科研动态

2021年1-6月

江大科研新进展

江苏大学智能柔性机械电子研究院丁建宁教授团队与美国德克萨斯州立大学达拉斯分校雷伊·鲍曼院士课题组等国际团队合作，提出了一种新型高性能电化学驱动人工肌肉，探索出了人工肌肉全新的驱动机理，大大推动了纤维人工肌肉的应用。

该研究使用离子交换聚合物改变碳纳米管纤维的零电荷电位，突破了单向驱动瓶颈，实现了双向驱动。通过调整电压，人工肌肉不仅能收缩，还能延长，做到了“伸缩自如”，驱动应变能力提高了4倍。在此研究基础上，课题组还分别使用阴离子和阳离子聚合物，成功制备全固态电解液人工肌肉，避免了液态电解液的使用，使得人工肌肉的实用性大大增强。

相关成果以“Unipolar stroke, electroosmotic pump carbon nanotube yarn muscles”为题在国际顶级学术期刊Science上发表。

江苏大学食品与生物工程学院邹小波研究团队通过利用静电纺丝技术开发一种比表面积大、响应灵敏度高的疏水性的双层智能指示膜。

该指示膜可用于食品新鲜度可视性智能包装，通过指示膜的颜色信息来反映肉品质量，主要应用于易腐败食品（如肉类、水产品）的新鲜度实时监测。

江苏大学电气信息工程学院赵文祥教授团队提出了基于网格的磁电耦合网络建模方法，用于预测和降低永磁容错电机的永磁涡流损耗。

该网络以永磁体节点作为磁通密度和感应涡流的主要耦合支路，实现了对磁场和涡流场的交互节点耦合建模。利用该建模方法建立永磁电机涡流网络，可考虑到永磁体双边涡流作用影响，准确计算涡流网格中的派生感应电动势。同时提出了与电涡流网格匹配的永磁体的磁网络定子网格划分与接口方法，实现了高效精确的电机磁场和损耗计算。利用该磁电耦合建模方法对永磁容错电机转子磁屏障的结构进行了建模和分析，实验和仿真结果验证了所提出的建模方法在预测和降低永磁涡流损耗方面的有效性与高效性。

此外，该项研究不仅有助于提升电机损耗计算的效率与精度，还对电机的磁热多物理场双向耦合建模、温升预测具有重要的意义。

江苏大学机械工程学院任旭东团队通过对碳纳米点能带调控，将其打印到纸上首次实现了碳纳米点的时间响应变色磷光。该材料在395nm光激发停止后，磷光颜色在数秒内展示橙色到绿色的动态变化。另外，该材料变色特性展示了独特的波长依赖性，即仅在特定的波长（395nm）激发后具有动态的变色行为，在高于或者低于该波长（例如365nm或者425nm）仅展示单一不变绿色或者红色磷光。基于碳纳米点这些优异特性，将其应用到三维彩色编码中，实现了信息的多层次加密、存储与动态显示。

该研究提出了一种基于碳纳米点内核掺杂和表面态调控实现碳纳米点时间响应变色磷光新方法，为信息的多层次加密和动态存储应用提供了新工具和新机遇。

相关成果以“Time-Dependent Phosphorescence Colors from Carbon Dots for Advanced Dynamic Information Encryption”为题发表在国际一流期刊Advanced materials（IF=30.898）上。

江苏大学汽车与交通工程学院薛红涛副教授课题组在智能网联汽车用轮毂电机运行安全评估领域取得重要进展。他们利用模糊理论，创新性地提出了一种多模型联动多阶段协作轮毂电机运行安全评估方法，有效避免部分间歇性强干扰信号的影响，实现对轮毂电机运行状态的综合评估。

该工作提出的轮毂电机运行安全模糊评估系统优化了初始评估信息和实时评估信息的关系，能够对电气故障和机械故障的识别具有综合适应性。相关研究成果以“A fuzzy system of operation safety assessment using multi-model linkage and multi-stage collaboration for in-wheel motor”为题发表在Top期刊IEEE transactions on fuzzy systems上。薛红涛副教授为论文第一作者及通讯作者。

江苏大学能源与动力工程学院李斌教授课题组在生物质热解复杂体系的多相交互反应研究方面取得新进展。通过实验，证实了生物质热解挥发分与焦之间存在显著交互反应，从而大幅影响热解三态产物的组成与产率分布。研究发现生物质焦表面的含氧官能团和芳香环系统均可为交互反应提供活性位点，可选择性促进挥发分在焦表面的相关二次反应，从而显著改变生物油的组成与产率，在此过程中焦的结构与反应性也会发生明显变化。该研究也为以生物质焦为催化剂进行生物油改质提升提供了理论支撑。

