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基于相变材料的片上光电存算一体化器件的研发
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。 
南京邮电大学 2021-05-11
一种固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统
本实用新型公开了一种固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统,包括柜体、吸附净化单元以及输气单元,输气单元提供空气在系统中循环的动力,空气流量可以大于15m3/h,输气单元包括连接柜体和吸附净化单元的风管、提供气体循环动力的第一固态风扇、气体分配器以及驱动电源,气体分配器包含至少三根并联的送风管、与送风管连接的固态风扇安装管以及用于安装送风管的送风管布置器;固态风扇安装管内设有与送风管连接的管道,每个管道内安装有一个或多个第一固态风扇。本实用新型气流输运过程无振动、无噪音;固态风扇与送风管道易于一体化耦合,可以大大减小送风管路的直径,节约安装成本和安装空间;输运过程流速和流量等参数易于调节。
浙江大学 2021-04-13
高效蓄能型多色稀土夜光纤维及制品的研制
利用稀土元素有未充满的 4f 壳层和 4f 电子被外层电子屏蔽的特性,将稀土 铝酸盐基质移植到聚合物基体中,生成具有夜光性的蓄光型纺丝液,所纺出的纤 维在受光时捕集激发态电子,停止光照后持续的发光跃迁。该项目得到了国家 “863”计划和国家自然科学基金的资助。稀土夜光纤维是以纺丝原料为基体, 添加长余辉稀土铝酸盐发光材料,经特种纺丝制成夜光纤维。该夜光纤维吸收可 见光 10 分钟,便能将光能蓄贮于纤维之中,在黑暗状态下持续发光 10 小时以 上。夜光纤维色彩绚丽,且不需染色,是环保高效的高科技产品。该纤维及其织 物可广泛应用于建筑装潢、交通运输、夜间作业、日常生活及娱乐服装等领域。 目前,本研究室研发的夜光纤维已成功实现产业化,并得到企业,社会的广泛好 评,取得了良好的经济和社会效益。298 2 关键技术 (1)采用高温固相法控制制备不同色光的高效储能稀土夜光材料; (2)通过表面改性和功能助剂的双重作用实现夜光材料在不同基体材料的 均匀分散; (3)通过复合纺丝技术制备不同色光的夜光纤维,同时保证其力学性能; (4)只需吸收紫外光或可见光 10 分钟,便可持续 10 小时以上发光。 3 知识产权及项目获奖情况 发表学术论文 30 余篇;申请专利 15 项,授权专利 3 项;所获奖项: 2005 获得江苏省科技进步二等奖,2013 年获纺织工业协会科技进步二等奖, 2013 年获中国商业联合会科技进步一等奖 4 项目成熟度 实现产业化生产。 5 投资期望及应用情况 目前已与部分企业合作,将夜光纤维应用于玩具、服装等领域。 
江南大学 2021-04-13
一种抽水蓄能机组过水系统的建模方法
本发明公开了一种抽水蓄能机组过水系统的建模方法,利用电路等效法建立抽水蓄能机组的有压管道模型、调压室模型和水泵水轮机模型;根据上述模型形成抽水蓄能机组过水系统等效电路模型;并根据多维基尔霍夫电压和电流定理,建立过水系统的等效电路网络的常微分矩阵方程;本发明提出的建模方法,通过基于电路等效法的抽水蓄能机组调节系统数学模型仿真方法进行了验证,验证结果表明所建立的抽水蓄能机组过水系统模型可更大程度地满足水电能源系统仿真和电力系统分析的精细化建模要求。
华中科技大学 2021-04-14
城市景观水体初期雨水污染物非调蓄削减技术
针对削减初期雨水/溢流污水入湖(河)污染物的技术需求,在湖(河)滨带设置了以去除颗粒性污染物为主、溶解性污染物为辅的集成技术措施。初期雨水 COD、 TN、 TP 指标分别削减 40%、 30%、 30%以上;溢流污水主要污染物 COD、 TN、 TP 削减 30%、 10%、30%以上。
扬州大学 2021-04-14
血液净化材料(医用聚醚砜材料)
针对现有血液净化材料的血液相容性不理想、临床使用时需不断加入抗凝剂这一 问题,提出类肝素自抗凝血的全新思路和方法,实现了聚醚砜表面类肝素化,从而提高其血液相容性,设计研发的类肝素抗凝膜及体外抗凝装置,拓展了血液吸附材料在尿毒症以外的多种疾病中应用。 此外,国产品牌血液透析器生产线现已投产,其性能完全媲美进口高价的FILATECH生产线,降低了国产透析器的生产成本,迫使国外血液透析器产品连续几次大幅度降低价格,从20多年前的每个透析器上千元人民币降低到目前的120元人民币左右,极大程度地降低了医疗成本和治疗费用,使我国肾衰竭患者的治疗率不断提升。在此基础上实现第二代(高通量)血液透析器产业化,累计销售量800余万支,直接经济效益达13.1亿元,打破了国外垄断。在国家重点研发计划支持下,现已研发出便携式人工肾的第一代原型机,并正推进新一代佩戴式人工肾所需要材料和关键加工技术研发及产业化。 高通量聚醚砜中空纤维膜血液透析器 血液透析是一种有效治疗肾衰竭的医疗手段并已广泛应用于临床治疗。采用“相转化”原理,利用“干喷湿纺”的纺丝工艺纺制出具有类肝素结构及良好血液相容性的聚醚砜中空纤维膜并成功实现了透析器产品的国产化与规模化;临床治疗效果显著,安全性高。从原料、生产设备、关键工艺技术到透析器产业链国产化等方面突破了目前领域的卡脖子问题,降低生产成本并推动了国产血液透析器行业的发展与转变。 中空纤维膜血液透析器 原材料   提出类肝素结构血液净化膜概念 研制出优异血液相容性的聚醚砜中空纤维膜
