点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:挑战2000K高温,问鼎挑战杯最高奖!
首页> 地方频道> 地方频道-黑龙江> 当地新闻 > 正文

挑战2000K高温,问鼎挑战杯最高奖!

来源:哈尔滨工业大学2025-12-04 09:09

  瞄准大国重器急需的一个关键问题

  两年时间扎扎实实地

  完成从强韧肉身到贴身软甲

  再到坚硬铠甲的三重修炼

  一枚应用新型复合材料的

  精致小巧的温度传感器

  终于实现在表面温度超2000K

  (约为1700多摄氏度)的情况下

  短时极限测温超过30秒的测温挑战

  不久前,极温智测—极高温超灵敏

  神经末梢式温度传感材料团队

  斩获第十九届“挑战杯”全国大学生

  课外学术科技作品竞赛主体赛特等奖

  新材料如何“诞生”?

  从材料到元器件要再“跨越”多远?

  今天,让我们一起走近

  这群跨学科组队的哈工大青年

  以赛促学、不断突破的故事

  飞机划破长空,航空发动机的涡轮叶片需要在高温炙烤中稳定工作数千小时;燃气轮机驱动发电机组为城市供电,几十度的温度波动都有可能引发停机故障……在航空航天、先进动力等关键领域,极端高温环境下的装备运行,早已离不开对温度、压力等核心物理量的“实时精准感知”。“我们能不能研制一种‘天生’就能适应极端环境的新型温度传感材料?”故事始于两年前,哈工大航天学院复合材料与结构研究所(以下简称“复材所”)孟松鹤教授向当时还是本科生的郭政佑抛出了这个问题。

  极端环境下的热防护、热感知、热测量以及轻质防隔热一体化一直是复材所的主攻方向。即将来到这里直接攻读博士学位的2024级直博生郭政佑当时只有一个模糊的概念,就是找到一个既耐受高温环境又具备传感功能,还要与被测物性质相近且不产生干扰的材料。“同时融合这三个特性,并完成从材料制备到性能强化再到器件封装的科研全流程是最大的难点。”项目指导教师、航天学院李金平教授建议郭政佑从阅读文献入手,先为传感器选定材料——打造一副“强韧肉身”。

团队成员调试设备

  在几个月的海量文献阅读中,郭政佑锁定了一类极具潜力的材料——先驱体转化陶瓷。这种材料具有优异的高温半导体特性,仿佛是为解决这一问题量身定制的“天选之材”。然而,在他亲手热解制备出的样品上,材料的致密度却始终无法突破70%,强度与性能完全达不到最基本的使用要求。

  “那时候,我们几乎试遍了所有能想到的方法。”面对瓶颈,郭政佑选择了最“笨”的方法——不断试错。这时,同样对复合材料感兴趣的未来技术学院善义班2022级本科生师湫航加入了团队。大一就进入实验室的师湫航已经掌握了不少实验技巧,两名充满热情的年轻人分工协作,实验效率得到了显著的提升。

团队成员调试搭建小型热流实验平台

  选定了基本材料后,如何为其“接上牢靠的感知神经”——解决电极在极端环境下的连接与耐久问题,成了他们下一步要攻克的问题。项目指导教师、航天学院副研究员高博建议大家,要一体考虑电极材料和连接方案,这样在未来实际的工程应用中才是有价值的。因此,郭政佑和团队成员、航天学院2024级直博生王玉杰不仅综合考虑了多种电极材料,同时针对电极丝的直径开展了大量优化,在0.05毫米的毫厘之间反复实验才确定了电极直径的最优解,使得传感器在高温下的测温稳定性提高了30%以上。

  材料初步完成后,郭政佑报名参加学校举办的首届师生创业大赛“试水”。“当时我们只完成了材料制备,离真实的应用还有很远,因此成绩也并不理想。参赛中专家提出了关键建议,也激励我们继续做下去,努力做出一个真正的传感器器件,这就需要再下功夫完成涂层强化和器件封装。”团队中经济与管理学院2022级本科生于末沉下心来“啃下”技术资料,进一步调研相关高温传感器的市场现状了解到,测温材料的研发比较多见,但唯有再迈进一步,实现从“材料”向“器件”的跨越,才能够真正在我国相关行业的装备中发挥实际作用。

团队成员参加师生创业大赛

  如何对测温材料开展进一步的强化?团队成员想到了一个很好的比喻:“如果在强韧肉身的基础上再为测温材料穿上一层贴身软甲,并再套上一层坚硬铠甲,那岂不是能完美地解决这一困境么?”既然是软甲,在尽可能提升材料的抗氧化性的同时,肯定还不能制约本体的行动——需要尽可能少地干扰检测数据。经过了几天的分析研讨,郭政佑和团队成员们决定采用与测温材料“同宗同源”的材料制备抗氧化陶瓷涂层。

