现阶段所设计的存算一体器件单元结构如图 1 所示： 器件的基本结构由波导和功能层（由下到上分为加热层、电极层、保护层、相变材料（硫系化合物）层）所构成。拟通过在当前流行的绝缘层上硅(SOI)光子平台上集成四氮化三硅光波导的方式实现器件的光学读取功能，即在非常厚的硅衬底层上生长一层绝缘层二氧化硅和波导层，然后在基片上通过光刻、显影、刻蚀等工艺制备四氮化三硅波导。功能层主要用于实现器件的电学写入功能。加热器层的主要用途是与相变材料层形成电接触，通过较小的接触面积使接触处的热量集中，从而可以在较小的电压或电流下使相变材料发生相变。因此需要加热器层具备较好的导热和导电性能，同时在近 C 波段具有较低的光损耗，可采用石墨烯。电极层可用于提供相变材料器件单元所需要的编程电脉冲。当前拟采用硒掺杂的相变材料合金（如 GSST）作为器件的核心功能层的相变材料。该材料在通信/非通信波段显示了极低的光损耗和更高的品质因数，且相变前后在通信 C 波段具有足够大的光学常数反差，可在更恶劣的高温环境下进行操作，适用于硅基光子器件应用。 采用的主要技术手段包括： ① 依托于相变材料的电致和光致相变特性，通过电学编程、光学读取的方法实现器件的存储、算术运算和逻辑运算功能：  存储功能的实现：拟利用相变材料晶态低透过率和非晶态高透过率分别代表二进制中的‘1’和‘0’，实现数据存储（编程）功能。例如在电极两端施加合适的电脉冲，所产生电流流经加热层时，生成的热量主要集中在加热层和相变材料层接触处，使得接触处的相变材料发生相变，实现存储功能。在完成上述编程操作后，从器件波导输入端输入读取连续光。由于相变材料功能层对光强的吸收能力在编程和非编程区域间存在着显著的差异，因此当输入光经过波导后，其能量会因为相变材料编程区域的吸收而发生改变，进而显著改变输出光强能量。所以通过测量输入输出光强的能量之比（即透过率），可实现对先前编程区域的读取。  算术和逻辑功能的实现：通过调整编程电脉冲的幅度和宽度可以动态调控相变材料的相变程度，使得器件的中间透过率值可用于代表不同的数值，实现多级存储功能。所以拟采用输入脉冲数量对应加数的方法实现标量加法计算。同时由于所设计器件的读取连续光输出功率可视为读取连续光输入功率和器件透过率的乘积，因此可采用将输入功率和透过率作为被乘数和乘数的方法实现基本乘法运算。除此之外还可以将器件功能层的初始状态设置为非晶相，把晶化脉冲幅值和不足以产生晶化的脉冲幅值分别作为输入逻辑‘1’和‘0’；同时设定一个判定阈值并与编程后器件透过率的变化率进行对比，把高于和低于阈值的透过率变化率分别作为输出逻辑 ‘1’和‘0’；通过合理选择编程脉冲有望实现各种逻辑功能输出。 ② 基于器件透射率可调特性验证其实现神经突触的可行性。并依托所设计人工突触构建人工神经网络芯片，实现图像、语音和文本识别功能：  突触可塑性是大脑记忆和学习的神经生物学基础，也是人工类脑器件需要实现的首要功能。为实现突触可塑性，拟把相变材料和波导之间的耦合区域视为仿生神经突触，左右两端电极分别代表突触前和突触后，分别施加在两端电极上的电脉冲则作为突触前和突触后刺激。通过调节从左右两端电极输入耦合区域的电脉冲时间差对耦合区域的光透过率进行连续调控，进而依托于上述存算理论模型和实物器件仿真和实验实现仿生神经突触的脉冲时序依赖可塑性（Spike-Timing-Dependent-Plasticity, STDP)。  将不同波长的光脉冲序列输入所设计的突触单元, 经过相变材料的作用，脉冲强度发生变化，对应于乘法器。进而借助于微环结构，将不同波长的脉冲导入进同一波导中，该功能类似加法器。相加后的脉冲光强较小时，读取光与微环发生共振，在输出端口没有光强输出。当光强达到一定的阈值后，读取信号不再和微环发生共振，而是传播到输出端口。这一过程类似神经元脉冲信号的激发，实现了非线性激活函数的功能。利用上述的单个神经元结构，验证其监督式机器学习和非监督式机器学习。对于监督式机器学习，权重的数值通过外部管理器设置；对于非监督式机器学习，不再需要外部管理器来设置权重值，而是通过输出光脉冲进行反馈控制，调整权重值。在单个神经元结构的基础上，更复杂的光学脉冲神经网络结构，证明该结构的可扩展性。拟设计的神经网络中的每一层结构包括三个功能单元，即收集器、分发器和神经突触结构。收集器将上一层不同波长的光脉冲信号收集到同一根波导中，分发器将光脉冲分发给多个神经元，神经突触结构则产生光脉冲信号，输入给下一层结构。基于上述结构实现图片、语音和文本的识别。 创新性分析：①首次研究了一款基于“电学编程、光学读取”模式的光电混合存算一体化器件。与传统电学存算一体化器件相比,拟研发的器件可以进行长距离的信息传输，具有传输带宽高、信号间延迟低、损耗低、抗干扰、集成密度高等优点。②采用硒(Se)掺杂的相变材料作为存算一体化器件的核心功能材料。与采用其他相变材料的存算一体器件相比，以硒参杂的相变材料作为功能材料的存算一体器件有望展现出极低的光损耗。③提出了一种基于“电学脉冲刺激、光学权重调节”的人工神经突触。该突触器件有望成为未来通用型人工神经突触，填补了光电混合型人工突触的技术空白。 先进性分析：①所提出的光电混合工作模式使得该存算一体化器件不但具有传统集成电路的高密度特性，且兼具光通信技术的宽频带、低延迟、抗干扰的优越性能。②所采用硒参杂的相变材料不但继承了传统材料具有的快速相变转化速度、低功耗和稳定性强等特性，且本身在通信波段非晶态透明的同时还保持了相变前后足够大的光学性能差异的特点。③所设计的突触继承了人工电子突触和全光突触的优点，具有高集成度、低功耗、超快响应时间、稳定性强等优点。 独占性分析：根据已取得成果正在撰写专利，以获得该关键技术的独有权。 

