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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
用于校正农产品光学特性检测装置的固体仿体的制造模具
本实用新型公开了一种用于校正农产品光学特性检测装置的固体仿体的制造模具。包括三种针对不同使用需求的模具,分别是用于制作薄平板型固体仿体的模具、用于制作厚平板型固体仿体的模具和用于制作带半球厚板型固体仿体的模具,模具通过模块化组件搭建而成;模块化组件包括底座板、薄中间板、注射器、厚中间板、烧杯和半球板,薄中间板和厚中间板均为中部开有通槽的环形结构,环形结构的侧壁开有用于注入液体的径向通道,底座板为一块平板结构,半球板为一端中心带有凸台的平板结构,半球板非凸台端面中心开有半球形孔。本实用新型的模具模块化成本低,制作固体仿体时间短,制作的固定固体仿体能够长期保存,能够用于提高农产品光学特性的检测精度。
浙江大学 2021-04-13
含杂化长支链结构的高熔体强度聚烯烃的制备方法
本发明公开一种含杂化长支链结构的高熔体强度聚烯烃的制备方法,包括如下步骤:(1)称取接枝率≥0.3%(重量)极性单体接枝聚丙烯100重量份(A组分)、接枝率≥0.3%(重量)极性单体接枝聚乙烯5~30重量份(B组分)、胺类或醇类化合物1~10重量份、抗氧化剂0~0.5重量份、光和热稳定剂0~0.5重量份;(2)将胺类或醇类化合物用醇和/或酮稀释成20%~80%(重量)的溶液;(3)将A组分、B组分、抗氧化剂和热稳定剂从喂料口加入挤出机,步骤(2)所得溶液、超临界二氧化碳分别从第一、第二侧线加入,熔融挤出制得含杂化长支链结构高熔体强度聚烯烃。该产品的色泽、力学性能及加工性能优良,适用于发泡、热成型、薄膜吹塑及挤出涂覆等应用领域。
浙江大学 2021-04-13
青白散抗炎作用及对损伤组织TNF-α、IL-6、iNOS 和 NO 表达的影响
"青白散抗炎作用及对损伤组织TNF-α、IL-6、iNOS 和 NO 表达的影响 "
成都体育学院 2015-02-26
一种具有抗子宫内膜异位症的靶向基因纳米粒及制备
本发明提供一种具有高效抗子宫内膜异位症的基因纳米粒,该基因纳米粒负载了小分子干扰RNA基因药物,其纳米粒材料由壳寡糖、聚乙烯亚胺和透明质酸组成,其中壳寡糖与聚乙烯亚胺的比例为1:1,透明质酸占总纳米粒的比例为5‑30%,所使用的基因药物含磷摩尔数与纳米粒含氮摩尔数的比例为0.1‑16。本发明通过高分子纳米材料、利用受体‑配体特性,对靶标位于细胞内的基因药物的包封,可增加内异细胞对基因药物的摄取,增加靶标组织的转染效率,增加内异细胞对药物的摄取,有利于减小药物在正常组织或细胞的分布,降低药物的毒副作用,有利于提高该类基因药物的抗子宫内膜异位症疗效,可在制备抗子宫内膜异位症药物中的应用。
浙江大学 2021-04-13
一种基于关联分析与关联分类的蛋白质二级结构预测技术
发明公开了一种基于关联分析与关联分类的蛋白质二级结构预测技术,以双库协同机制为基础,将KDD*过程模型引入蛋白质二级结构预测问题中,KAAPRO方法以数据挖掘(知识发现)为主体,采用基于KDD*过程模型Maradbcm算法以及关联规则分类D-CBA方法。KAAPRO方法所取得关联规则在一定程度上揭示了氨基酸物化属性对蛋白质二级结构的影响关系,从而提高了预测的精度。其中Maradbcm算法挖掘意外规则的特性对纯度较高的α蛋白质库与β蛋白质库进行关联规则的挖掘,由此获得的挖掘结果是精化的规则。D-CBA关联分类方法使用可信度与支持度的测度作为一个复合型度量来进行蛋白质关联分类。在保证预测精度的同时,为生物学家对二级结构进一步分析提供了依据。
北京科技大学 2021-04-11
基于CR系统的图像增强技术应用研究
