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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
基于红外线辐照的石墨烯/聚合物复合材料的制备方法
本发明公开了一种基于红外线辐照的石墨烯/聚合物复合材料的制备方法,包括以下步骤:1)将氧化石墨溶液与聚合物溶液或者聚合物乳液混合,得到混合液,浇注或者纺丝,干燥至总溶剂的重量百分含量小于等于50%,得到复合产物;2)在红外线加热灯辐照下将复合产物中的溶剂除去并进行氧化石墨的还原反应,得到石墨烯/聚合物复合材料。本发明制备方法中,利用红外线加热灯辐照下制备石墨烯/聚合物复合材料,工艺非常简便、生产成本很低,有利于工业化大规模生产,聚合物可选择不同的种类,可以制备不同的石墨烯/聚合物复合材料,可以满足不同的生产和使用要求,在导电高分子复合材料以及薄膜、纤维等领域具有广阔的应用前景。
浙江大学 2021-04-11
一种解决复合材料铺放过程中的回弹现象的系统
本发明涉及一种解决复合材料铺放过程中的回弹现象的系统,基于力矩/力传感器和三维形貌测量系统的用于解决出现在复合材料铺放过程中的关于预浸带的回弹现象。本发明基于 6 轴机器人平台,易于实现对铺带头的运动控制;在机器人的末端与铺带头的连接处安装有力矩/力传感器,实时检测铺带头主压辊的压力,尽可能保证恒压力铺放,用于预防回弹现象的产生;配备有三维形貌测量系统,对工件的轮廓重构,将视频检测技术用于复合材料铺放过程的质量控制;在原有的
武汉大学 2021-04-14
一种具有非对称结构的壳聚糖基仿生膜材料的制备方法
本发明公开了一种具有非对称结构的壳聚糖基仿生膜材料的制备方法,步骤包括:将壳聚糖分散于醋酸水溶液中,待完全溶解后,加入无水甲醇和乙酸酐反应,之后离心去除沉淀物;在搅拌条件下滴入碱性凝固液,过滤得到壳聚糖微凝胶;将上述微凝胶加入丙三醇水溶液中,注入模具,静置沥干水分,一部分冻干得到壳聚糖基多孔海绵材料,另一部分烘干得到壳聚糖基致密膜材料;将两者用生物胶粘合,得到具有非对称结构的壳聚糖基仿生膜材料。本发明制备工艺简单,制备的壳聚糖基膜材料兼具多孔海绵结构和致密膜结构,遇水不卷曲,具有骨诱导再生性能良好、降解可控等优点,可作为引导骨组织再生膜材料广泛应用于种植牙、骨关节炎、骨缺损等领域的治疗。
浙江大学 2021-04-13
重载机械装备多缸协同控制液压伺服系统的开发与应用
大型重载机械装备是是我国基础设施、资源开发和国防建设急需的重大技术装备。这类装备具有重承载、强冲击和极端环境运行的特点,液力驱动工作中大功率传递和液-固耦合现象极为突出。 基于电液控制发明了阀控缸液压伺服系统的位置和压力主从控制方法,解决重载机械装备运行过程中位置和压力耦合干扰问题,实现多缸液压伺服系统位置和压力的精确控制。同时发明了液压滚切式金属板剪切机的液压系统,通过建立多变量解耦矩阵和多缸运动方程以及无节流损失的压力和位置双向精确控制方程,实现了液压泵、蓄能器组和伺服阀的同步控制,提高了阀控缸液压伺服系统的运动平稳性和可控性。提出多缸液压系统失稳判定方法,得到液压伺服系统稳定运行的必要条件,提高大型重载设备的稳定性。
太原科技大学 2021-05-04
实用高温度稳定性电光调Q激光系统的开发与应用
项目探明了晶体应力是导致铌酸锂电光调Q开关温度稳定性变差的根本原因,通过大幅消除应力提高了晶体消光比,并创造性地开发了“弹性装配”技术,彻底解决了晶体装配受力不均匀问题,大幅提高了电光调Q开关装配后的温度稳定性和激光输出光斑质量。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 南开大学在晶体理论、晶体生长以及器件制备等方面开展了三十余年的研究,中国电子科技集团公司第二十七研究所历经五十余年,完成了大量激光系统研发的国家重大任务,双方瞄准国家需求,共同开展了高温度稳定性电光调Q激光系统的研发项目。本项目获得了2012年天津市科技进步一等奖。 