西安交通大学：坚持“四个面向” 夯实基础研究

西安交通大学坚持“四个面向”，科研院始终践行“走学院、见教授、谋发展”的工作作风，形成了“一个中心，三条路径”的工作模式，把科学基金申报质量作为核心工作目标，通过数据分析、深入讲解、全程跟踪等有效途径，有组织地开展学校科学基金申请与管理工作，提升国家自然科学基金管理服务水平。

面向世界科技前沿，基础研究产生丰硕成果

“十三五”期间学校科研人员面向世界科技前沿，向宏观拓展，向微观深入，向极端条件挺进，在材料科学、生命科学、地球科学等方向突出原创、独辟蹊径，取得了丰硕的研究成果，在《科学》《自然》《细胞》杂志发表论文12篇。

西安交通大学人居学院程海教授团队利用中国南京葫芦洞的两支石笋首次将石笋Δ14C记录拓展至过去5.4万年，涵盖了14C测年方法的整个年龄范围。证实了Δ14C的千年尺度变化主要受地磁场控制，例如两次著名的古地磁变弱事件均造成了Δ14C的异常高值。除此之外，还发现千年尺度气候变化引起的碳循环变化也会影响Δ14C变化。相关研究成果在《科学》杂志发表。

西安交通大学叶凯团队与英国约克大学Ian Graham教授团队及英国Sanger研究所宁泽民研究员合作，破解了罂粟基因组及吗啡合成关键进化步骤。研究表明，罂粟基因组在距今780万年发生了一次全基因组加倍事件，早于智人的首次出现；罂粟在毛茛科和罂粟科植物分化之前（距今至少1.1亿年）曾发生基因组片段加倍事件；研究首次发现罂粟合成那可丁和吗啡类生物碱的15个基因在11号染色体上形成超级基因簇，罂粟进化过程中经历的基因组加倍事件和多次基因片段扩增、丢失、融合和重排等形成了该超级基因簇，该基因簇在根、茎部特异表达且共表达。这些发现揭示了罂粟基因组进化历史的主要加倍和重排事件及罂粟有效成分合成途径的进化历史。相关研究成果在《科学》杂志发表。

西安交通大学电子与信息学部李飞教授和徐卓教授与美国宾夕法尼亚州立大学、澳大利亚伍伦贡大学、美国北卡州立大学等单位合作，在弛豫铁电单晶材料高性能化研究方面取得重要进展。李飞教授等研究团队设计并生长了钐掺杂的铌镁酸铅-钛酸铅压电单晶，成功将“增强的局域结构无序性”“准同型相界”和“工程畴结构”三种高压电效应的起因有机结合，大幅度提高了弛豫铁电单晶的压电和介电性能，压电系数最高达4000皮库伦每牛顿以上，介电常数达12000以上，较之非掺钐的同组分的铌镁酸铅—钛酸铅压电单晶的性能提高约一倍；同时，利用钐元素在晶体生长过程中的分凝特点，优化了单晶棒性能的均匀性，为高频医疗超声探头和高精度与大位移压电驱动器奠定了新的压电单晶材料基础。通过第一性原理计算，研究团队还发现，钐掺杂的铌镁酸铅—钛酸铅晶体相变温度下降很可能是由于钐掺入而随之产生的铅空位所致。这一发现将为今后进一步优化弛豫铁电单晶的综合性能提供理论参考。相关研究成果在《科学》杂志上发表。

面向国家重大需求，基础研究突破关键难题

“十三五”期间，学校科研人员在国家自然科学基金支持下，面向国家重大需求，突破关键科学问题，在能源利用、电气绝缘等领域取得重要成果。

直流配电系统成为综合电力技术的必然选择，其核心装备大容量直流断路器的快速分断技术一直难以突破，成为制约其发展的一大瓶颈。西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室荣命哲教授团队，发明了自能式气吹和自能式磁吹相结合的直流电弧调控方法及具有循环气流通道和电弧励磁单元的灭弧室新结构，解决了直流断路器大电流电弧控制的难题。发明了直流断路器高速脱扣与分闸过程合二为一的新方法及脱扣能量和变转矩电动斥力联合驱动的快速操动机构，解决了断路器分闸速度难以提升的问题。发明了气压驱动式液态金属电弧放电快速耗散能量的新方法及新装置，解决了单纯依靠灭弧室耗散电磁能量导致断路器体积和飞弧距离大的问题，实现大容量直流快速分断技术的突破，满足了国家重大亟需。

