第B04版:我的大学
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2020年01月09日 星期四
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版次:[ B04 ]
小芯片20秒净化污水 水遇纳米材料可发电
看2019南京重大原创成果如何改变生活

王永进和学生一起做实验。 南报融媒体记者 谈洁摄

    今年是南京创新名城建设的第三个年头。1月3日召开的2020南京市创新名城建设推进大会,发布了2019南京重大原创成果。潜水员在水下不需要通过手势就可以顺畅沟通、老百姓喜爱的腊肉制品可以味道更醇更健康、水滴在石墨烯屏幕上就能发电……记者近日走近这些科技成果,详细了解它们如何改变我们的未来生活。 

    南农  揭开腌制腊肉风味浓郁的秘密

    中式传统腌腊肉制品为什么那么香,其风味形成机理是什么?南京农业大学周光宏教授和徐幸莲教授团队首次揭开了中国传统腌腊肉制品浓郁风味生成的秘密,并研发出现代加工工艺,成功在多家企业应用。 

    肉品加工是我国农产品加工及食品行业的支柱产业,产值达1.3万亿。在中国老百姓的餐桌上,传统腌腊肉、西式低温肉占了肉制品的大半。腌腊肉制品风味浓郁,但长期以来风味形成机理不明、加工技术落后、品质难以保障;西式低温肉制品质构适口,但引进后“水土不服”,出水出油严重、货架期短、制约产业发展。 

    周光宏教授团队经过长期科研攻关,首次阐明了传统腌腊肉制品的主体风味形成取决于“内源酶”的作用,否定了传统的“表面霉菌起主导作用”的传统认知。 

    “内源酶,顾名思义,就是肌肉内本身就存在的酶。这些酶在腌制过程中通过催化肉品内部的蛋白和脂肪分解,从而产生让人觉得好吃的风味物质——游离氨基酸、寡肽和酯类化合物等小分子物质。”团队介绍,根据上述机理,团队摸索出了最为合适的温度区间、时间长度和环境条件,研发出基于内源酶活力调控的“低温腌制—中温风干—快速成熟”的现代制作工艺,使产品盐分含量降低50%,生产周期显著缩短,优级产品率由75%提高到97%以上,解决了传统腌腊肉制品生产周期长、脂肪氧化严重、产品盐分过高和风味品质难以控制的技术瓶颈。 

    面对西式低温肉制品的问题,团队也进行了科研攻关,填补了国内肌肉凝胶乳化理论的空白,有效解决了西式低温肉制品质地差、出水出油严重的难题。在此基础上,团队鉴定出导致低温肉制品腐败的主要菌种,阐明其消长规律,制定出生产加工过程的关键控制点。 

    团队依托国家肉品质量安全控制工程技术研究中心,与雨润、艾博、华统等30多家肉品加工领军企业在关键技术与设备研发、技术集成应用方面进行了20年余年的联合攻关,研发出肉品风味与凝胶品质控制关键技术,上市新产品75种,授权发明专利31项。 

    南邮  研制出世界上最薄的LED

    我们身边的可见光,也可以传递信息和能量。南京邮电大学王永进教授致力于光子信息技术的研究,在国际上率先发现量子阱二极管发光探测共存现象,首次研制出同质集成光电子芯片和同时照明探测芯片;提出亚波长理想LED模型,研制出世界上最薄的LED,并完成产线中试,为我国突破硅基电子信息时代的国外技术壁垒下了一招先手棋。 

    南邮三牌楼校区科研大楼12楼是王永进的实验室,一位学生拿着两只可见光通信手电筒给记者演示。音乐信息被加载到手电筒发出的照明光上,另外一只手电筒在接收到其光线的同时,也能接收并解调出其携带的音频信息,播放出同样的音乐。 

    “这就是利用光进行信息传递,有了这个便携式光通信手电筒,潜水员们再也不用仅仅靠手势传递信息了。”王永进介绍,在当今电子信息时代,处理器与存储器之间通过金属纳米线连接,信息通过电子得以完成芯片内的传输,“这样的传输方式会产生较大的热效应,速率和容量都会因此受到限制,不容易做到同一片芯片上(同质集成)。”王永进解释,光发射、传输、调制、接收和驱动器件采用兼容工艺制作在同一块芯片上,实现“同质集成”的信息系统是芯片界的一个世界性难题。

    记者在实验室看到,他们研发出的深紫外光电子芯片,开启这小小的芯片照射水,20-40秒就可以完成水净化消毒等一系列复杂程序;手机里仅需要安装一块集能源、传感、照明和通信于一体的多功能同质集成光电子芯片,屏幕就能承担摄像等功能,手机还能实现自充电、感知和通信等。

    王永进说,目前,国内的硅基芯片在高端硬件设计和制造方面与国际顶尖水平存在差距,在原始技术创新上,美国拥有“卡脖子”式的优势。“未来5到10年,我们或许会迎来光电子信息时代,物理认识的突破加上自主提出的器件模型,将会让中国在光电子信息时代占据更多主动,这将是由中国掌握核心技术的时代。

    南航  发现水在纳米结构表面可以生电

    手机屏幕贴上石墨烯,水滴在上面一滚,就能生电,水滴滚得越快,发的电就越大。中国科学院院士、南京航空航天大学纳米研究所所长郭万林教授团队研究的是水伏技术。省科协主席、中科院院士陈骏评价,该技术不受天气昼夜的限制,能够伴随地球水循环以零碳排放稳定、持续地产生电能,并协同解决地球变暖和可饮用水缺乏等人类重大问题,是我国为数不多的交叉学科原始创新成果。 

    “我们的研究发现,在纳米碳材料表面,水的自然蒸发能够产生电能。”郭万林院士团队的周建新老师介绍,我们通常所说的用水发电,指的是水电站借助高度差,将机械能变成电能,而水伏技术则是新发现的原理。 

    实验室借助炭黑片层材料进行了实验。他们在石英片上制备厘米尺寸的炭黑膜,半浸入盛水烧杯中,常温常压条件下水自然蒸发,炭黑膜的两端就产生约1V的电压并能长时间地保持。实验还表明,在各种同样处理过的炭黑材料和碳纳米管薄膜中,都存在这种水蒸发生电现象,在乙醇炭黑薄膜中,蒸发引起的电压高达2伏。他们将4片炭黑薄膜器件串联产生近5伏的电压,并联产生近0.4微安的电流,能驱动商用液晶显示器器件,给电容器充电。

    周建新说,这项成果发表在国际顶级刊物《自然·纳米技术》上,已获得发明专利。“目前发电的电流太小,如果把电流突破了,让电流大起来,就能给手机、电脑充电,投影屏幕等。” 

    本组撰稿 南报融媒体记者 谈洁 通讯员 许天颖 张前 王伟

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