上海理工大学科技成果——超分辨光学与光谱成像

光学世界的奇妙博士生在光学领域的研究成果令人惊叹光学世界的奇妙光学领域的研究成果令人惊叹光学是一门研究光的传播、反射、折射、干涉和衍射等现象的学科。

在这个广阔的领域中，许多博士生们积极探索，做出了让人惊叹的研究成果。

本文将为大家介绍几位在光学领域有突出贡献的博士生及其研究成果。

1. 张晶：用光驱动的纳米机器人光驱动纳米机器人是当前纳米技术领域的热点之一。

张晶博士在她的研究中，成功地制造出了一种能够通过光的照射来驱动的纳米机器人。

这些纳米机器人采用了特殊的光敏材料，当光照射到它们上面时，会产生特定的反应力，从而实现运动。

这些纳米机器人有很广阔的应用前景，可以用于微型药物输送、组织修复等方面，对医疗和生命科学领域具有重要意义。

2. 王帅：超材料在光学传感中的应用超材料是一种由人工制造的材料，具有优异的光学性能。

王帅博士致力于研究超材料在光学传感中的应用。

通过精确设计和制备超材料结构，他成功地实现了可调控光学传感器的性能和灵敏度。

这种新型的传感器在环境监测、生物医学、光通信等领域具有重要的应用潜力，并为相关技术的发展做出了突出贡献。

3. 李明：量子光学中的信息传输量子光学是一门研究光与物质相互作用中的量子效应的学科。

李明博士的研究课题是量子光学中的信息传输。

通过利用量子纠缠的特性，他成功地实现了量子信息的远距离传输。

这种新型的量子通信系统不仅具有高度的安全性，而且传输速度快，对未来的信息科学和通信技术发展具有重要的意义。

4. 张立：光学显微成像技术的突破光学显微成像技术是现代生物医学研究中的关键技术之一。

张立博士在他的研究中，成功地研发出一种高分辨率的光学显微成像系统。

通过结合超分辨率成像和光学投影技术，他取得了很大突破，使得细胞和组织的显微观察更加清晰和精确。

这种新型的光学显微成像技术在生命科学研究、疾病诊断和药物研发等领域有着广阔的应用前景。

5. 赵阳：光学计算的创新光学计算是一种利用光的性质进行信息处理和计算的技术。

上海理工大学科技成果——低维功能材料
一、碳纳米管阵列的制备及其应用研究
发展了水分辅助CVD生长高品质碳纳米管阵列的技术，可实现高纯度碳纳米管阵列的高效生长。

制备了碳纳米管阵列负载各种金属氧化物的纳米复合材料，并用于构建高性能的超级电容器。

碳纳米管阵列
超临界CO2处理流程
纳米颗粒碳纳米管复合材料TEM
电容器示意图
基于纳米颗粒碳纳米管复合材料的超级电容器电化学性能
二、垂直碳纳米管/聚合物复合纳滤膜的制备
发展了垂直碳纳米管/聚对二甲苯复合纳滤膜的制备技术，并对其气体及液体输运性能进行了系统研究。

碳纳米管阵列
高分子复合膜及气体渗透性能
三、纳米材料电催化性能研究
开发了多种结构的纳米复合催化材料，用于高性能的电解水制氢
电极材料。

MoS2纳米材料结构表征及其电催化性能
四、石墨烯增强金属基复合材料制备及性能研究
开展了石墨烯增强铝基复合材料制备及性能研究，已取得较好进展，制备出了强度优于铝金属的纳米复合材料。

球状铝粉颗粒（左）、片状铝粉颗粒（中）、氧化石墨烯（右）。

上海理工大学科技成果——微纳材料与器件研究一、基于金属氧化物的复合半导体光催化剂将纳米级尺寸石墨烯量子点修饰到超薄ZnO纳米片表面，同样可大大提高ZnO纳米片的光催化性能，结果如下图所示，这主要归因于石墨烯量子点与ZnO纳米片形成p-n结，促进光生载流子的分离效率。

图1 ZnO/GQDs复合光催化剂的SEM及TEM图图2 光催化剂降解染料活性对比图此外，将N掺杂石墨烯量子点与TiO2纳米片复合，构筑高效可见光催化剂，可应用于多种有机污染物的光催化降解。