  “这个思路可行。既然大家有了目标,就可以从目标出发倒推来设计涂层。”团队第一指导教师、航天学院副教授杨强建议道。数学学院2023级本科生赵泾云在实验室师兄、2024级硕士生郭俊涛的指导下,发挥自己的数学优势,建立了一套有限元模型来模拟热流冲击下传感器的效果,为团队确定了涂层预期厚度等关键参数,帮助大家的实验找到了方向。在进一步选定涂层成分后,团队开展了一系列实验以验证仿真结果,并最终提出了一种多功能填料混合增强的抗氧化涂层强化方案,使得传感器在1200℃高温有氧环境下的稳定测温时长提高了3倍以上。“对于这一大面积、高致密度涂层的制备工艺,我们还授权了发明专利。”郭政佑说。

团队成员调试涂层喷涂工艺

  这时,杨强提出了一个问题,又一次引起了大家的思考:“既然这身‘贴身软甲’有效提升了材料的测温性能,我们能不能试试在器件封装上‘减点料’?”温度传感材料往往采用全封装结构,虽然能起到很好的保护作用,但相对而言也带来了传感速度变慢,内部测温元件不便于更换等问题。团队成员、2022级本科生满昊然是飞行器动力工程专业的学生,这正是温度传感器的应用行业之一,他请教了相关专业老师,并调研了航空发动机在实际工作场景中对于温度传感器的需求,提出了采用半封装结构的新想法。

  几经实验,效果显著,半封装结构是可行的!团队开展了极端热流环境下器件级的温度传感性能考核,直面热流冲击的测温器件实现了表面温度超2000K的情况下,短时极限测温超过30秒!

实验现场

  在完成了最后一步“坚硬铠甲”的设计和验证后,项目也终于实现了从材料到器件的跨越,并凭借卓越的综合性能从校“祖光杯”小组第一名一路闯入“挑战杯”国赛赛场。“我们将器件本身打磨完美,学校的支持就会推着项目更进一步。”郭政佑说,复材所主办的相关学术会议为他补充了前沿知识,跨学科组队发挥优势多方调研,一次次专家点评指导……“极温智测”在国赛赛场上顺利拿下特等奖。

  在众多获奖的热门领域项目中,聚焦极端环境这个冷门却又“刚需”问题的“极温智测”显得格外沉静笃定。“我们的传统就是‘提出真问题、研究真问题、解决真问题’。不盲目追逐热点,而是以国家重大工程需求为标尺,审视问题本身的价值。”杨强说。杨强本硕博均毕业于哈工大,也是在一次次科研攻坚中,师生间传承着课题组聚焦“真问题”、甘坐“冷板凳”的精神。

团队成员进入决赛

  “我们课题组长期聚焦极端环境传感技术领域,相关成果曾支撑了我国首次火星探测任务天问一号任务圆满完成,这种瞄准国之重器和国家需求永不放弃的精神为我们团队铸就起了‘强韧肉身’;大师引领的善义班、中俄联合办学的国际视野以及学校和学院的政策一路有力支持我们的创新创业,为我们的科创之路打造了贴身软甲和坚硬铠甲。”郭政佑说,两年备赛,完成三重修炼的不仅仅是器件。

  不久前,郭政佑凭着这一项目成功入选哈工大首批“创业驱动的创新人才托举工程”培育计划,并积极对接苏州研究院、苏州工业园区等,希望能够带领团队进一步推进这一器件的产业化,“希望未来有机会让实验室的创新成果在国家重大装备中真正发挥实效。”

国赛现场合影

  让中国在下一代

  极端环境传感材料领域走在世界前沿

  哈工大青年正不断探索

  为科技强国贡献青春力量

  文字丨阚思邈

  视频丨谭立军

  图片丨受访者提供

  排版丨阚思邈

[ 责编:徐皓 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平出席中法企业家委员会第七次会议闭幕式并致辞

