产业前瞻｜院士专家团队技术方向研究及发展路线图

聚酰亚胺（PI）基气凝胶通常用冷冻干燥（FD）或超临界干燥（SD）法制备。冷冻干燥和超临界干燥技术可避免干燥过程中孔结构的坍塌及抑制孔结构的收缩。然而，这两种技术都需要复杂的仪器来创造真空条件下的超低温度环境或超高压环境下的高温环境。此外，干燥过程耗时、成本高、产量低和生产规模受限是其致命的缺陷，阻碍了FD和SD技术在大规模生产方面的进一步实际应用。除此，大规模制备是否简易和廉价对于此类技术能否实际应用是至关重要的。

南京林业大学蒋少华研究团队、江西师范大学侯豪情研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年2月刊发表了题目为《冷冻-萃取/真空干燥法制备坚固和耐疲劳的聚酰亚胺纤维气凝胶及其增强阻燃性复合材料》的研究性文章，使用短切电纺PI纤维作为支撑骨架，通过开发出一种无需特殊干燥方法的真空干燥（VD）与冷冻-萃取相结合的方法，制备出高性能PI纤维气凝胶（PIFAs）。所得PIFAs具有低密度（≤52.8 mg⋅cm−3）和高孔隙率（>96%）。该PIFA在至少20 000次的循环压缩过程中展现出高度的耐疲劳性及低能量损失系数。密度为39.1 mg⋅cm−3的PIFA具有40.4 mW⋅m−1⋅K−1的热导率。通过进一步使用聚硅氮烷对PIFAs复合改性后，其具备更强的耐火性和氮气氛围中的高残留率（>70%）。文章表明，这些优异的性能使PIFAs及其复合材料成为可应用于建筑工业、航空和航天工业轻质材料、隔热和防火层以及高温反应催化剂载体的可选材料。此外，文章中提出的冷冻-萃取/VD法因其节能、省时和节约成本而可被拓展用于制备其他材料。

作者：姚恺清 等

原文链接：https://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2021.08.024

在太阳能驱动的光热蒸馏中，超亲水材料可以促进液态水的快速输送和盐结晶的再溶解。同时，超亲水材料的水化层可以有效隔离各类污染物，在复杂应用环境中保护蒸发器，使蒸发器正常运行。将热量限制在空气/水界面进行局部加热是实现高光热转换效率和高蒸发速率的关键。然而，超亲水性和自漂浮性通常是相互矛盾的。一般来说，超亲水的材料可以被水完全润湿，密度与水相似甚至高于水，从而下沉到水底而无法漂浮在空气/水界面。然而，在海洋中，部分海藻具有超亲水表面和类似水凝胶的结构，但它们仍然能够漂浮在海面进行光合作用。

南开大学曹墨源研究团队、天津大学张雷研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年1月刊发表了题目为《抗多种污染的仿海藻全亲水自漂浮太阳能光热蒸发器》的研究性文章，开发了一种全亲水自漂浮（SIFS）的太阳能光热蒸发器。蒸发器中密集填充的空心玻璃微球（HGB）赋予蒸发器独立自漂浮和隔热的性能，不需要额外提供浮力支撑，能将热量集中在空气/水界面。两性离子磺基甜菜碱（ZSB）凝胶作为黏合剂和涂层，使蒸发器具有全亲水性质，从而保证持续的水运输，溶解潜在的盐结晶，克服油污染、微生物腐蚀和蛋白质吸附。文章表明，凭借其独特的全亲水自漂浮性质和优异的抗污性能，该蒸发器有望为新型功能材料的设计和解决复杂环境下光热海水蒸馏的实际问题提供新的思路。

作者：文驰宇 等

原文链接：https://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2021.06.029

全身麻醉被定义为在药理作用下的无意识、失忆和无反应。全身麻醉的概念不仅涉及大脑意识活动的暂停，同时也包括由脊髓调节的神经和心理因素的暂停。全球每年有数以千万计的患者接受全身麻醉，其在手术过程中抑制了人们最宝贵的心理属性——意识。麻醉医生诱导安全可逆的无意识（loss of consciousness，LOC）对临床手术来说至关重要。然而，临床麻醉监测系统的发展还很滞后，麻醉诱导无意识的神经机制也没有明确定论。