图3-1 TiO2/GQDs复合光催化剂的TEM图图3-2 光催化降解多种染料的活性对比图二、基于半导体异质结概念，提出利用晶相共生现象可控合成异质结光催化材料基于半导体异质结概念，首次通过工艺简单，成本低廉熔融盐法合成一系列钽酸钙基半导体异质结复合材料，发现了两元及多元半导体复合物组分及其含量可通过改变前驱物比例简单调控，证明该异质结复合物晶相，组分变化与光催化制氢性能有着密切关系，阐明不同钽酸钙晶相界面异质结形成促进光生电荷有效分离机制，极大地提高光催化制氢性能。

图4 SrTa混相光催化剂的示意图及能带结构合成隧道结构型Sr2KNMO15（M=Nb,Ta,W,Mo等）纳米棒光催化材料。

首次研制钨青铜型Sr2KNb5O15和Sr2KTa5O15纳米棒隧道结构光催化材料，与国际标准品TiO2相比，这种独特的结构表现出了优异光催化制氢性能（分别提高6倍和10倍以上）；还发现这些隧道结构光催化材料具有良好的全分解水能力和Ni/NiO纳米粒子核壳结构助催化促进作用，并基于其均匀纳米棒形貌结构，找到了表面担载的Ni/NiO 纳米粒子核壳结构形成的强有力证据，并对其助催化全分解水可能机制给出了正确的解释。

三、基于纳米多孔材料的结构设计和表面修饰工程纳米多孔金属材料由于具有独特的三维、连续多孔结构，在超级电容器、催化和传感领域有潜在的应用价值。

以纳米多孔金、纳米多孔钛为基体材料，利用磁控溅射沉积、去合金法、电化学沉积等方法，在多孔结构表面沉积纳米一维和二维纳米材料如纳米氧化钛、纳米氧化锰等半导体材料以及石墨烯、石墨烯量子点、氮化碳等材料，制备出复合结构材料，以获得良好的储能、催化、传感性能。

仪器科学与技术学科介绍上海理工大学仪器科学与技术学科，已经历50余年的发展历程，具有相当深厚的专业技术基础。

学科早期发展，源于1960年隶属国家第一机械工业部时建立的机械制造业量仪专业。

1983年更名为精密仪器专业，1985年获测试计量技术与仪器硕士学位授予权，2005年获测试计量技术与仪器博士学位授予权，2008年被列为上海市教委重点学科。

代表性成果包括，为我国航天与国防工程配套的数字式激光自动跟踪瞄准仪、高精度光学分度头等项目曾获国家科技进步三等奖；为机械工业生产服务的位置度公差与检测研究及标准制定项目曾获国家科技进步二等奖；与德国联邦物理技术研究院（PTB）合作的纳微米精密测量溯源项目成果获中国、欧洲、美国三方专利授权。

为我国机械工业配套的大型设备安装距激光准直仪、数字式轴承自动检测仪等项目曾获机械科技进步二等奖。

学科带头人侯文玫教授，是国际知名学者。

1989获联邦德国洪堡研究基金，先后在联邦德国物理技术研究院(PTB)、瑞士联邦计量局任客籍研究员多年，1998年任德国物理仪器公司高级研究员，2005年任英国皇家物理学会应用物理学报编委（Journal of Physics D Applied Physics）；在可溯源微钠米测试技术、中大尺度微纳米测试技术、多自由度微纳米检测技术等方面位列国际先进。

其他主要骨干包括教授5名、副教授13名，具有博士学位人员达71%。

目前拥有实验室面积900余平方米，实验设备360台件，近三年科研经费达1300余万元。

本学科已经在微纳米精密测试技术与装置、工业光电在线检测技术与装置、汽车电子系统检测技术与装置、机加工在线检测技术与装置等研究方向形成优势与特色。

所聚焦的研究内容，既为上海市信息化建设、先进制造技术与装备等支柱产业发展所需，也是国家工业发展与国防建设不可缺少的相关技术。

微纳米精密测试技术与装置方向，在微纳米精密测量溯源、中大尺度微纳米检测技术、精密光学仪器与系统、六自由度纳米测试装置等方面，稳居国际先进水平。

上海理工大学科技成果——精准医疗1、生物靶标光谱指纹识别在生物医学光学方面，本团队开展了基于低相干原理的检测技术在生物医学领域的应用，开展了低相干眼生物测量仪的研制；实现了工程样机的制备，技术成熟度7级；此设备可以开展眼轴长度，角膜曲率，角膜直径和前房深度的测量；还开展了低相干原理下的生物折射率研究，开展了液体，固体状态下的折射率测量，因为折射率与生物体的属性都有一定的相关性。

眼生物测量仪在肿瘤细胞检测，细菌分类等方面开展了基于显微后向散射的光谱识别研究；在肿瘤细胞上我们已经发表了一些代表性的论文，其中SCI二区论文一篇；其它SCI收录的论文3篇。

