本项目提出并发展了通用的硅基二维半导体材料范德华外延技术, 实现了多种层状和非层状半导体材料的二维薄膜可控生长，解决了传统外延方法中存在的晶格失配、热失配等多物理失配技术难题，开辟了非层状材料在二维电子器件领域的研究新方向。 一、项目分类 重大科学前沿创新 二、成果简介 基于新材料、新架构的硅基高密度集成信息功能器件的自主发展是国家重大战略需求。本项目围绕新型低维半导体材料的大规模可控制备、物性调控及其电子、光电器件展开系统研究，主要技术创新点有： 一、二维半导体材料及其异质结构的大规模可控制备。本项目提出并发展了通用的硅基二维半导体材料范德华外延技术, 实现了多种层状和非层状半导体材料的二维薄膜可控生长，解决了传统外延方法中存在的晶格失配、热失配等多物理失配技术难题，开辟了非层状材料在二维电子器件领域的研究新方向。在晶圆级二维半导体材料的基础上构建出大规模的二维异质结构，得到了具有高可靠性和稳定性的集成器件。相关成果发表在Science Advances、Advanced Materials等国际知名刊物上，共计40余篇，授权专利16项；与中国电子科技集团公司第十三研究所等合作，成功实现了非层状GaN在大失配硅基衬底上的高质量外延，为第三代半导体的硅基集成提供了新的技术路线。 二、基于低维半导体材料的高灵敏光电器件。本项目通过发展高质量硫族半导体的外延生长新工艺，系统研究了MoTe2、PbS、CdTe等30余种二维半导体材料的光电性质，极大地拓展了传统的半导体光电材料体系；首次提出一种桥接的异质结构筑方式，大大降低了范德华间隙引入的光生载流子注入势垒，获得了高性能二维异质结光电器件；发展了纳米线场效应晶体管器件表面修饰方法，调节晶体管特性为强增强型，利用这种设计，实现了“锁钥”式高选择性、高灵敏度气体检测器件。本项目实现了从深紫外区到中远红外区的宽波段高灵敏度检测，相关成果发表在Science Advances、ACS Nano等国际知名刊物上，共计30余篇，授权专利6项。 三、后摩尔时代新型低维电子信息器件。本项目基于低维半导体材料及其异质结构的物性调控，首次提出了二维半导体材料中的“增强陷阱效应”物理模型，实现了高性能的亚带隙红外探测器和非易失性光电存储器；利用双极性沟道中横向载流子分布的特定电场依赖性，在二维黑磷晶体管中实现了室温负微分电阻特性；通过构筑亚5 nm沟道二维铁电负电容晶体管，使得亚阈值摆幅突破玻尔兹曼物理极限，有效降低了器件能耗；创新性的提出多层二维范德华非对称异质结构，实现了器件高性能与多功能的集成，器件性能为当时最高指标；发展了新型存算一体架构电子器件技术，首次演示了兼具信息存储和处理能力的二维单极性忆阻器，有望突破当前算力瓶颈，提供集成电路发展的新途径。相关成果发表在Nature Electronics、Nature Communications等国际知名刊物上，共计60余篇，授权专利7项。

本项目产业化的市场定位为需要长时间、远航程可进行水下目标侦测及定位的单位。Robo Shark智能仿生深海潜航器采用鲨鱼为原型，以三关节仿生尾鳍取代无刷推进器，有效降低设备运行噪声的同时节省了能量消耗。设备外壳采用吸音材料制成，可以提高设备的隐蔽性。通过重力舱吸排水实现设备的上浮下潜，控制更为灵活，具有定点悬停、定深巡游等多种智能运动功能，最大下潜深度可达1000 m。 此潜航器的主要特点： 1.节能高效：采用仿生+滑翔作为动力源，利用反卡门涡街的驱动原理，仿生推进效率高达80%； 2.隐蔽环保：模拟鲨鱼的外形与游动方式，隐蔽性强，对环境扰动小，不会伤害水下生物； 3.安全可靠：采用整体开放，局部密封的设计， 配备六方向避障传感器，具有低电量返航、失联返航等功能； 4.载荷扩展：可搭载声、光、电、磁传感器，满足水下通信、水下定位和水下探测等需求。