浙江大学刘军、孙煜研究团队、同济大学齐鹏研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年1月刊发表了题目为《麻醉与意识的脑网络研究进展——框架与临床应用》的综述性文章，全面回顾了麻醉相关脑网络研究的最新进展，并系统地比较了麻醉和意识的几种潜在的神经机制以及不同层面大脑神经活动的测量方法。文章从皮层碎片化理论出发，介绍了连通性和网络分析的一些重要的研究方法和相关成果。此外，文章在总结归纳现有研究成果的基础上，论证了全脑多模态网络数据可以提供现有麻醉监测方法所无法提供的信息。更重要的是，文章进一步探讨简化脑网络分析方法的可行性，这一方法将会在优化现有的临床麻醉监测系统中发挥重要作用。

作者：刘军 等

原文链接：https://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2021.11.013

哈尔滨工业大学王旭研究团队、清华大学曲久辉院士研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年2月刊发《长江流域城市水污染治理成效的系统评估与解析》一文，指出如何实现人类社会经济的可持续发展是本世纪的重大挑战之一。近几十年来，中国经济实力大幅提升，国际影响力显著增强；然而，经济社会高速发展可能会给生态环境造成诸多不利影响，其中之一就是人类活动污水排放总量的快速增长。长江经济带作为中国高质量发展的重点区域，科学评估和揭示沿江城市群污水治理成效及影响因素至关重要。为此，文章核算了2007–2017年间长江流域主要污染物的浓度变化趋势，利用数据驱动型技术对影响污染物通量变化的关键因子及其贡献开展了系统解耦和量化分析，揭示了污染物排放强度的时空异质性，解析了沿江城镇污水系统发展对污染物通量削减的作用效果。结果表明，长江流域水污染治理成效总体向好，长江经济带国内生产总值和沿江人类活动污水排放强度之间的强耦合在2013年之后呈现脱钩趋势，这主要得益于城镇排水和污水厂基础设施建设的快速发展。文章指出，长江流域城镇污水治理如何实现以水载资源再生利用为导引的“绿色零碳模式”转变，对于全面改善长江流域的水环境质量具有关键作用，同时也能为区域生态环境保护与经济高质量发展提供有益启示和借鉴。

作者：齐维晓 等

原文链接：https://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2022.03.014

无线通信系统从20世纪80年代的第一代发展到最近的第五代（5G），一直在用技术改变世界通信，成为人们日常生活的驱动力。通过无线网络，人们随时随地都可以信息互通，获得大量的实时信息。然而，5G系统的峰值数据速率约为10千兆比特每秒（Gbps），对于某些应用来说仍然是不够的（如全息图和多感知通信，这是虚拟通信模式的下一个前沿领域）。世界各地的研究人员已经开始研究下一代，即第六代（6G）无线通信系统，预计其数据速率将超过1太比特每秒（Tbps）。此外，国际电信联盟（ITU）“网络2030”和中国“IMT2030”（6G）工作组发布了多份白皮书，提出未来无线通信系统的工作频段将从目前的微波和毫米波（mmWave）转移到太赫兹（THz）频段，以满足高数据速率和高带宽的要求。根据设想，6G无线通信技术可能会整合物联网（IoT），覆盖非常广泛的应用（如医疗保健、自主系统和卫星通信），并将对公民、消费者和企业走向完全智能和自主系统产生重大影响。因此，太赫兹技术正在成为无线通信和未来网络领域的一个研究重点。

英国利物浦大学Yi Huang研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年3月刊发表了题目为《从太赫兹成像到太赫兹无线通信》的综述性文章，全面回顾了太赫兹技术是如何被应用于成像和无线通信的，然后介绍和确定了该领域的最新发展，最后检查和比较了这两种应用中的常见设备和问题。文章还讨论了将太赫兹成像与无线通信整合的可能性，并提出了面临的挑战和未来前景。文章表明，太赫兹技术是未来成像和无线通信的一项关键使能技术。

作者：Yi Huang 等

原文链接：https://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2022.06.023