1. 痛点问题 目前硅基太阳能电池占据着太阳能电池的主导地位，其中单晶硅电池转换效率已可以达到25%左右，但它们需要比较多的单晶硅材料，生产成本高。而对于多晶硅，由于缺陷较多，转换效率比较低。III-V族材料转换效率高，但是材料和生产成本居高不下，难以推广使用。虽然可以利用纳米柱阵列来提高光吸收能力及减少材料成本，但是由于纳米柱结构具有很大的表面积，载流子较大的表面复合严重影响着器件的性能，而且需要昂贵的设备生长径向异质结和控制掺杂浓度。 2. 解决方案 本项目提出一种磷化铟纳米柱径向同质结阵列结构的简单制备方法，目前已完成高效太阳能电池验证和原型器件的制备，另还有可见光探测器等在研。 本方法是在磷化铟纳米柱制备过程中，利用刻蚀气体中加入氢气，可以同时实现了磷化铟纳米柱阵列和径向同质结的制备，通过控制刻蚀时间及氢气含量，精确控制磷化铟表面掺杂浓度及深度，相比于其他生长径向同质结的方法，本方法设备简单，制备效率高。在降低成本方面，纳米柱结构相比于平面结构具有更好的陷光效应，只需使用少量的材料便可以实现高效光吸收。 合作需求 本项目下一步发展需求主要集中在与太阳能电池相关企业的技术和产品合作，优化和固定产品制作工艺流程，降低生产成本。其次是资本投资、政府政策等方面的扶持。需要的外部资源主要是产业的工程化和市场资源。