本项目通过使用仿生概念，制备出一种新型的具有笼状结构的铂催化剂。在该催化剂中，金属铂被包覆在有机物笼内，反应物可以自由进出笼内外，在铂的催化作用下合成有机硅化合物，金属铂被困于笼内，可以有效地阻止团聚而失去活性，从而可以反复发挥其催化作用，使其同时具备高活性和高稳定性。该新型催化剂在全世界第一次实现了铂催化剂在多次循环使用后，依然保持其极高的催化活性。 有机硅产品的制备过程中，硅氢加成反应是必不可少的一个环节，目前该反应主要使用卡斯特催化剂进行催化，若替换为本项目所研发出的新型催化剂，催化效率将实现指数级的提高。对于三烷氧基硅烷同己烯制备己烷偶联剂这一最常见的氢硅化反应，如使用本项目所制备出的新型催化剂，其催化效率较卡斯特催化剂能够提高1000倍以上。 该技术在国际上首次提出，目前已经在国际顶级期刊《SCIENCE》上投稿并获得了审稿人的好评，审稿人认为该项目研究工作将很快在实际生产中得到应用。同时，该项目正在开展进行相关专利申请工作。

（专利号：ZL 201510747409.4） 简介：本发明公开一种仿生摆翼式飞行器，属于仿生飞行器技术领域。该飞行器包括机体、左摆翼驱动装置、右摆翼驱动装置、左摆翼装置、右摆翼装置、左辅翼装置、右辅翼装置及起落架。左摆翼驱动装置与右摆翼驱动装置、左辅翼装置与右辅翼装置两两对称布置于机体左右两侧；左右摆翼驱动装置在运动过程中，其输出构件左右摆杆运动形式为绕一点上下摆动，并且下摆部分始终大于上摆部分，进而使与其固连的左右摆翼“下扑”部分始终大于“上挥”部分，使该仿生摆翼式飞行器在扑翼运动全程都能产生正升力。本发明飞行器具有驱动机构简单、易于实现、扑翼气动效率高等优点。  

微型仿生扑翼飞行器突破了低雷诺数/非定常空气动力学计算方法、微型扑动机构和微电子元件设计技术等国际公认的扑翼飞行器研究难题，在国际上首次成功研制了全自主航线飞行和抗四级风的可实用微型仿生扑翼飞行器系统，获国家发明专利授权 21 项，先后获得了国防科技发明二等奖和陕西省技术发明一等奖。 微型仿生扑翼飞行器高度仿生设计使该飞行器具有高度隐蔽性，携带方便，并起降不受道路和地形限制，能迅速抵达人员无法抵达区域，能在 4 级风/小雨雪环境下自如飞行，可搭载高清微型摄像头，特别适用于单兵侦查、边界巡逻、机场驱鸟、农牧监控、野生动物观测等领域，已在陕西省地震局、陕西交警高交支队、包头市固阳县农牧业局、西安市户外应急救援队等全国 10 余个地区 15 家单位推广应用。

相对尾鳍推进方式，胸鳍推进模式仿生机器鱼在效率、机动性、噪声及稳定性等方面表现更加突出。课题组目前共研制出四代胸鳍推进式仿生机器鱼。性能指标如下：样机名称 样机参数 最大游动速度第一代身长0.6m，翼展0.7m0.5m/s第二代身长0.7m，翼展1.0m0.65m/s第三代身长0.4m,翼展0.62m0.44m/s第四代身长0.44m，翼展0.71m0.32m/s第五代身长0.46m，翼展0.83m0.45m/s 胸鳍推进式仿生机器鱼续航时间达2.5小时，可根据需要搭载摄像头等传感器件，在水环境监测、鱼类观察、科教、观赏等民用领域应用前景广阔。在军用领域，相对螺旋浆推进，1Hz以下的拍动频率使仿生鱼具有更小的推进噪声，面对雷达监测具有更好的隐蔽性，因而具有很强的应用潜力。

微纳米机器人（Micro/Nano-motors, MNMs）作为一种具有自主运动功能的智能化微纳米平台，成为一种变革性的新技术，被广泛应用于靶向药物递送、微创手术、生物传感、污水降解等众多领域。