上世纪80年代,日本富士公司初率先在世界上推出第一套CR系统(计算机X射线影像仪Computed Radiography),它是用成像板(Imaging Plate,简称IP)替代传统的胶片进行感光并存储,再把储存于IP上的感光信号用激光扫描方法转换成电信号并进行数字图像处理的一种技术,实现了胶片数据化,为放射科无片化及医疗影像计算机联网打下了扎实的基础,为进入远程影像资料会诊开辟了道路。CR系统能直接生成数字图像,使其不再经过显影、定影、水洗技术流程,从而节省了大量的劳动力和精力;CR系统生成的数字图像大大的减少了存放X线胶片的空间,保证了图像的质量,也便于图像的存储、查找,从而结束了图像查询缓慢、易错、保存质量不高的时代,方便对病人资料进衍管理。正是由于它的这些优点,CR技术才得以在医学中广泛应用。 CR图像在生成、传输和扫描进入计算机时,会受到医学影像设备、媒质的实际性能、以及接收设备的限制,这些因素引起图像质量的退化。退化的X射线数字图像质量不能达到直接用于实体造型的要求,从而影响了医生的准确诊断。影响CR系统成像的因素主要有X射线散射、噪声以及人为因素,其中人为因素是指X射线的用量不足或过量。一般来说,由于X射线散射、噪声引起的图像退化很难避免,而且一直存在,因此本项目主要考虑人为因素引起的图像模糊问题,利用图像增强技术对模糊图像处理,方便医生诊断。 以下是模糊大剂量CR图像、模糊小剂量CR图像以及可以用于诊断的标准CR图像显示效果:
南京工程学院 2021-04-11
海洋中应用的碳纤维复合材料技术
碳纤维复合材料是由碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合制成的纤维增强材料,因其具有重量轻,强度高,耐高低温等优良特点,近年来广泛应用于航空航天、体育休闲、高铁汽车、土木建筑等领域。碳纤维复合材料在质轻高强的同时,还具有优良的耐疲劳性、耐腐蚀性以及比强度高导致的优良施工性能等,使得它在对于材料性能有着特殊要求的海洋领域的应用前景同样不可小觑。近年来,北京化工大学碳纤维复合材料在船舶制造、海上能源开发、海洋工程修复等领域不断探索新技术。 在船舶上的应用 相比于传统的造船材料,碳纤维复合材料具有天然的优势。首先,碳纤维复合材料具有良好的机械性能。用其制造船体,具有质轻低油耗的特性,而且建造工艺相对简单、周期短、成型方便,因此施工和维护费用远低于钢制船舶。同时由于碳纤维与树脂基体的界面能有效的阻止裂纹扩展,故材料具有良好的耐疲劳性能;此外,由于碳纤维表面的化学惰性,船体具有水生物难以附生,耐腐蚀的特性,这也是船舶建造选材非常重要的因素之一。 碳纤维复合材料具有良好的声、磁、电性能:透波、透声性好,无磁性,因此可以用于提高军舰的隐身性能。在舰船的上层建筑中使用复合材料不仅可以减轻船体的重量,而且通过在夹层中嵌入有滤波功能的频率选择层,就可以在预定的频率下发射和接受电磁波,从而屏蔽敌方的雷达电磁波。各种天线和有关设备都统一组合装备在该结构内,不易被腐蚀,更有利于设备的保养。研制出类似的封闭综合传感器桅杆,这种桅杆是由纳米技术制造的玻璃纤维与碳纤维复合后作为增强体而制成。它可以让各种雷达波束和通信信号相互之间不受干扰地通过,并且损耗极低。碳纤维复合材料还可应用在舰船的其他方面。例如,在推进系统上可用作螺旋桨[和推进轴系,减轻船体的振动效应和噪声,多用于侦察舰和快速巡航舰。在机械和装备上可用作方向舵,某些特殊的机械装置和管道系统等。此外,高强度的碳纤维绳索在海军军舰的缆绳和其他军用物品上也有较为广泛的应用。 民用游艇大型游艇一般为私人所有,价格昂贵,要求质量轻,强度高,耐用性好。碳纤维复合材料可以应用于游艇的仪器表盘和天线,方向舵以及甲板、船舱、船舱壁等增强结构中。传统的复合材料游艇主要由玻璃钢制成,但是由于刚度不足,满足刚度设计要求后往往船体过重,而且玻璃纤维是致癌物质,国外逐步禁用。如今的复合材料游艇中碳纤维复合材料的使用比例大大增加,有的甚至全部采用碳纤维复合材料。例如超级游艇“巴拿马”号双桅船,船身和甲板采用了以碳纤维/环氧树脂为蒙皮。乙烯酯树脂夹层复合材料,pvc泡沫和碳纤维复合材料,桅杆吊杆均是定制的碳纤维复合材料,只有部分的船身使用了玻璃钢。空载重量仅有45t。速度快,油耗低,性能卓越。 在海洋能源开发上的应用 海底油气田近年来,碳纤维复合材料在海洋油气开发领域的应用越来越广泛。海洋环境下的腐蚀,高压,水底暗流流动带来的强剪切作用对材料的耐腐蚀性,强度和疲劳性能提出了严格的要求。