一种具有微纳结构的α-Fe2O3光电极的制备方法，具体作法是：取不锈钢片和钛片，用砂纸抛光，清洗，将洗净的材料超声处理，取出备用；配制电镀液，以钛片做阴极，不锈钢片做阳极，采用稳压直流电源电镀时间分别3-5s，室温30℃，电镀完后将钛片取出，洗净，晾干，得纳米铁立方体，再将覆盖有纳米铁立方体的钛片至于马弗炉中焙烧，取出即得微纳结构的α-Fe2O3光电极。该方法设备简单，能耗低，适合大规模生产；同时用该法制备的所制得的微纳结构的α-Fe2O3呈球形，可以对光进行全方位的反射，同时微米球表面分布很多纳米带，可进一步增强电极的比表面积，作为光电极，其光的利用率高，电流密度大。

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。

目前汞在线分析仪的原理是基于元素汞的检测，即只能检测元素汞Hg0，氧化态汞Hg2 的检测需要使用Hg2+/Hg0转换装置。 东南大学开发的氧化汞/元素汞转换装置（Hg2+），采用化学湿法，可将烟气中氧化汞Hg2+实时转化成元素汞Hg0，经除酸性气体、除水装置后，通入汞在线分析仪即可检测烟气中元素汞（ Hg0）、氧化态汞（ Hg2+）和气态总汞浓度（HgT）。 本装置为便携式操作单元，使用方便，精度高。可应用于实验室、工业排气（不含尘）中汞形态浓度的实时检测。

纳米二氧化钛 (10-50nm) 具有特异的光学性能、催化性能等，被广泛应用于汽车工业、催 化剂、防晒化妆品、高档油漆、农用薄膜以及精细陶瓷等领域。目前国内纳米二氧化钛的市场 已有相当量的需求，估计在1万吨/年左右，市场份额高达20亿元，主要从国外进口，进口价超 过3万美元/吨。本项目计划建设200吨/年规模的气相燃烧制备纳米二氧化钛生产装置，利用氢 氧焰燃烧生产纳米二氧化钛。项目建设总投资为2000万元，建设期为1.5年。项目投产后可以形 成4000－5000万元的产值，利润超过1500万元。

电镀作为金属材料的表面改性技术已经取得了很广泛的应用，近年来电镀也开始在非金属导电材料的表面改性领域取得相当规模的工业应用。但高电阻率氧化物材料表面金属镀覆一直以来不能采用电镀工艺，这是因为这类材料的电子电导小，电镀液中被镀金属离子不能从材料表面得到电子，所以不能沉积下来。传统的绝缘氧化物材料表面镀覆金属的方法有化学镀、真空蒸镀、溅射镀、涂覆金属浆料后再烧结等方法，各方法都有各自的优缺点。如含有氨水的化学镀银溶液不稳定，甚至有可能生成有爆炸危险的叠氮化合物。真空蒸镀和溅射镀有设备投资大、维护费用较高等缺点，涂覆金属浆料后再烧结的方法有金属层厚度不均匀等缺点。 我们发明了一种高电阻率金属氧化物材料表面电镀的技术，解决了多种高电阻率金属氧化物材料表面不能电镀的问题。高电阻率金属氧化物材料电镀的基本过程是首先对氧化物材料表面进行原子氢致电导改性处理，提高其表面电子电导，使材料表面出现半导化甚至金属化，然后在氧化物材料表面直接电镀金属层。我们在这个方向上已经进行了近十年的研究，发表了十几篇学术论文，申请了两项发明专利。      本技术适用于由氧化物功能材料制造的电子元器件表面电镀，也适用于氧化物材料颗粒或块体的电镀等，所得金属镀层厚度均匀，与氧化物材料表面具有良好的结合力。