相关研究结果以“Volatile-char interactions during biomass pyrolysis: Effect of char preparation temperature”为题发表在能源领域权威期刊Energy上。江苏大学李斌教授为第一作者和通讯作者，刘东京副教授为共同通讯作者，南京林业大学张书教授和黄勇副教授以及济南大学胡勋教授也参与了相关研究工作。

江苏大学环境与安全工程学院杜道林教授团队提出一套对入侵植物的环境生态风险等级进行评估量化的指标体系。该研究以“Plant community and the influence of plant taxonomic diversity on community stability and invasibility: A case study based on Solidago canadensis L.”为题发表于环境生态学领域TOP期刊Science of the Total Environment(DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.144518)。

江苏大学环境与安全工程学院吴智仁研究团队基于前期研究提出了以柠檬酸铁和钙盐改性无机玄武岩纤维填料，用于改善纤维表面的粗糙度、亲水性，减少纤维表面的负电性。相比常规载体表面形成的生物膜，铁基和钙基玄武岩纤维填料形成的“生物巢”结构内部传质更高效，菌群分布高度异质化，微生物食物链更复杂。基于上述改性玄武岩纤维生物巢，单一反应池体均可去除90%以上的COD和80%左右的总氮。

相关研究成果先后发表于环境生态学领域TOP期刊Environmental Science and Pollution Research (DOI: 10.1007/s11356-021-12941-7)和Bioresource technology (DOI: 10.1016/j.biortech.2021.125259)。

江苏大学数学科学学院非线性分析与偏微分方程研究团队成员朱茂春副教授与北京理工大学陈露副研究员和美国康涅狄格大学陆国震教授合作，率先得到了全空间Adams不等式的极值函数的存在性与不存在性结果。这一成果以“Existence and nonexistence of extremals for critical Adams inequalities in R4 and Trudinger-Moser inequalities in R2”为题发表在权威期刊Advances in Mathematics上。

通过建立全空间上含有退化位势约束的嵌入理论和相关Trudinger-Moser不等式，证明了具有退化位势的指数临界增长方程基态解的存在性。进一步，利用变量替换技术巧妙地建立了海森堡群全空间上著名的Adimurthi-Druet型Trudinger-Moser不等式，并率先发现在全空间上这类改进形式的不等式与经典Trudinger-Moser不等式具有某种等价性。

该成果以“Critical Trudinger-Moser inequality involving a degenerate potential and nonlinear Schrodinger equations”和“Sharpened Trudinger-Moser Inequalities on the Euclidean Space and Heisenberg Group”为题分别发表在权威期刊SCIENCE CHINA Mathematics和Journal of Geometric Analysis上（根据国际数学研究惯例，作者按姓氏字母顺序排序，研究成果同等贡献）。

江苏大学数学科学学院董高高副教授、田立新教授等从实际系统中各子网络耦合模态出发，首次提出了两类耦合巨网络的理论研究框架：1. 确定性耦合模态；2. 任意分布下的耦合模态（如图1所示），得到不同耦合模态下系统相变行为的两类理论解析来研究整个巨系统的弹性行为。研究发现各子网络间存在着最优的耦合结构，使得整个系统具有最优连通性和抗毁性，并通过数值模拟和实际数据加以验证。

这一成果为实际系统最优结构的设计提供重要的参考价值，同时叩开了研究耦合巨系统的大门，为更深入地研究奠定了坚实基础并开辟了新的研究途径。

这一研究成果以“Optimal resilience of modular interacting networks”为题，全文刊发在PNAS（2021,118(22):e1922831118），江苏大学为论文第一作者单位，董高高副教授为第一作者，王凡博士为共同一作，田立新教授为论文通讯作者。该工作为美国Boston大学H. Eugene Stanley院士（共同通讯作者）、以色列Bar-Ilan大学Shlomo Havlin教授（2018年，获以色列最高奖Israel Prize）、美国东北大学Louis M. Shekhtman（博后，共同一作）和Michael M. Danziger（博士后）、德国波茨坦气候影响研究所Jingfang Fan博后、上海财经大学刘建国教授（共同通讯作者）共同合作的结果。

江苏大学化学化工学院施伟东研究员团队通过廉价的植酸镍配体（PA-Ni）和聚合氮化碳（PCN）构建的分子-半导体光催化体系实现了波长在大于900nm以上的高效分解水产氢。

