项目简介： 线虫是危害大豆和土豆等诸多重要农作物的一类主要害虫。目前 杀灭线虫的主要方式是化学农药法和基因改造法。化学农药法的作用 因为线虫快速产生的抗药性以及线虫卵壳强大的保护作用而收效甚 微；而基因改造的大豆或土豆只能抗拒若干种属线虫的危害，对于无 法选择性抗拒的种属则无计可施，而且基因改造法显然无法满足消费 者对高端非转基因绿色农产品的消费需求。 在人们对线虫的治理乏力的时候，Glycinoeclepine A，一种线虫 孵化信息素的发现使人类看到了对抗线虫的曙光。这种新的杀灭线虫 的方式为大豆，土豆等深受线虫危害的植物提供了新的保护机制。目 前的几个化学合成的解决方案路线冗长，仅仅证明了该化合物是可以 人工合成的，无法真正的攻克对该化合物大量制备的要求，因而极大 的限制了它的应有推广。 本项目在前期工作的基础上，发展了高效的快速合成该信息素关 键六五并环体系的方法，一步构筑了其核心骨架结构，并精准的控制 了若干手性中心的生成。为该化合物的实用性合成打下了坚实的应有 基础。在该项目中，我们拟完成对该化合物的高效合成并进行产业化 推广。因为该化合物的活性达到非常高效的皮摩尔/L 的活性，对该化 合物的百毫克级的合成就可以支撑起大面积的推广实验。由于起始原 料便宜（200 元/公斤），且路线设计巧妙，所用试剂易得，符合农药 分子的低成本要求。我们相信在两年内可以达到几十克级别的生成水平，完成对该信息素的产业化推广。

该产品已紧急发往武汉方舱医院，部署后可以实现医院内人员及物资的实时定位及动态管理。 该产品采用东南大学国家ASIC中心刘昊和黄成老师团队研发的低功耗、低成本物联网信标及网关技术（其中关键技术已通过论文发表于物联网领域顶级期刊）。产品将部署于方舱医院中，实现对佩戴定位标签的人员或安装标签的医疗设备高精度实时定位。定位数据通过物联网网关传送至云平台，可通过多种渠道进行监测和信息查看。当前，在武汉紧急部署的方舱医院场地规模较大、病员数量较多，而医护人员及医疗设备较少。该产品和总体系统集成安装上线以后将为方舱医院患者、医护人员及医疗设备的管理提供可视化平台，有望大幅提高方舱医院的管理效率。系统能够监测院内病人在活动区域范围内的实时位置及运动轨迹，并提供越界报警等信息服务；能够实时统计方舱医院各类型人员数量及区域分布；在院内病员遇到突发情况时，可通过佩戴的定位标签实现一键呼叫；可对院内安装定位标签的医疗设备进行资产追踪及管理；也能够对院内巡检人员进行到访区域及时间管理。 产品研发团队来自于东南大学苏州校区的集成电路重点实验室，隶属于东南大学电子科学与工程学院国家ASIC中心。

水肥一体化滴灌技术是基于作物生长特性和环境状况等条件，借助新型滴灌系统， 在灌溉的同时将肥料配兑成肥液一起输送到作物根部土壤，确保水分养分均匀、准确、 定时定量地供应，达到节水节肥、提高水肥利用效率、增产增收等效果。在山东省首次 提出了完整配套的冬小麦智能滴灌水肥一体化栽培技术体系，实现了冬小麦的节水、节 肥、高效、环保的可持续生产，整体达到国内先进水平，经济、生态和社会效益显着。 目前，冬小麦智能化滴灌水肥一体化栽培技术体系在青岛、烟台、潍坊等推广应用每年 超过了5万亩，实现节水40%-60%，提高劳动效率80%以上，增加产量产量10％-20％。

本项目以国家自然科学基金 重点项目、国家杰出青年科学基金项目等为依托，历时十余年研究，建立了粗粒 土颗粒破碎机理与塑性本构理论。主要取得的科学发现点如下：(1) 针对传统强度理论无法描述粗粒土的颗粒破碎、各向异性、尺寸效应 等问题，建立了粗粒土三维统一非线性强度理论。该强度理论能够准确地模拟粗 粒土因颗粒破碎所导致的偏平面及子午面上非线性的强度特征；能够合理地反映 粗粒土因自重产生的横观各向同性的强度特征；能够准确地模拟粗粒土复杂的各 向异性的强度特征；还能够合理地反映粗粒土三维尺寸效应的强度特征。(2) 提出考虑中主应力影响的粗粒土三维边界面本构理论。试验表明，粗 粒土剪胀特性与中主应力系数相关，据此提出了考虑中主应力影响的粗粒土三维 应力-剪胀方程。针对传统本构模型无法描述中主应力对应力变形影响的问题， 建立了考虑中主应力影响的粗粒土三维边界面本构模型。在边界面理论框架下， 建立了屈服面与边界面的演化规律，获得了应力变形特征。(3) 提出颗粒破碎影响的状态相关塑性本构理论。试验发现粗粒土颗粒破 碎会导致颗粒级配发生变化，细颗粒填充粗颗粒孔隙，进而使得临界状态线发生 移动，并伴随能量散耗，因此，提出了考虑颗粒破碎的三维临界状态面及临界状 态理论。粗粒土在压缩和剪切作用下，颗粒破碎，并具有状态相关性，因此，提 出了考虑颗粒破碎的应力-孔隙耦合状态方程。根据所提出的考虑颗粒破碎三维 临界状态面，建立了考虑颗粒破碎影响的状态相关塑性理论。