西安交通大学郭烈锦院士团队在国家自然科学基金重大、重点、面上、杰出青年基金、创新群体基金、优秀青年基金等项目的支持下，历经20余年潜心研究，提出了一种煤炭在超临界水中完全吸热—还原制氢的新气化原理，它利用了超临界态的水（即温度和压力达到或高于水的临界点（374.3℃、22.1MPa））的特殊物理化学性质，将超临界水用作煤气化的均相、高速反应媒介，并借助他们发明的超临界水流化态反应床，将煤中的碳、氢、氧元素气化转化为氢气和二氧化碳，同时热化学分解了部分超临界水制取氢气，将煤炭化学能直接高效转化为氢能。气化过程中煤所含的氮、硫及金属元素及各种无机矿物质及灰分，由于没有处在传统煤燃烧或煤气化过程所必然伴生的高温氧化反应环境而不被氧化，因而会在反应器内随着煤中碳、氢、氧元素的气化而逐步净化沉积于底部、以灰渣的形式间隙地从底部排出反应器。这从源头上根除了SOx、NOx等气体污染物和粉尘颗粒物（如PM2.5）的生成和排放。气化产物是超临界水蒸气混合物，可产氢、发电、供热、供蒸汽，由于氢气和二氧化碳浓度高，可生产高附加值化工产品，实现了煤炭能源的高效、洁净、无污染转化和利用。

面向国民经济主战场，基础研究赋能工程应用

“十三五”期间，学校科研人员在国家自然科学基金支持下，面向国民经济主战场，需求牵引，突破瓶颈，在信息技术、故障诊断等领域取得丰硕研究成果。

电子税务是国家财税的支撑平台和“生命线”。随着国家税收制度改革和电子税务系统扩容升级，软件的可信性与复杂多样的偷逃骗税问题日益严峻，已成为严重威胁外国财税体系安全的两大技术挑战。西安交通大学郑庆华教授团队在国家自然科学基金支持下，创新性地研制出“可信电子税务系统软件”创造性地将复杂网络理论应用于可信软件和税务数据分析领域，提出了“软件调用网络”概念及其建模方法，并应用于软件可信演化与行为监控；同时提出“纳税人利益关联网络”概念及其构建方法，成功用于发现偷逃骗税疑点及其证据链采集。该研究成果应用于国税总局和全国所有省级国、地税部门，有效提升了我国电子税务系统的软件可信和数据可信性，及时识别了大量偷逃骗税行为，为提升国家税收征管的公平性、公正性和科学性提供了技术保障。研制出国家税务大数据分析平台软件系列产品，包括个人税收管理系统、指标管理系统、风险管理系统、信用管理系统等。在国税总局和所有省级国、地税局应用，为5000万法人纳税人提供服务。

西安交通大学机械工程学院陈雪峰教授团队，在国家自然科学的基金项目支持下，提出了“故障模式分离—故障信息提取—故障定量诊断”的三位一体“逐层去扰”的诊断新技术，发明了频率跟踪加噪的故障模式分离技术，解耦了变转速波动引起的干扰分量，实现了风电装备变转速监测指标确定与多种故障模式分离；发明了故障信息的匹配稀疏提取技术，突破了变转速工况下经典时频分析能量分散、信息淹没的瓶颈，时频聚集能力提高5倍以上；发明了加权稀疏定量诊断技术，解决了风电装备变转速下的故障定量诊断难题；开发了在线与离线监测诊断软硬件系统，实现了风电装备由“定时维修”到“视情维修”的转变。研发了专用测风仪、叶片声音传感器、一体化集成式监测采集器等相关产品和系统，并在风电装备上投入应用，解决了变转速诊断难题，避免了重大事故发生，维护成本降低40%，产生了显著的社会经济效益。

面向人民生命健康，基础研究融通医工交叉

“十三五”期间，学校科研人员在国家自然科学基金支持下，充分发挥医工交叉学科优势，共性导向，交叉融通，取得丰硕研究成果。

哺乳动物的胚胎发育是一个复杂的、具有时空动态变化的过程，既往研究方法不能在细胞水平上观察胚胎发育的动态过程。第二临床医院小儿外科黄强副研究员与美国杜克大学、麻省理工学院合作研究的率先成功研发动物胚胎发育动态成像技术，利用生物工程学的手段通过设计了一个“腹窗”植入子宫，对从胚胎第9.5天到出生的子宫内小鼠胚胎进行了连续成像。这种新技术有助于研究早期器官形成过程中不同干细胞的命运决定，值得一提的是该方法为活体直接观察，较体外培养保真度更高，可以准确研究胚胎发育过程中的各种科学问题，为胚胎研究打开了一扇“窗”。相关研究成果发表在《科学》杂志上。

气管插管是一种抢救急危重症患者的措施，传统气管插管方式操作者与患者呼吸道的近距离接触，易导致呼吸道分泌物污染操作者。新冠肺炎疫情发生后，部分危重症新冠患者需要进行气管插管，给操作者带来极大的感染风险。为了破解难题，吕毅教授研究团队开展科研攻关，率先提出全磁导航气管插管技术。该技术摒弃了传统喉镜气管插管的固有模式，无需开放气道，无气道分泌物喷溅，减少医务人员与患者呼吸道的直接接触，大大降低感染风险，获资助国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目，研发全磁导航气管插管机器人，让科学技术更好地为百姓健康服务。

（中国日报陕西记者站）