钯膜具有超强氢分离能力且操作简单，已被广泛用于氢气与氢同位素的纯化。为克服传统轧制型钯膜所存在的贵金属消耗多、工艺复杂、能耗高、强度差等缺点，自主研发了负载型管式钯膜，膜厚度仅5μm左右，单位膜面积的高纯氢产量提高了一个数量级。负载型钯膜具有更高膜强度，安装和操作十分方便。除氢气纯化之外，钯膜还可以用于氢同位素的分离与纯化。基于高性能钯膜材料，我们开发了各种氢气纯化器，并将纯化器与电解氢气发生器相结合开发了高纯氢发生器，拥有自主知识产权。

本课题从能源互联网自下而上构建开放互联、对等分享的新型能源电力基础设施的需求出发，提出能源路由器是能源互联网实现的关键装备。借鉴互联网的理念、技术、方法和架 构，能源路由器效仿信息网络路由器，以实现能量交换能像信息分享一样便捷。借助电力电 子、储能以及信息通信技术的发展，本课题结合能源互联网用户需求侧能量交换与互联的需 求，研制低压小容量能源路由器。清华大学在国内较早开始开展能源互联网方面的研究工作，提出了能源互联网基本架构、 关键技术，并开展能源路由器以及相关信息通信技术等方面的研发工作，并于 2014 年获得 国家自然科学基金委首个能源互联网方面的立项——“能源互联网建模、分析与优化理论研 究”，目前参与承担国家电网公司科技项目“能源互联网技术架构研究”“能源互联网信息通 信体系架构研究”和“全球视角下能源互联网的系统构建理论及情景分析”等直接能源互联 网相关研究。能源路由器是能源互联网的核心重大装备，未来电网发展趋势会以大量电力电子装置呈现，电能路由器以电力电子技术为基础，电能路由器未来能替代电力变压器、电力电子装备 等，加上随着新能源和分布式新能源的发展，新能源的接入成为能源路由器的最大推手，市 场规模达到百亿以上。

本课题从能源互联网自下而上构建开放互联、对等分享的新型能源电力基础设施的需求出发，提出能源路由器是能源互联网实现的关键装备。借鉴互联网的理念、技术、方法和架 构，能源路由器效仿信息网络路由器，以实现能量交换能像信息分享一样便捷。借助电力电 子、储能以及信息通信技术的发展，本课题结合能源互联网用户需求侧能量交换与互联的需求，研制低压小容量能源路由器。 清华大学在国内较早开始开展能源互联网方面的研究工作，提出了能源互联网基本架构、 关键技术，并开展能源路由器以及相关信息通信技术等方面的研发工作，并于 2014 年获得 国家自然科学基金委首个能源互联网方面的立项——“能源互联网建模、分析与优化理论研究”，目前参与承担国家电网公司科技项目“能源互联网技术架构研究”“能源互联网信息通 信体系架构研究”和“全球视角下能源互联网的系统构建理论及情景分析”等直接能源互联 网相关研究。装置的主要创新点如下： l 能源路由器实现开放式即插即用的能量交换与路由； l 能源路由器支持多路可扩展的新能源和动态负荷接入； l 能源路由器解决瞬时平衡的能源互联网能量管理； l 能源路由器实现信息—能量融合的基础设施一体化； l 能源路由器在海淀北区能源互联网项目示范应用； 性能参数： l 研制自治微网能源路由器和小批量实现，传输电压等级为低压 380V，系统容量达 到百 kVA 级，响应时间小于 10ms，接入电源类型不少于 2 种，负荷类型不少于 3 类。 l 能源路由器可实现基本的能量路由功能，还可提供可扩展的工作模式：潮流调节模 式（增加有功、无功统一调节；功率因数达到 95%以上）和电能质量调节模式（增加电能质 量暂态、稳态指标的统一调节；暂态电压补偿能力超过 30%，电流谐波含量小于 5%）。