我国粗粒土分布广泛，在强震、高应力等复杂应力条件下，高土石坝、高边 坡和岛礁工程中，粗粒土易产生颗粒破碎，导致其级配发生改变并伴随能量耗散, 从而引起边坡及坝体变形失稳破坏。研究粗粒土在颗粒破碎情况下的本构模型以 及评价工程安全稳定是目前粗粒土研究的热点问题。本项目以国家自然科学基金 重点项目、国家杰出青年科学基金项目等为依托，历时十余年研究，建立了粗粒 土颗粒破碎机理与塑性本构理论。主要取得的科学发现点如下： (1)  针对传统强度理论无法描述粗粒土的颗粒破碎、各向异性、尺寸效应 等问题，建立了粗粒土三维统一非线性强度理论。该强度理论能够准确地模拟粗 粒土因颗粒破碎所导致的偏平面及子午面上非线性的强度特征；能够合理地反映 粗粒土因自重产生的横观各向同性的强度特征；能够准确地模拟粗粒土复杂的各 向异性的强度特征；还能够合理地反映粗粒土三维尺寸效应的强度特征。 (2)  提出考虑中主应力影响的粗粒土三维边界面本构理论。试验表明，粗 粒土剪胀特性与中主应力系数相关，据此提出了考虑中主应力影响的粗粒土三维 应力-剪胀方程。针对传统本构模型无法描述中主应力对应力变形影响的问题， 建立了考虑中主应力影响的粗粒土三维边界面本构模型。在边界面理论框架下， 建立了屈服面与边界面的演化规律，获得了应力变形特征。 (3)  提出颗粒破碎影响的状态相关塑性本构理论。试验发现粗粒土颗粒破 碎会导致颗粒级配发生变化，细颗粒填充粗颗粒孔隙，进而使得临界状态线发生 移动，并伴随能量散耗，因此，提出了考虑颗粒破碎的三维临界状态面及临界状 态理论。粗粒土在压缩和剪切作用下，颗粒破碎，并具有状态相关性，因此，提 出了考虑颗粒破碎的应力-孔隙耦合状态方程。根据所提出的考虑颗粒破碎三维 临界状态面，建立了考虑颗粒破碎影响的状态相关塑性理论。

将“双一流”建设与学校综合改革紧密结合，积极完善中国特色、世界水平、北大风格的世界一流大学发展路径和模式，努力成为推动高等教育改革发展的新时代标杆。

郭永怀（1909—1968）山东荣城人。物理学家。学部委员。北京大学毕业。20世纪50年代初在激波与边界层相互作用研究中获出色成果，并发展了奇异摄动法（称庞加莱——莱特希尔——郭永怀方法）。

彭桓武（1915—2007）湖北麻城人。物理学家。学部委员（院士）。曾在北京大学任教。主要从事理论物理的基础和应用研究，领导并参加原子弹、氢弹的原理突破和战略核武器的理论研究、设计工作。

