项目简介： 本技术是利用智能水凝胶的刺激响应性，结合 Fabry-Perot 薄膜 干涉现象提出的新型光学传感方法。本技术使用的水凝胶薄膜厚度仅 数微米，因此具有响应速度快速的特点。可检测的项目包括温度、pHIntensity Wavelength 值、葡萄糖等。可与光纤传感技术相结合，实现远程传感。

分布式光纤传感网络系统是一种融合传感、控制等功能的网络系统。光纤传感器通过改变的各种特性，比如波长、相位、强度等，来实现对外界物理量的传感。同时光纤又是一种很好的通信媒介，因此可以很好的同光纤传感网络系统融合。该网络系统具有抗电磁干扰，可靠性高，远距离分布式监测等特点，具有广阔的应用价值和市场前景。 　　电子科学与工程学院光子学与光通信研究室早在上世纪八十年代中便开始了光纤传感器的研究工作，九五期间又承接了国家重点科技攻关项目"光纤工业控制网络系统"的研制任务。多年来潜心攻关，埋头研究，成功的研制了多模光纤光栅、长周期光纤光栅，各类光纤传感器件（包括微弱力传感器，光纤温度传感器等）以及光纤工业控制网络系统，各项成果通过国家、部省级科技成果鉴定，达到国际先进水平，取得多项自主知识产权。 　　该成果进一步加速了我国在光纤传感以及光纤工业控制网络系统领域的发展，为发展全光传感控制网络奠定了基础，广泛用于工业控制、管道监控以及周界安防等领域。

本项目将提供一款高品质的非晶 ZnTiSnO 微型半导体气体传感器，为一种具有纳米材料特征的薄膜型气体传感器，用于可燃性气体（特别是乙醇）的检测。该半导体气体传感器具有下述优点：灵敏度高、选择性好、响应快、稳定性好、抗干扰性强、可室温工作、易于微型化、与微电子系统兼容，而且制作工艺简单、组装成本低、价格低廉。 （1）半导体气体传感器件的核心材料为气敏层，即非晶ZnTiSnO 薄膜，该材料质量如何直接决定了器件的性能。通过前期预研究，我们设计并合成了具有表面微纳结构的绒面 a-ZnTiSnO 薄膜，如何进一步优化工艺参数，更加提升 a-ZnTiSnO 薄膜高质量，实现精确可控生长，依然是本项目拟解决的关键技术。 （2）气体传感器的实用性在于器件参数的确立，因而，通过系统研究，建立非晶 ZnTiSnO 气体传感器各气敏性能与气体参数之间的定量关系曲线，特别是室温工作条件下的定量关系，是本项目拟解决的关键技术。 （3）为使气体传感器获得广泛应用，器件良好的稳定性至关重要。通过工艺优化、器件设计和封装保护等措施，实现非晶ZnTiSnO 气体传感器的高稳定性和抗干扰性，使器件具有长的使用寿命，也是本项目拟解决的关键技术。制备出高质量非晶 ZnTiSnO 薄膜，具有均匀且均一的表面微纳结构，绒度大于35%；薄膜与衬底附着力大于 21N。非晶 ZnTiSnO气体传感器性能指标：气敏层尺寸 10~300μm，易于集成化；对可燃性气体有高选择性，其中对乙醇的敏感度最高；室温工作条件下，对 100ppm 乙醇的响应度不低于 30；响应时间小于 1.8s，恢复时间小于 1.5s；稳定性好，有效使用寿命不低于3 年。 理论与实验相结合，揭示出 a-ZnTiSnO 气体传感器室温气敏性能和稳定性机理，建立理论模型，阐明器件的耐候性规律。研制出具有实用价值的高品质 a-ZnTiSnO 半导体气体传感器，建立一套非晶 ZnTiSnO 材料生长和器件制备的完整工艺，关键技术拥有自主知识产权。 应用范围：  纳米氧化铜产品广泛应用于各类抗菌、抗紫外线、空气净化产品中，如抗菌保鲜膜、抗菌塑料、抗菌纤维、抗菌整理液、抗菌陶瓷、抗菌地板、抗菌纺织品、防嗮化妆品、室内甲醛治理等产品中。 纳米CuO应用前景 催化剂：主要用于国防领域，作为复合固体推进剂的重要成分，用来调节推进剂燃耗性能。 传感器：纳米氧化铜对外界环境的温度，光，湿气等十分敏感，并且可以提高传感器的响应速度，灵敏度和选择性。 在超导，陶瓷，电极活性材料等领域作为一种重要的无机材料有广泛的应用。 用作玻璃，瓷器的着色剂，光学玻璃磨光剂，有机合成的催化剂，油类的脱硫剂，氢化剂。 用于制造人造宝石及其它铜氧化物，用于人造丝的制造，以及气体分析和测定有机化合物等。 用于饲料中，提高铜的表观消化率。 用于抗菌剂，纳米氧化铜具有清洁，高效，能耗低，污染小，被广泛用于医药，纺织等领域。 用于粒子助力制冷器节能，提高热传递效率。 降低冷冻机油的粘度。 提高烟气脱硝性能。 应用范围： 橡胶工业中硫化活性剂，石油化工行业催化及添加剂，是汽车轮胎、飞机轮胎、工业电缆行业材料以及氧化锌陶瓷； 涂料油漆、透明橡胶、乳胶和塑料行业用，可增加产品强度和致密性、粘合性、光洁度； 抗菌抑菌和除臭材料、医药卫生用杀菌材料、玻璃陶瓷杀菌自洁材料、医药行业杀菌敷料； 电子工业和仪表工业、制造电器件、无线电、无线荧光灯、图像记录仪、变阻仪、荧光体； 军事工业：红外吸收材料。   五、纳米氧化锌分散液 项目 Item 标准 Standard 氧化锌(W/%) ZnO 4% 外观 Exterior 乳白略显黄色易流动液体 Milky white slightly yellow liquid PH 7.2   分散液氧化锌含量可以根据需要在30%以下定制