四川大学 2021-05-11
室内空气净化器
在目前室外空气污染严重的大背景下,室内空气污染无法依靠室内通风等手段改善。由于空气净化器的成本较高,还无法在中国普及,因而降低空气净化器的成本对提高室内空气质量有重要的意义。传统的空气净化器采用滤芯过滤空气中的细微颗粒,使用维护成本高。本项目在静电除尘的基础上,结合自主研发的高效臭氧催化分解催化剂,可实现空气净化器在高效净化基础上极低成本运行。本项目关键技术在于利用负载的 Mn 基催化剂催化降解静电除尘器及等离子模块产生的臭氧,具有效率高、气阻小的特点。该装置上的等离子发生模块,可实现对室内空气中有机气体的净化及杀菌功能。目前,小型试验机型的功率 60w ,气体循环量为 400m3/h ,气阻约为 50Pa 。此外,将该技术可移植到不同的应用场合,可实现大型车辆上空气管理和控制,工业除尘、除臭等方面应用。
辽宁大学 2021-04-11
血液净化材料(医用聚醚砜材料)
项目成果/简介: 针对现有血液净化材料的血液相容性不理想、临床使用时需不断加入抗凝剂这一 问题,提出类肝素自抗凝血的全新思路和方法,实现了聚醚砜表面类肝素化,从而提高其血液相容性,设计研发的类肝素抗凝膜及体外抗凝装置,拓展了血液吸附材料在尿毒症以外的多种疾病中应用。 此外,国产品牌血液透析器生产线现已投产,其性能完全媲美进口高价的FILATECH生产线,降低了国产透析器的生产成本,迫使国外血液透析器产品连续几次大幅度降低价格,从20多年前的每个透析器上千元人民币降低到目前的120元人民币左右,极大程度地降低了医疗成本和治疗费用,使我国肾衰竭患者的治疗率不断提升。在此基础上实现第二代(高通量)血液透析器产业化,累计销售量800余万支,直接经济效益达13.1亿元,打破了国外垄断。在国家重点研发计划支持下,现已研发出便携式人工肾的第一代原型机,并正推进新一代佩戴式人工肾所需要材料和关键加工技术研发及产业化。 高通量聚醚砜中空纤维膜血液透析器 血液透析是一种有效治疗肾衰竭的医疗手段并已广泛应用于临床治疗。采用“相转化”原理,利用“干喷湿纺”的纺丝工艺纺制出具有类肝素结构及良好血液相容性的聚醚砜中空纤维膜并成功实现了透析器产品的国产化与规模化;临床治疗效果显著,安全性高。从原料、生产设备、关键工艺技术到透析器产业链国产化等方面突破了目前领域的卡脖子问题,降低生产成本并推动了国产血液透析器行业的发展与转变。中空纤维膜血液透析器 原材料  提出类肝素结构血液净化膜概念 研制出优异血液相容性的聚醚砜中空纤维膜知识产权类型:发明专利技术先进程度:达到国际先进水平成果获得方式:独立研究
四川大学 2021-04-10
高性能空气净化膜口罩
膜法口罩的核心是高性能空气净化膜材料,该材料具有由纳米纤维构成的三维类蜘蛛网结构,形成的微孔尺寸可控制在0.1到0.5微米范围内,能有效过滤99%以上的非油性颗粒,有效拦截各种固体气溶胶、飞沫和病毒,同时具有良好的透气性,不会产生呼吸的不适感。空气净化膜材料除了可用于制作口罩外,还可以用于空气净化器、医疗防护服等领域。基于膜材料制作的防护服,具有良好的抗菌拒水性能,是医疗防护中等级最高的医用防护服,它的特点是人体的汗气可以向外散发,而外面的水和细菌病毒等不能进入,且具有优异的耐老化、耐消毒等性能,可经常消毒杀菌。 在工业领域空气净化膜用于烟尘的超低排放控制,已经推广应用了上百套工程装备,产生经济效益二十多亿元,先后获得中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖、中国膜工业协会科学技术一等奖、侯德榜化工科学技术青年奖等奖励。     以空气净化膜为核心滤材的5万口罩已经在南京市江北新区、浦口区多家政府机构、江苏省膜产业园入园企业等上百家单位使用,为坚持在防疫一线工作的人员提供了有力保障。在南京市政府召开的防疫物资主题会议上,空气净化膜技术受到了南京市工信局、科技局等部门的高度重视,。
南京工业大学 2021-04-10
环氧丙烷脱氨净化回收技术
电石泥法生产环氧丙烷工艺技术中,粗PO中含有少量氨,通过脱氢塔的放空来脱氨并损失少量PO。通过专用脱氨吸附床和精馏系统,可将PO加收。吸附系统解析的氨气经循环水洗涤塔吸收,使得有机废气的排放环保问题解决。
南京工业大学 2021-01-12
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