陈芳允（1916—2000）浙江黄岩人。电子学与空间系统专家。学部委员（院士）。曾在西南联合大学学习。为我国无线电电子学做了开创性工作。

研究背景 芯片是人类最伟大的发明之一，也是现代电子信息产业的基础和核心。小到手机、电脑、数码相机，大到6G、物联网、云计算均基于芯片技术的不断突破。半导体光刻工艺水平的发展是以芯片为核心的电子信息产业的基石，目前半导体光刻的制造工艺几乎是摩尔定律的物理极限。随着制造工艺的越来越小，芯片内晶体管单元已经接近分子尺度，半导体制作工艺的“瓶颈效应”越来越明显。随着全球化以及科技的高速发展，急剧增长的庞大数据量要求数据处理模型和算法结构不断优化升级，带来的结果就是对计算能力和系统功耗的要求不断提高。而目前智能电子设备大多存在传输瓶颈、功耗增加以及计算力瓶颈等现象，已越来越难以满足大数据时代对计算力与功耗的需求，因此提高运算速度同时降低运算功耗是目前信息工业界面临的紧要问题。 如当年集成电路开创信息时代一样，当下已经普及的光通信正在成为新革命力量的开路先锋。与此同时，光子芯片正在从分立式器件向集成光路演进，光子芯片向小型化、集成化的发展趋势已是必然。相对于电子驱动的集成电路，光子芯片有超高速率，超低功耗等特点，利用光信号进行数据获取、传输、计算、存储和显示的光子芯片，具有非常广阔的发展空间和巨大的潜能。 项目功能 本项目瞄准光通信关键技术及核心芯片，基于量子阱二极管发光探测共存现象，探索关键微纳制造技术，研制出可以同时实现通信、感知功能的一体化光电子芯片。 技术路线 一、技术原理及可行性 本项目主要负责人王永进教授发现如图1所示的量子阱二极管发光探测共存现象，首次研制出同质集成发射、传输、调制和接收器件的光电子芯片，这些原创工作引起了业界相关科研小组地广泛关注，化合物半导体同质集成光电子芯片成为研究热点。香港大学的蔡凯威小组和申请人合作提出湿法刻蚀和激光选择性剥离技术，在蓝宝石氮化物晶圆上实现LED基同质集成光电子芯片(Optica 5, 564-569 (2018))。沙特阿卜杜拉国王科技大学Ooi教授和美国加州大学圣巴巴拉分校Nakamura教授小组在蓝宝石氮化物晶圆上，研制出基于氮化物激光器的同质集成光电子芯片(Opt. Express 26, A219(2018))。中科院苏州纳米所孙钱小组在硅衬底氮化物晶圆上，研制出基于氮化物激光器的同质集成光电子芯片(IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 8200305 (2018))。在NRZ-OOK调制方式下，InGaN/GaN量子阱二极管可实现Gbps的光发射、调制和探测速率(Appl. Phys. Express 13, 014001 (2020))。这些工作表明研发基于光子传输的化合物半导体同质集成光电子芯片以实现片上光子通信是可行的。   二、总体结构设计及工艺流程 本项目提出的同时通信/感知一体化光电子芯片基于常规的蓝宝石衬底氮化镓基多量子阱LED外延片进行设计，无需特殊定制的外延结构。以典型的2寸氮化镓基蓝光LED外延片为例，其外延片结构如图2所示，从下至上依次为蓝宝石衬底、AlGaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和P型GaN层，通过调节InGaN/GaN多量子阱层的参数（层厚度与In的比例等等）可制备具有不同中心波长的光源器件。   图3为本项目所提出的同时通信/感知一体化光电子芯片结构。在蓝宝石衬底的氮化物晶圆上通过刻蚀和沉积等一系列晶圆级微纳加工技术，制备出单片集成的InGaN/GaN多量子阱LED和PD。光子芯片的P、N电极可以采用倒装技术直接与基板相连，光线从透明的蓝宝石衬底发出，这样不仅使得器件具有优良的电性能和热特性而且简化了其后期的封装工艺。 三、技术创新优势 1、同一块晶圆上集成LED和PD使得两者间距离大大缩短，不仅有助于增强PD对蓝宝石表面反射光线的耦合，提升感知系统性能，而且缩小了器件整体外形，符合集成电子器件小型化、便携化的发展趋势； 2、单片集成的LED和PD器件相比于传统异质的、分立的LED和PD简化了封装形式和工艺，不再需要对LED和PD进行单独的封装，而且同质集成器件的基板也较异质结构的简单统一，极大地缩短了集成系统的制作周期； 3、同时通信/感知一体化光电子芯片采用相同的工艺就可以制作出LED和PD，简化了生长异质材料的复杂性，缩短了器件流片的周期，使用同一工艺就可将LED和PD进行批量生产，有效地降低了生产成本。 四、实验验证 本项目团队所在的Peter Grünberg研究中心拥有完整的LED器件制备、光电性能测试与电学性能测试平台，并且项目成员积累了丰富的测试技术与经验，能够满足本项目的同时通信/感知一体化光电子芯片测试同时表征光电参数与电学参数的需求。下图4所示为器件形貌表征图，从左边依次是扫描电镜图、光镜图、原子力显微镜图。   基于通信感知一体化芯片，本项目利用单个多功能集成器件成功实现了对人体脉搏的监测功能，如图5所示。   另外基于通信感知一体化氮化镓光电子芯片，我们还实现了照明、成像和探测功能为一体的LED阵列系统，如图6所示。该系统可以在点亮照明的同时，实现对外界光信号的探测与感知，通过后端系统处理后，再将信息通过阵列显示出来，实现多种功能的集成。 项目负责人王永进教授是国家自然基金委优秀青年项目、国家973项目获得者，他以第一或通讯作者身份在Light-Sci Appl.等主流学术期刊发表一系列高质量研究论文，获授权中国发明专利23项，美国发明专利2项，被National Science Review、Semiconductor Today等做9次专题报道，荣获2019年中国电子学会科学技术奖（自然科学）、2019年南京市十大重大原创成果奖等。