本项目产业化的市场定位为需要长时间、远航程可进行水下目标侦测及定位的单位。Robo Shark智能仿生深海潜航器采用鲨鱼为原型，以三关节仿生尾鳍取代无刷推进器，有效降低设备运行噪声的同时节省了能量消耗。设备外壳采用吸音材料制成，可以提高设备的隐蔽性。通过重力舱吸排水实现设备的上浮下潜，控制更为灵活，具有定点悬停、定深巡游等多种智能运动功能，最大下潜深度可达1000 m。 此潜航器的主要特点： 1.节能高效：采用仿生+滑翔作为动力源，利用反卡门涡街的驱动原理，仿生推进效率高达80%； 2.隐蔽环保：模拟鲨鱼的外形与游动方式，隐蔽性强，对环境扰动小，不会伤害水下生物； 3.安全可靠：采用整体开放，局部密封的设计， 配备六方向避障传感器，具有低电量返航、失联返航等功能； 4.载荷扩展：可搭载声、光、电、磁传感器，满足水下通信、水下定位和水下探测等需求。

本发明公开了一种仿生机械腿，包括机身、髋关节运动机构、 膝关节运动机构、联动关节运动机构、踝关节运动机构。髋关节运动 机构包括髋关节电机、髋关节曲柄摇杆机构、齿轮传动机构和大腿， 膝关节运动机构包括膝关节电机、膝关节曲柄摇杆机构、链轮传动机 构和中腿，髋关节电机和膝关节电机分别安装在机身上并输出同向转 动，通过各自的曲柄摇杆机构将电机的同向转动转换为连续摆动，再 通过齿轮传动机构和链轮传动机构分别带动大腿和中腿的前后摆动。 该机械腿降低了腿部的质量和转动惯量，避免其高速运动中电机的正 反转，增加腿部运动的工作空间，减小了其在高速运动过程中与地面碰撞产生的能量损失。

提出了基于表面等离激元和碳纳米管的三维光电混合集成系统，该系统与现有的COMS制备工艺兼容，可以实现光子学和电子学的三维集成和互联，为解决集成电路的速度瓶颈提供了一种方法。他们演示了几种集成回路，包括在片光操控回路、波长和偏振复用回路和具有COMS信号处理电路的集成模块。Fig. 1. Integration of plasmonic-enhanced detector with carbon nanotube (CNT) complementary metal oxide semiconductor (CMOS) signal processing circuits. a, Schematic of the 3D integrated circuits, consisting of bottom-layer passive WFSAs and metal connection lines, in-between HfO2 dielectrics and Au cross-layer connection lines, and top-layer plasmonic receiver and CNT CMOS signal processing circuits. b, Output characteristics of the plasmonic-enhanced barrier-free-bipolar diode (BFBD) and the normal BFBD under the illumination at "λ" =1200 nm. c, Electric field pattern of the La=320-nm SA. d-e, Transfer (d) and output (e) characteristics of the CMOS. f, VTC curves of the CMOS (blue line) and the 3D integrated circuits (red line). Inset is the corresponding equivalent circuit diagram of the 3D integrated circuits. g-i, Statistical figures of merit of the deep-subwavelength modules, including photocurrent (g) and photovoltage (h) of the BFBD as well as on-state current of the CMOS (i). 这种三维集成系统的优点包括：1. 使用低温COMS兼容制备工艺，可以在单片集成回路中集成光子学模块、电子学信号处理系统和存储系统；2. 利用具有原子厚度的碳纳米管材料以及金属工艺，使得光子学集成和电子学集成在材料上兼容；3. 基于表面等离激元使得光子学器件尺度可以和电子学器件尺度相近，便于集成；4. 碳纳米管的工作波段可以覆盖整个通讯波段，这是硅材料无法做到的；5. 光电探测器工作于光伏模式，可以减小能耗。该工作是首次利用原子厚度材料实现三维光电混合集成，可以实现更小的尺寸、更快的速度和更多的功能，同时，有可能解决电子学集成回路在速度上的瓶颈。