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  根據(jù)聯(lián)合國糧食和農(nóng)業(yè)組織報告，全球生產(chǎn)糧食的三分之一（每年13億噸）會在食品供應(yīng)鏈上丟失或浪費。其中一個主要原因是食物在運輸途中變質(zhì)。對食品行業(yè)來說，確保在長途運輸過程中供應(yīng)安全和高品質(zhì)的食品是一個至關(guān)重要的問題。易腐食品應(yīng)在整個供應(yīng)鏈上保持冷藏或冷凍狀態(tài)。比如，在肉類食品腐敗過程中，病原菌和腐敗微生物生長迅速，包括大腸桿菌、沙門氏菌等。而且，與已經(jīng)完全變質(zhì)的食品相比，處于變質(zhì)過程中的食品質(zhì)量很難直觀地檢測出來。因此，對運輸過程中的食品安全質(zhì)量進行及時、準確的評估具有十分重要的意義。雖然目前用于檢測變質(zhì)食物的傳感器可以提供非常有效的結(jié)果，但它們需要外部有線電源和昂貴而復(fù)雜的儀器。因此，有必要開發(fā)一種高效、方便的自供電傳感器來實時檢測冷鏈中的食品質(zhì)量。

  近日，廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院聶雙喜教授團隊巧妙地利用木頭的天然多孔結(jié)構(gòu)，使用簡單的化學(xué)處理去除部分木質(zhì)素和半纖維素，并在木頭內(nèi)部負載碳納米管，獲得了力學(xué)性能優(yōu)異且具有氨氣敏感特性的導(dǎo)電木基材料。再將其作為介電材料與電極材料結(jié)合制備成電源和氨氣傳感器一體化的木基摩擦納米發(fā)電機（TENG），并結(jié)合無線電路模塊，設(shè)計了一種基于TENG的自供電無線氣體傳感器系統(tǒng)（TWGSS），成功實現(xiàn)了冷鏈運輸過程中實時無線食品質(zhì)量評估。TWGSS 可實時監(jiān)控食品變質(zhì)關(guān)鍵氣體（如氨氣），并在高濕度（75%）和低溫（-18 °C）下保持出色的穩(wěn)定性。此性能得益于木材的三維多孔結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料的氨氣敏感特性。木基TENG對氨氣表現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏性，輸出電壓隨著氨氣濃度升高而降低。此外，木基TENG 在 500 ppm 氨氣濃度下表現(xiàn)出 0.85敏感響應(yīng)值，遠高于腐敗食品中其他相同濃度下氣體的響應(yīng)值。最后，該研究展示了其在豬肉和魚肉食品質(zhì)量評估中的實際應(yīng)用效果。相關(guān)工作以“Integration of a porous wood-based triboelectric nanogenerator and gas sensor for real-time wireless food-quality assessment”為題發(fā)表在國際著名能源期刊《Nano Energy》上（2021, DOI: //doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105833）。

圖1 摩擦納米發(fā)電機基自供電無線氣體傳感系統(tǒng)原理示意圖

圖2 木頭材料的結(jié)構(gòu)表征以及力學(xué)性能

圖3 木基摩擦納米發(fā)電機的原理示意圖以及不同條件下的穩(wěn)定性研究

  首先，對木基TENG測試了20000個周期的接觸分離，測試過程中電壓穩(wěn)定性好。由于冷鏈中食品的溫度和濕度都在一個特定的范圍內(nèi)，包括冷凍和冷藏。因此，在使用TENG評價冷鏈中食品質(zhì)量時，TENG在不同溫度和濕度下的穩(wěn)定性是一個關(guān)鍵因素，在75%濕度或-18℃條件下，電壓值變化差異不明顯，這也表明此TENG在冷鏈環(huán)境的溫度和濕度范圍內(nèi)適用。

圖4 木基摩擦納米發(fā)電機作為氨氣傳感器監(jiān)測氨氣濃度

  由于氨氣是冷鏈運輸中易腐敗食品釋放的主要氣體，因此在變質(zhì)過程中監(jiān)測氨氣的濃度水平可用作此類食品的新鮮度指標。研究氨氣濃度與食品質(zhì)量的相關(guān)性，對食品的實時監(jiān)測具有重要意義。為了評估木基TENG在冷鏈運輸過程中實際食品質(zhì)量評估的潛力，對其進行了不同氨氣濃度的靈敏性測試。結(jié)果表明，隨著氨氣濃度的增加，TENG電壓值呈現(xiàn)降低趨勢；在300ppm氨氣環(huán)境下，TENG對氨氣時實響應(yīng)時間為9s, 恢復(fù)時間為11s; 同時TENG也展現(xiàn)出對氨氣獨特的敏感特性。

圖5 摩擦納米發(fā)電機基自供電無線氣體傳感器系統(tǒng)實時無線監(jiān)測食品質(zhì)量

  最后，作者使用TWGSS對豬肉食品進行質(zhì)量評估，探索了其在監(jiān)測食品質(zhì)量領(lǐng)域的應(yīng)用。TWGSS由TENG、微控制器單元（MCU）、無線發(fā)射器和無線接收器組成。MCU 控制無線發(fā)射器以發(fā)送控制命令，無線接收器將接收該命令以幫助另一個 MCU 控制顯示器。結(jié)果表明，TWGSS系統(tǒng)可以將食物的腐敗程度以氨氣濃度數(shù)值進行顯示；如，當(dāng)豬肉（500克）在35°C儲存48h，氨濃度達到578 ppm；在4°C條件下放置24h, 食物新鮮無氨氣釋放，系統(tǒng)顯示0 ppm。