2、精准诊疗器械（1）高灵敏度检测纳米材料利用不同的高分子嵌段聚合物为模板，得到多孔及大孔的二氧化硅材料，分析化学中的应用主要集中在磁性核壳结构的多功能材料用于蛋白质组学分析。

（2）利用三嵌段聚合物合成具有光学性能的大孔二氧化硅材料该方法首次利用自组装的技术合成出大孔具有光学性能的二氧化硅材料，突破了用表面活性剂为模板很难合成出大孔径材料的瓶颈，并且由于材料本身规则的孔结构结合二氧化硅本身的折射率产生肉眼可见的颜色，该合成方法技术成熟，重复性好，具有可操作性，该材料在光学器皿元件上有潜在的应用价值。

大孔二氧化硅材料的光学图谱、SEM和TEM图谱（3）利用两嵌段聚合物PS-PAA合成介孔二氧化硅材料该方法合成的材料具有规则的孔隙结构，高度有序，合成条件温和简单，可操行强，重复性好，材料具有较大的比表面积，可用于多种功能化，进行药物释放等应用。

六方结构的二氧化硅材料的SEM和TEM图谱（4）利用具有磁性功能的核壳结构纳米材料进行糖基化肽和磷酸化肽富集该材料具有双功能基团，能同时富集糖肽和磷酸化肽，同时具有体积排阻的作用，该方法合成简便，重复性好，具有较好的富集效果。

核壳结构的磁性功能材料合成示意图生物染料对宏阵列检测能力的影响（5）基于“可视化抗原宏阵列杂交瘤快速筛选技术”抗体识别库建立及快速诊断团队通过十余年的技术攻关建立了拥有自主知识产权的“可视化抗原宏阵列杂交瘤快速筛选技术”，并依托此技术建立了主要人畜共患等病原微生物单克隆抗体识别库及快速检测产品，库容达到3000余株，获得专利授权30余项，为病原微生物的快速、精准检测奠定了基础。

.86中国医疗器械信息 | China Medical Device Information行业报道Industry Report光学显微成像技术具有无损、非接触、高特异性、高灵敏、高活体友好以及能够提供功能信息等突出优点，在生物医学和材料科学领域有广泛的应用。

并且由于其具有三维层析成像能力，可借助荧光标记等其他技术手段对于样品内部的结构和生化反应进行针对性的观察，是获知生物体结构、形貌以及临床医学诊断等领域非常重要的工具。

近年来随着生命科学和临床医学的发展，迫切需要一种既具有纳米尺度的光学分辨本领，还可以连续监测生物大分子和细胞器微小结构、功能的演化，同时不影响生物体系生物活性的光学成像显微技术。

然而传统光学显微成像技术的空间分辨率受衍射极限的限制，无法做到小于200nm 分辨率，只能观测到微米至亚微米级的结构形貌。

为了突破光学显微成像技术的衍射极限，科学家不断地寻找新的方法来提高显微成像技术的分辨率。

1957年，Marvin Minsky 在哈佛大学最早提出了共聚焦（Confocal ）的概念，并对载物台扫描共聚焦显微镜申报了美国国家专利（US Pat. 3013467）。

1987年出现了第一台激光扫描共聚焦显微镜商业产品。

至此，共聚焦显微技术已基本发展到比较成熟的阶段。

然而，共焦显微镜的分辨率只是在宽场显微镜上提升约1.4倍，仍然不能突破光学衍射极限。

近年来，Stefan W. Hell 等人[1,2]提出的STED 和基态倒空（Ground state depletion ，GSD ）荧光成像技术，庄小威等人[3]提出的STORM 技术，Eric Betzig 等人[4]和Samuel T. Hess 等人[5]提出的光激活定位超分辨成像方法（Photo-activated localization microscopy ，PALM ），突破了光学衍射极限的限制，使光学显微镜的成像分辨能力提高到几十纳米。

上海理工大学专业介绍：光学工程系学科
上海理工大学是我国最早从事光学工程高级人才培养的大学之一，光学工程学科源于1960年建立的“光学仪器”专业，1981年光学工程学科获硕士学位授予权，1998年获一级学科博士学位授予权，2001年被列为上海市教委重点学科，2005年被列为上海市重点学科，2007年被评为国家重点学科。

光学工程系学科介绍
上海理工大学是我国最早从事光学工程高级人才培养的大学之一，光学工程学科源于1960年建立的光学仪器专业，1981年光学工程学科获硕士学位授予权，1998年获一级学科博士学位授予权，2001年被列为上海市教委重点学科，2005年被列为上海市重点学科，2007年被评为国家重点学科（培育），同年设立光学工程博士后流动站。