碳纤维复合材料在海洋油田开发中有着明显的质轻、耐久、抗蚀方面的优势:一个1500m水深的钻井平台,其钢制系缆的质量就达6500t左右,而碳纤维复合材料密度是普通钢材的1/4,若使用碳纤维复合材料取代部分钢材将显著减少钻井平台的载重负荷,节省平台的建造成本;抽油杆的往复运动,由于管外海水压力与管内压力不平衡极易引发材料的疲劳断裂,而用碳纤维复合材料即可解决这一问题;由于海水环境耐腐蚀,其在海水中使用寿命比钢材要长,且使用深度更深。碳纤维复合材料可以用作油田钻井平台中的生产井管、抽油杆、储藏槽、海底输油管、甲板等部件。制造工艺分为拉挤成型工艺和湿法缠绕工艺。拉挤成型法一般用在普通管材和连接管上。缠绕法一般用作储槽和压力容器的表面,也可用在各向异性的柔性管道之中,其中碳纤维复合材料以特定的角度缠绕排列在铠装层之中。碳纤维复合材料的连续抽油杆是一种类似胶片的带状结构,柔韧性很好。使用碳纤维抽油杆能明显提高出油量,减少电机的载荷,相比之下更节能。而且碳纤维复合材料抽油杆比钢制抽油杆更耐疲劳,抗腐蚀性能更好,更适合应用在海底油田的开发中。 海上风电资源丰富,是未来发展的重要领域,也是风电技术最先进、要求最高的领域。我国海岸线约1800km,岛屿6000多个,东南沿海及岛屿地区风力资源丰富且易于开发。近年来大力促进海上风电能源的开发已经得到了有关部门的支持。风力发电叶片90%以上重量由复合材料组成。海上风力大,发电功率大,势必要求更大的叶片和更优良的比强度和耐久度。显然,碳纤维复合材料能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求,和玻璃纤维复合材料相比更适合应用于海洋领域。碳纤维复合材料在海洋风力发电中具有显著的优势。碳纤维复合材料叶片质量低,刚度大,模量是玻璃纤维制品的3~8倍;海洋环境下湿度大,气候多变,且风机24h工作。叶片耐疲劳性较好,能较好的抵御恶劣的天气;改善了叶片的空气动力学性能,减少对塔和轮轴的负载,从而使风机的输出功率更平滑更均衡,提高能量效率;利用碳纤维的导电性能,通过特殊的结构设计,可有效地避免雷击对叶片造成的损伤;降低风力机叶片的制造和运输成本;具有振动阻尼特性等。 碳纤维复合材料用于海洋工程建筑,主要利用其轻质高强耐腐的特性,以筋索材及结构件的形式,替代传统钢筋建材,解决海水侵蚀钢筋、运输路途遥远运输成本高的问题。已应用于海上岛礁建筑、码头、浮动平台、灯塔塔架等。
北京化工大学 2021-02-01
高性能聚丙烯成核剂的开发和应用
开发了一系列高效聚丙烯成核剂以及相关的生产工艺,并应用所开发的高效成核剂开发了高性能聚丙烯专用料。具体成果如下: (1)开发了具有非对称结构的山梨醇类聚丙烯透明成核剂,应用此类成核剂可以开发高透明聚丙烯专用料,可以应用在食品包装、日用品以及医用注射器等领域。目前此类成核剂已经小批量生产。 (2)开发了制备有机磷酸盐类成核剂NA-40的一步法新工艺,将传统工艺中的三步反应集于一釜完成,工艺简单,产品的总收率达到86%,达到国际先进水平。制备了纳米有机磷酸盐类成核剂,对聚丙烯的力学性能和光学性能都有比较明显的改善,具有良好的应用前景和经济价值。纳米成核剂与市场未纳米化的同类产品相比,在达到相同改性效果时,成核剂的应用量可减少一半,具有较好的推广价值。应用这类成核剂可以开发高透明、高刚性、高耐热的聚丙烯材料。目前,此类成核剂已经批量生产(上海科塑高分子材料有限公司)。 (3)开发了一种新型高效羧酸金属盐类聚丙烯β晶型成核剂,结构属国内外首创,已经申请国家专利。这种成核剂具有较高的成核效率和选择性,能够诱导聚丙烯产生高含量的β晶型,聚丙烯的抗冲击强度提高3-4倍,热变形温度提高10-15℃,解决了聚丙烯一直存在的抗冲击强度和热变形温度不能同时提高的矛盾,应用这种成核剂能够开发高抗冲高耐热的聚丙烯材料。目前,此类成核剂目前处于中试阶段。
华东理工大学 2021-02-01
药用级黄腐酸的研制技术及应用
年青煤 (泥炭、褐煤、风化煤) 中存在的黄腐酸是天然生物技术和地球物理化学的产物, 采用现代生物技术提取泥炭蛋白、萜类、甾类等化合物,结合分子印迹技术研制药用级的黄 腐酸,于抗病毒、抗肿瘤、抗白血病、抗关节炎、提高免疫T、B细胞方面已通过动物应用试 验,由ID、ED等指标显示效果显著。 
华东理工大学 2021-04-11
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