  論文的第一作者為廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院2020級博士研究生蔡晨晨，通訊作者為廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院聶雙喜教授，惠州光都智能科技有限公司吳正陽工程師提供了部分傳感技術(shù)支持。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項目、廣西自然科學(xué)基金重點項目的資助。

  論文信息：Chenchen Cai, Jilong Mo, Yanxu Lu, Ni Zhang Zhengyang Wu, Shuangfei Wang and Shuangxi Nie*, Integration of a porous wood-based triboelectric nanogenerator and gas sensor for real-time wireless food-quality assessment. Nano Energy, 2021, DOI: //doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105833

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521000914

聶雙喜教授課題組博士后招聘及博士、碩士研究生招生信息

一、課題組信息

  廣西大學(xué)聶雙喜教授致力于木質(zhì)纖維利用基礎(chǔ)研究，在木質(zhì)纖維清潔分離與高值化利用方面取得了一系列進展，為木質(zhì)纖維利用基礎(chǔ)研究成果走向應(yīng)用提供了科學(xué)支撐。主持在研國家自然科學(xué)基金面上項目和地區(qū)基金、廣西自然科學(xué)基金重點項目。以第一或通訊作者在Advanced Functional Materials、Nano Energy、Chemical Engineering Journal等SCI期刊上發(fā)表JCR一區(qū)TOP論文30篇，累計入選ESI熱點論文1篇、ESI高被引論文10篇。長期擔(dān)任Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Nano Energy、Chemical Engineering Journal、Nanoscale等知名期刊審稿人。共獲授權(quán)發(fā)明專利22件，其中6項技術(shù)已產(chǎn)業(yè)化，轉(zhuǎn)讓到校總經(jīng)費387.34萬元。曾獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎、教育部技術(shù)發(fā)明獎一等獎、教育部-霍英東青年教師獎、廣西青年科技獎、廣西創(chuàng)新爭先獎。

二、研究方向

1. 木質(zhì)纖維材料接觸起電機制

2. 木質(zhì)纖維基先進功能材料

3. 木質(zhì)纖維基自供電器件

三、長期崗位招聘與招生信息

1. 崗位：博士后；招聘名額：不限；工作內(nèi)容：專職從事木質(zhì)纖維利用基礎(chǔ)研究，聘期為2年。

2. 崗位：博士研究生；名額：1-2位/年。

3. 崗位：碩士研究生；名額：3-4位/年，其中學(xué)位碩士1-2位，專業(yè)碩士1-2位。

四、博士后應(yīng)聘條件

1. 已經(jīng)獲得輕工、化工、化學(xué)、材料等相關(guān)專業(yè)博士學(xué)位（3年以內(nèi)），或即將獲得博士學(xué)位的應(yīng)屆博士研究生；

2. 在相關(guān)或相近研究領(lǐng)域已取得一定的研究成果（至少第一作者發(fā)表2篇JCR一區(qū)SCI論文）

3. 遵紀守法，身心健康，具有良好的思想品德和團隊合作精神，具有較強的科學(xué)研究能力和較大的學(xué)術(shù)發(fā)展?jié)摿?能夠獨立開展相關(guān)領(lǐng)域的前沿研究。

4. 全脫產(chǎn)博士后，年齡不超過35周歲人事檔案轉(zhuǎn)入本校。

五、薪酬福利待遇及科研資助

1. 學(xué)校自主招收的全脫產(chǎn)博士后年薪為稅前不低于21萬元，其中學(xué)校每年發(fā)放15萬元，合作導(dǎo)師每年發(fā)放不低于6萬元。

2. 按有關(guān)規(guī)定為全脫產(chǎn)博士后繳納社會保險或購買商業(yè)保險。

3. 為全脫產(chǎn)博士后提供24個月的學(xué)校公租住房，免租金。

4. 全脫產(chǎn)博士后的子女入學(xué)、入園與學(xué)校事業(yè)編制教職工子女入學(xué)、入園一樣享受學(xué)校優(yōu)質(zhì)的中小幼教育資源。

5. 學(xué)校為自主招收的全脫產(chǎn)博士后提供10萬元科研啟動經(jīng)費。

六、申請流程

1. 個人申請。應(yīng)聘者聯(lián)系合作導(dǎo)師，初步達成合作意向后，將應(yīng)聘材料發(fā)送至擬進流動站郵箱。應(yīng)聘材料主要包括：個人簡歷及證明身份、科研成果的佐證材料。

2. 進站考核。流動站審核后組織應(yīng)聘者參加進站考核，考核通過后報學(xué)校審批。

3. 進站審批。校內(nèi)審批手續(xù)辦理完畢后，由應(yīng)聘者個人登錄“中國博士后”網(wǎng)站，注冊個人信息并按要求提交進站材料，學(xué)校系統(tǒng)審核后報全國博管委審批，通過后辦理進站手續(xù)。

4. 簽訂合同。博士后進站手續(xù)辦理完畢后，由校人力資源處與其簽訂博士后工作協(xié)議。

七、聯(lián)系人

聯(lián)系人：聶老師

郵箱地址：nieshuangxi@gxu.edu.cn

地址：廣西南寧市大學(xué)東路100號廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院304室