江苏大学化学化工学院王坤研究小组首次提出了一种电子转移调控策略用于自供能传感器设计，实现了农产品中极易共存且具有联合毒性的两种霉菌毒素赭曲霉毒素A和黄曲霉毒素B1的PFC-SPB同时检测（Anal. Chem., 2021, 93, 6214-6222）。同时，开发了一种替代电化学工作站作为信号输出端的策略，即通过市售万用表直接读取输出电位，初步实现了PFC-SPB传感设备的低成本和便携化（Chem. Commun., 2021, 57, 5973–5976）。进一步耦合光电化学传感器、光助燃料电池技术及芯片电极等领域的最新研究成果和理念，采用激光刻蚀技术将传统双电极体系集成在一块电极上，构建了一种便携式自供电传感器芯片（图1）。基于光敏材料在阳光下产生电子和空穴，空穴可以降解水中的有机污染物原理，利用产生的电压信号，实现对化学需氧量的快速灵敏检测（Anal. Chem., 2021, 93, 8393–8398）。通过双极电极的使用，降低了荧光检测中可能的干扰因素对检测结果的影响，提高了检测的可靠性（Chem. Commun., 2021, 57, 6511-6513）。

此外，通过合成新型纳米复合物吸附剂，对超高效液相色谱-串联质谱技术进行了改进，简化了操作，提高了检测效率，成功应用于27种霉菌毒素的测定（J. Agric. Food Chem. 2021, 69, 4874-4882）。

江苏大学生命科学学院谭小力研究员团队克隆了油菜中半纤维素酶基因（BnaA07g12390D，BnMAN7A07），并证明了其在油菜角果开裂过程中的功能。研究发现BnMAN7A07在营养和生殖器官中都有表达，并显著高表达于可以发生脱落或开裂的器官，比如叶、花和角果中。亚细胞定位实验表明BnMAN7A07定位在细胞壁或细胞间隙中，符合外泌蛋白的特性。通过原核表达系统分离纯化的BnMAN7A07蛋白的生物活性被证实可催化木聚糖分解为木糖。

RNA干扰（RNAi）株系的表型分析表明，油菜中BnMAN7A07的下调表达可以显著增强角果的抗裂性。另外，BnMAN7A07-RNAi植株中上游角果发育调控因子的表达也发生了改变，表明角果开裂调控网络中可能存在反馈调控机制。该科研成果可以为培育利于机械化收获的抗裂角油菜的育种实践提供可用的基因资源。

相关研究成果“Down-regulation of MANNANASE7 gene in Brassica napus L. enhances silique dehiscence-resistance”在Plant Cell Reports上在线发表。李玉龙助理研究员，硕士研究生禹艳坤为论文的共同第一作者，谭小力研究员为论文的通讯作者。油菜课题组成员朱克明、丁丽娜、王政、杨艳华、曹军副研究员以及农业工程学院徐立章研究员、李耀明教授参与了本研究工作。

江苏大学生命科学学院何华纲副教授近来从100份硬粒小麦种质中筛选到1份抗白粉病品系TRI 1796，随后用抗、感白粉病的硬粒小麦杂交构建遗传分析群体。研究表明，TRI 1796的抗性是由一对显性基因提供。采用BSR-Seq技术和分子标记分析相结合，将抗白粉病基因定位在2B染色体短臂末端0.22 cM遗传区间，明显不同于以往报道的其他抗性位点，因而被国际小麦基因命名委员会正式命名为Pm68。

此外，在对30份森林黑麦进行白粉病鉴定的基础上，利用抗病品系SESY-01和感病品系SESY-11杂交，配制遗传作图群体，采用类似的技术手段进行遗传分析，将一个显性的抗白粉病新基因PmSESY定位在1R染色体长臂末端。

抗白粉病新基因Pm68和PmSESY对100多份采集自全国各地的小麦白粉菌均有良好抗性，在小麦抗白粉病育种中具有潜在的利用价值。上述成果近期发表于作物遗传育种权威杂志Theoretical and Applied Genetics（农林科学1区，影响因子4.439）。

江苏大学汽车工程研究院蔡英凤教授课题组面向驾驶场景理解中语义分割难题，引入了拓宽残差卷积及像素级加权关联性模块，设计了训练任务转换模块，构建名为“UJS_Model”的语义分割模型，大幅提升了语义分割的精细度和泛化能力，在国际知名KITTI数据集中排名全球第一。

这一成果近期发表在IEEE Transactions on Neural Networks and Learning System上，该刊影响因子为10.4。

蔡英凤教授是该文章的第一作者，博士生戴磊和王海教授对该工作亦有贡献。