建有教育部光学仪器与系统工程研究中心、机械工业光电精密测试技术重点实验室、上海市现代光学系统重点实验室、上海超精密光学加工与检测服务平台等国家和省部级科技平台，是中国仪器仪表学会理事长单位，国家光学仪器质量监督检验中心、全国光学和光子学标准化技术委员会挂靠单位。

同时还是中国光学学会工程光学专业委员会挂靠单位，中国仪器仪表学会光学仪器分会挂靠单位和中国仪器仪表行业协会光学仪器分会挂靠单位。

光学工程学科现有院士1人，长江学者2人，国家千人计划2人，教育部新世纪人才2人，上海市曙光学者4名，上海市科技启明星3人，教授20人（含博士生导师17人），具有博士学位的教师占90%。

近三年承接了国家973项目、863项目、国家科学仪器专项、国家自然科学基金重点及面上项目等国家级课题近二十项，纵向科研经费超过6000万元。

光电信息工程系重视产学研用结合，先后与美国。

上海理工大学科技成果汇编学校概况上海理工大学，坐落于上海市东北部，毗邻复兴岛。

绿树环抱，红墙晖映，是上海高校规模最大的市级优秀历史建筑群。

位于杨浦区的军工路校区，源于1906年创办的沪江大学；位于徐汇区的复兴路校区，源于1907年创办的上海德文医学堂。

1996年5月，华东工业大学(上海机械学院)与上海机械高等专科学校合并组建为上海理工大学。

1999年，上海光学仪器研究所并入学校。

2003年7月，上海医疗器械高等专科学校和上海出版印刷高等专科学校，划归上海理工大学管理。

植根于华夏民族文化沃土之上，吸纳了西方优秀文化元素的两个校区，曾孕育了19位中国科学院院士和中国工程院院士，也培育了一大批文化名人与社会活动家，其杰出代表有：雷洁琼、谢希德、徐志摩、李道豫、徐匡迪、孟建柱、黄奇帆、吕福源等。

学校现有专任教师1095人，其中教授121人，副教授245人，中国工程院院士5人，国家级教学名师1人，国务院学位委员会学科评议组成员1人，国家自然科学基金委员会学科评议组成员2人，国家级突出贡献专家6人，享有政府特殊津贴专家90人。

学校现设有16个学院，2个教学部，28个研究院、所。

在册本科生13158人、研究生1788人。

现有工、理、管、经、文等5大学科门类，19个专业类别，50个本科专业，2个博士后流动站，3个一级学科博士点，28个二级学科博士点(含自设)，11个一级学科硕士点，58个二级学科硕士点，10个工程硕士学位点和MBA工商管理硕士点。

学校以科研促教学和以科研服务社会，全年科研经费超过1亿元，科研项目包括“863”计划、“973”基础研究项目、国家自然科学基金等国家级重点项目，省部级科研攻关项目。

学校发扬中西合璧、海纳百川的办学传统，在最近20多年间，广泛参与国际间学术交流活动，与德国、美国、加拿大、日本、瑞士、俄罗斯、澳大利亚、爱尔兰和香港等国家及地区的10多所大学建立了校际合作关系。

与美国麻省理工学院斯隆管理学院、美国纽约雪城大学、美国纽约城市大学、德国汉堡应用科技大学、加拿大蒙特利尔大学合作建立13个合作办学项目。

上海理工大学科技成果——先进功能涂层材料
成果简介：
团队开发了高硬度、高耐磨性、高热稳定性的各类硬质涂层材料，其中包括CrAlN、TiAlN等单层涂层、纳米多层涂层和纳米复合涂层。

研究开发的CrAlN涂层的硬度和弹性模量分别达到36.8GPa和459.5GPa，抗氧化温度达900℃，同时具有优异的耐磨性能，性能达到国外知名涂层公司同类产品水平。

开发的纳米多层涂层和纳米复合涂层，如CrAlN/ZrO2等纳米多层涂层和TiSiAlN、TiSiCN等纳米复合涂层，利用纳米结构产生的超硬效应，获得了接近50GPa的超高硬度，同时由于含有氧化物阻挡层，抑制了外界氧原子向涂层内部的扩散，使涂层抗氧化性能得到大幅提升。

开发的CrAlN/MoS2和NbN/WS2纳米多层涂层，不仅获得了超过40GPa的超高硬度，同时由于MoS2和WS2等减摩性能优异的掺入，使该涂层具有优异的自润滑性能。