  • 大江南北传法治音——国家宪法日普法教育全景图

独家策划

推荐阅读
为何CCER可以抵消碳排放?这里不得不提到中国的碳市场。在这样一个市场里,碳减排量可以像日常商品一样被交易。
2025-12-04 10:13
近日,中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心(以下简称分子植物卓越中心)研究员林鸿宣团队与上海交通大学研究员林尤舜团队、广州国家实验室研究员李亦学团队合作,种出了“不怕热”的水稻。
2025-12-04 10:03
科学家发现了一种可以在63摄氏度下存活的单细胞变形虫,创造了真核生物的耐热纪录。拉森火山国家公园以冒泡的酸性湖泊和炽热的地热池而闻名,但该变形虫却来自一条pH中性的“热溪流”。
2025-12-04 10:04
根据我国风电光伏基地规划布局方案,至2030年,这些新能源基地总装机规模将达4.55亿千瓦,大约相当于20个三峡水电站的总装机容量——“沙戈荒”生态环境脆弱,一旦遭到破坏,恢复难度大,大规模建设光伏风电发电基地可能会影响当地的植被、土壤和水资源等。
2025-12-04 10:01
光明日报北京12月3日电 记者张胜日前从生态环境部获悉,该部与国家能源局近日联合发布3项针对海陆油气田的温室气体自愿减排项目方法学。这是全国温室气体自愿减排交易市场首次将支持范围扩充到油气开采领域,通过市场机制破解油气甲烷回收利用难题。
2025-12-04 09:58
布局“未来产业”,“十五五”规划建议为什么“点名”量子科技、生物制造等6项产业?如何挖掘中国未来产业的应用价值?
2025-12-03 09:52
记者从工业和信息化部获悉:截至10月末,我国5G基站总数达475.8万个,比上年末净增50.7万个,占移动基站总数的37%。
2025-12-03 09:44
利用美国宇航局“毅力”号火星车捕捉到的声音和电信号,法国科学家提出了火星存在闪电的证据。
2025-12-03 09:41
11月30日,内蒙古自治区乌海市,我国装机规模最大的半固态锂电池电网侧独立新型储能项目成功并网。
2025-12-03 09:34
近日,由中国科学院院士、中国科学院青藏高原研究所研究员丁林领衔的大陆碰撞与高原隆升团队,系统梳理了青藏高原隆升的历史细节。
2025-12-03 09:28
建设教育强国,基点在基础教育。 特别值得一提的是,我校教师创新性地构建了以跨学科项目学习为核心、贯通小初高认知发展,融合科学家精神、工程师思维与设计师视角的科学教育“PRIDE项目式课堂”模式。 此外,科学教育联合培养共同体,也是学校科技教育的有力支撑。
2025-12-02 10:09
今年12月2日是第十四个全国交通安全日,相关部门将围绕“文明交通 礼行天下”主题开展一系列活动。”  公安交管部门提醒:重载车辆、新手驾驶人等慢速群体尽量使用右侧车道通行,减少因较大速度差导致交通拥堵或事故。
2025-12-02 10:08
作为国内单机容量最大、效率最高燃气机组,与传统燃煤机组相比,应急调峰能力大幅提升,能源利用更高效。其碳排放强度仅为百万千瓦燃煤机组的40%,且几乎不产生颗粒物和二氧化硫,从源头减少污染。
2025-12-02 10:08
近日,法国空中客车公司与欧盟航空安全局相继发布声明,要求全球约6000架空客A320系列飞机紧急停飞维修。“此次事件的核心原因是受到单粒子翻转的影响,同时也暴露出航空电子设备对高空飞行环境中太阳辐射影响应对不足。
2025-12-02 10:07
转录组测序显示,受体植物中茉莉酸信号通路被激活;高效液相色谱-质谱检测证实,受体植物根系中茉莉酸及活性衍生物JA-Ile含量增加。”  该团队发现,茉莉酸甲酯处理能模拟菌根网络介导的互作效应,激活植物茉莉酸通路,改变根际微生物组,富集有益菌。
2025-12-02 10:06
中国科学技术大学教授潘建伟、朱晓波、彭承志、龚明等与山西大学教授梅锋等合作,基于可编程超导量子处理器“祖冲之二号”,首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相。
2025-12-01 09:33
在距离海平面千米的深海,阳光无法抵达,海水冰冷,压力极大。然而,在环境极端的“海底沙漠”中,却生长着形态各异、结构复杂的深海珊瑚,构建起生机勃勃的海底“秘密花园”。
2025-12-01 09:32
推动科技创新和产业创新深度融合,是加快发展新质生产力、建设现代化产业体系的内在要求,也是塑造高质量发展新动能新优势的战略抉择。
2025-12-01 09:23
红小豆又名赤豆、小豆,是中国老百姓餐桌上一种颇受欢迎的杂粮,但科学家对其基因组的了解还不够深入。
2025-12-01 09:23
在“梦想”号问世之前,中国科学家想要开展深海大洋钻探研究,只能“借船出海”。
2025-12-01 09:22
加载更多