具有疏水效應(yīng)的聚四氟乙烯駐極體在受到連續(xù)的液滴撞擊后，捕獲高密度的表面電荷，為有效地電荷轉(zhuǎn)移提供了一個(gè)理想的電荷源。本文證明了獨(dú)特的晶體管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)把基于表面效應(yīng)的開(kāi)路系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為液體、介電層與電極之間的閉合回路，突破了傳統(tǒng)水能收集器件的弊端，將原有的固/液發(fā)電技術(shù)的功率密度和轉(zhuǎn)化效率提高上千倍，并且實(shí)現(xiàn)了電荷在電極之間的可逆轉(zhuǎn)移，確保長(zhǎng)期的輸出穩(wěn)定。

提出了耦合超潤(rùn)滑表面和類(lèi)晶體管結(jié)構(gòu)的普適水能發(fā)電技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)包括從離散液滴到連續(xù)水流、開(kāi)放系統(tǒng)到封閉系統(tǒng)、微觀系統(tǒng)到宏觀系統(tǒng)的穩(wěn)定水能收集。本文在高性能液滴發(fā)電機(jī)方面的工作，有望引起高性能水能發(fā)器件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用浪潮，此外，對(duì)界面電現(xiàn)象的基本理解也能產(chǎn)生重要的啟發(fā)。