目前国内发电厂主要是燃煤发电，煤炭的燃烧使发电厂废气中含有大量的二氧化碳（CO2），占工业CO2 总排放量的30%左右，造成了严重的大气污染和温室效应。燃煤电厂中二氧化碳的处理已成为目前急需解决的问题，因此燃煤电厂废气中二氧化碳的捕集成为目前的研究热点之一。燃煤电厂尾气脱CO2 理论上有吸收分离法、吸附法、膜分离法、膜基吸收法和低温蒸馏法等。国际能源署在上世纪90 年代对上述几种脱CO2 法的调查研究表明,对烟道气脱CO2 较有前途的是“膜基气体吸收法”。膜吸收技术是膜技术与气体吸收技术相结合的膜过程,通常使用疏水微孔中空纤维膜将气体与吸收液隔开。用于分隔气液两相的疏水微孔膜的可用材料广泛，可以为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯等。利用膜吸收技术捕集CO2 与传统的吸收塔相比，膜吸收可以对气、液两相流速宽范围独立控制，而且气液接触面大，能耗低，避免了液泛、雾沫夹带、沟流、鼓泡等现象发生。另外，膜吸收技术更有利于燃煤电厂尾气中CO2 的回收后再次利用，利用膜吸收技术回收的CO2 纯度高，可达到95%以上，可应用于食品、医药等行业，为社会创造了更多的经济价值和社会效益。 本技术以疏水中空纤维膜为气液两相间分隔界面，其较强的疏水性能可以防止液相的泄漏，另外所用膜材料能耐受强酸强碱的长期腐蚀，给膜吸收设备提供了更长的使用寿命。而所采用的中空纤维膜组件还具有气液接触面积大、设备体积小等优点。以MEA、MDEA 等醇胺溶液为吸收剂，膜解吸过程相对简单,与传统的方法相比具有设备投资低、分离效率高、使用周期长等优点，是具有广大前景并值得推广的技术。 技术指标：所用吸收剂：MEA、DEA 等醇胺类吸收剂；处理前CO2 含量≤10%；处理后CO2 含量≤0.3%；去除能力：99%；吸收剂回用方式：加热解吸循环；吸收剂热解吸温度：60～80℃；装置使用寿命1～2 年。应用范围：可广泛应用于燃煤发电厂尾气中CO2 的回收处理、烟道气处理及相关领域。市场分析膜吸收法捕集CO2 技术能耗低，占地面积小，在操作上存在很大的优势；另外，吸收CO2的吸收剂可经过加热等方法进行循环利用，捕集的CO2 浓度较高，市场前景相当广阔。效益分析：本技术设备简单、投资少、操作成本低，与传统技术相比能耗大大降低，而且回收的CO2纯度较高，经过净化之后可再次应用于医药、食品、化工等行业，具有显著的经济效益。

本发明公开一种氧化锌@锌微球的制备方法，通过激光烧蚀技术制备，包括如下步骤：1)开启激光器，调节透镜的位置，将激光光束聚焦、焦点于锌靶材表面；2)向衬底上滴加溶液，直至铺满衬底；3)调节激光输出功率为150～300mW，在常温空气中对锌靶材烧蚀2～10min；4)将衬底置于真空下60℃下烘干，在衬底上得到氧化锌@锌微球。本方法简单易操作，在空气中的激光烧蚀对于实验的条件需求降低，只通过在室温空气环境下就可以获得核壳结构的氧化锌@锌复合微球，制得的氧化锌@锌微球直径为微米级，具有表面光滑的球形形貌，并具有明显的激光特性。

金属氧化矿浮选属世界上选矿界难题之一。本项目以氧化锑矿为突破口，研制出JV系列金属氧化矿浮选捕收剂，并依据该浮选剂为特点开发出金属氧化矿浮选工艺。