南开大学研究的光纤传感安全预警系统是在广泛吸收国外同类产品优点的基础上，结合我国国情研发的新一代安全预警系统，是由普通单模光纤构成的分布式光纤传感系统。通过采用分布干涉技术实现对60公里范围内土壤振动信号的连续监测，利用神经网络、模糊识别等模式识别技术分析和判断振动类型，实现对振动的自动分类识别，进而实现对振动源的精确定位以及危害振动信号的自动报警。该系统具有本质安全、分布干涉作用距离长，定位精度高、自动化程度高、性价比及灵敏度高等特点，可广泛应用于石油管道防盗油监测，光纤通信主干网络防破坏预警、

本技术是利用智能水凝胶的刺激响应性，结合Fabry-Perot薄膜干涉现象提出的新型光学传感方法。本技术使用的水凝胶薄膜厚度仅数微米，因此具有响应速度快速的特点。可检测的项目包括温度、pH值、葡萄糖等。可与光纤传感技术相结合，实现远程传感。

成果与项目的背景及主要用途： 大型工程活动的安全关系着人类生命安全和社会经济活动，桥梁、隧道、建筑物的结构失稳、崩塌、火灾等事故应做到及早预测与警报。光纤传感系统作为智能结构的神经网络，可为人们获知结构内部工作状态信息提供有力工具，用来测量混凝土结构变形及内部应力，检测大型结构、桥梁健康状况等。天津大学科技成果选编 技术创新： 光纤传感器：新型的光纤温度、应变传感器具有高灵敏性、高精度以及体积小的特点，便于做分布式安装，达到多点化、实时化的精准测量。光纤解调系统：研发了一系列新型的光纤光栅温度、应变传感在线监测仪。基于 DSP 技术，可实现波长解调速度 200KHZ、智能分析、智能判断和实时传输。特别适合多通道多传感器以及多传感器有同步要求的监测设备。研制了低熔点玻璃焊接封装的渗压计，极大降低了温度和湿度对压力测量的影响。 技术水平及专利与获奖情况： 专利：“光纤 Bragg 光栅传感解调装置及解调方法” 200510014877.7 应用前景分析及效益预测： 光纤传感器进入结构监测领域具有重要意义。光纤传感器的轻巧性、耐用性和长期稳定性，使其能够方便的应用于建筑钢结构和混凝土等各种建筑材料的内部应力、应变检测。已与中国计量科学研究院、国家防爆电气产品质量监督检验中心等多家机构合作，成功在石油、电力、桥梁、隧道等多个领域，实现 400多个项目的应用。 应用领域：石化系统、电力系统、隧道监测、桥梁监测、大型结构监测等 合作方式：合作开发

德安特，中国实验室天平及精密仪器制造商，创建于2008年，总部坐落在中国制造业之都天津市，是国内电子天平和高精衡器研发、生产的领军企业。 公司通过了ISO9001质量管理体系认证，将公司管理引向规范化、制度化的道路，确保为用户提供高质量的产品和服务。 公司致力于为各行业开发适合的称重产品和应用，产品和服务涵盖了实验室、工业现场以及分析和计量行业。根据客户的个性化需求，提供完整的行业解决方案，实现实验室的质量管理以及生产过程中的质量控制。 在公司发展道路中，我们以“打造行业旗舰，塑造民族品牌”为宗旨，始终坚持“规范化”、“流程化”、“国际化”；坚持“以客户为中心”的服务准则，为客户提供高标准、高质量的产品及服务，立志成为精密称重的领军者！

近日，西安交通大学电子科学与工程学院电子陶瓷与器件教育部重点实验室任巍教授和牛刚教授团队利用机械剥离获得少层二硫化钼材料制备具有背栅结构和纳米级沟道长度的光电晶体管，实现了较高探测率(＞1013Jones)和响应率(＞103A/W)。

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。