项目探明了晶体应力是导致铌酸锂电光调Q开关温度稳定性变差的根本原因,通过大幅消除应力提高了晶体消光比,并创造性地开发了“弹性装配”技术,彻底解决了晶体装配受力不均匀问题,大幅提高了电光调Q开关装配后的温度稳定性和激光输出光斑质量。以高性能电光调Q开关为核心技术,自主研发了满足航空、航天、舰船以及国防等复杂环境下使用的系列高温度稳定性激光系统产品,并实现批量稳定生产,单次高低温试验通过率高达90%以上。 2009年至2011年,本项目研发的激光产品实现了14121.6万元的产值及8778.6万元的利润,以项目产品为核心系统的装备大量应用于运载火箭测控、飞行器防撞及其它测量,为载人航天、探月工程、北斗卫星导航等国家重大工程的实施发挥了重要保障作用,同时也批量应用在国防领域,为国防安全做出了重要贡献。
南开大学 2022-07-28
功能性耐盐微生物菌剂的开发与产业化应用
微生物菌肥以其改良土壤、增加产量、提高品质且保护环境等特点而受到人们的追捧。但这些菌剂产品主要是单独或添加到低浓度的有机肥中使用的,无法在高养分复合微生物肥料中使用。这不仅增加了施用成本,还因时间差造成两种肥料都不能发挥最大功效。 针对以上问题,本团队对功能性耐盐微生物菌剂的制备关键技术、与常规化肥的整体成型工艺展开了研究。首先开发出了枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌、蜡质芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌等8种功能性耐盐微生物菌剂产品,芽孢率≥98%;并确定了适用于复合肥、有机肥、液体肥的添加工艺,保证菌种在肥料中的高效存活,使有效活菌数符合国标。本技术产品可以有效改善多种连作土壤,抑制有害微生物的繁殖,提高土壤养分的利用。该产品具有很强的实用性价值。
南京工业大学 2021-01-12
中国陶瓷产业国际竞争力研究
左和平教授等所著《中国陶瓷产业国际竞争力研究》一书通过探索陶瓷产业国际竞争力的形成机理,发现陶瓷产业国际竞争力的培育路径和影响因素;通过在全球视角下分析中国陶瓷产业的生产与贸易现状,分析中国陶瓷产业的发展态势和趋势;通过中国陶瓷产业国际竞争力与区域竞争力的测度,明确中国陶瓷产业国际竞争力的国际地位、区域分布和发展态势;寻找提升中国陶瓷产业国际竞争力的有效途径和具体的战略措施,促进中国陶瓷产业国际竞争力的提高。本书获得第五届江西省高等学校科技成果奖一等奖。
景德镇陶瓷大学 2021-05-04
图书馆信息共享与信息集群研究
本书首先分析目前存在的图书馆信息资源共享模式存在的弊端, 指出迫切地需要建立一个打破现有的体制和形式, 按照不同的地域组成一个个更具竞争力的信息资源共享服务系统。这种将各种系统和区域的图书馆联合起来, 从而在更大范围内建立一个信息资源共享统一体, 业界称为图书馆信息集群。
江苏海洋大学 2021-05-06
新型冠状病毒快速诊疗技术研究
临床证据显示,新冠病毒核酸检测有假阴性的情况存在,这与采样质量有一定关系。同时由于核酸检测所需时间较长,不利于大规模的筛查。为此,杨正林团队和迈克生物股份有限公司,根据新冠病毒感染后人类机体的反应会在血液中产生抗体的原理,迅速开展研究,通过构建质粒表达新冠病毒N蛋白和S蛋白作为抗原,建立了检查血清中病毒抗体的胶体金和化学发光法。这两种方法只需少量的血液样本即可进行快速检测,可以用于疑似病例中核酸检测为阴性的病人的诊断,同时也可以部分反映确诊病人的免疫情况。其中,新型冠状病毒(SARS-Cov-2)IgG/IgM抗体检测试剂盒(胶体金法),已完成787例临床样本的检测(包括52例阳性样本和735例阴性样本),阳性检出率(灵敏度)为80.8%(42/52),阴性检出率(特异性)为98.5%(724/735)。新型冠状病毒IgG和IgM抗体检测试剂盒(化学发光法),已完成387例临床样本的检测(包括37例阳性样本和350例阴性样本),阳性检出率(灵敏度)为86.5%(32/37),阴性检出率(特异性)为99.7%(349/350)。
电子科技大学 2021-04-10
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