项目成果/简介:本课题从能源互联网自下而上构建开放互联、对等分享的新型能源电力基础设施的需求出发，提出能源路由器是能源互联网实现的关键装备。借鉴互联网的理念、技术、方法和架 构，能源路由器效仿信息网络路由器，以实现能量交换能像信息分享一样便捷。借助电力电 子、储能以及信息通信技术的发展，本课题结合能源互联网用户需求侧能量交换与互联的需求，研制低压小容量能源路由器。

这一项目以新一代大型电站锅炉、核反应堆及蒸汽发生器、流化床、石油天然气高效开采和储运等设备中的复杂多相流与传热传质问题为具体研究对象，同时对上述具体工业应用中带共性的基本现象进行重点研究，以便得出具有普遍意义的多相流热物理理论，取得深入系统的成果，既为上述工业发展提供扎实的理论基础，又为建立多相流热物理新年的学简直体系作出贡献。

项目背景：针对不同地区气象情况，开发研制全年自优 化控制策略系统，满足不同系统配置适应性。目前，低温型 多热源集成热泵系统核心部件存在效率低、环境适应性差等 问题，其系统对季节与环境温度、太阳能照射跟踪等方面能 效利用率低、智能化低等问题。因此，为了填补国家标准空 白，实现低温型多能源集成热泵供热系统能效提升 50%，结 合系统能效目标，同步优化集热蒸发器、水箱换热等模块及 开发。未来三年销售产值在 3.5 亿元，成为国内行业引领， 并带动周边相关产业发展。 所需技术需求简要描述：1.智慧低温型多热源集成热泵 核心部件优化，主要包括集热/蒸发器、冷凝器-水箱组件， 如何减小复合换热过程湿空气的结露、结霜等现象，提高换 热效率。2.基于全工况负荷特性的低温型多热源集成热泵系 统柔性设计。当系统偏离设计工况运行后，可以减缓系统性 能参数的降低，提高直热泵系统自身适应工况变化的能力， 可以使系统在面临所有工况时的性能整体达到较优水平。实 际运行中，涉及设计的环境参数都是四季更迭的，工况点存 在季节性，采集工况以一年为周期，涵盖四季工况。3.低温 型多热源集成泵供热系统优化运行与智慧控制技术研究基 于上述研究基础上开展低温型多热源集成泵供热系统的全 工况动态特性模拟。开展动态特征下的集成热泵循环系统多约束优化研究。开展基于逆向建模的热泵循环主动调控机制 研究。  对技术提供方的要求:具有直膨式太阳能热泵系统的研 究基础和试验条件，能够对系统进行仿真建模，通过仿真进 行系统性能改善，优化产品设计，针对不同地区气象情况， 系统能够自识别自适应，保证系统运行稳定，并实现性能提 升。合作单位可根据国家相关标准进行产品或系统的性能测 试及数据分析能力。 

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。 

自1987年美国柯达公司的邓青云C．W．Tang等人报导了有机电致发光以来，在全世界范围兴起了一场有机薄膜发光二极管研究热潮。有机薄膜发光二极管具有主动发光、响应快、全固体化、容易实现彩色化和驱动电压低等独特的优越性，是很有潜力的平板显示器，它将取代现在统治市场的液晶显示器。然而高亮度、长寿命和高效率的有机电致发光器件是人们一直梦寐以求的。 有机电致发光器件虽然发展非常迅速，发展规模也是空前的。但是为了得到高亮度、高效率和长寿命的有机电致发光器件，人们对有机电致发光中的一些问题并没有很好的解决，如由于目前空穴和电子传输层材料和制备工艺的限制，用普通有机电致发光器件的结构：ITO/空穴传输层/有机发光层/背电极，有如下一些问题：发光层与电极之间的互扩散，没有足够高的空穴和电子迁移率，以及注入的空穴与电子不够平衡等。这些问题限制了有机电致发光器的进一步改善，成为有机电致发光器件发展的重要瓶颈，无法制备性能优异的有机发光器件。 技术特点： 对有机薄膜电致发光器件的结构和电子传输层材料进行改进，从而有效提高有机薄膜电致发光器件的亮度、效率和寿命。 技术特点：是在透明电极上，依次制备空穴传输层、有机发光层、电子传输层、电子电势补偿层和背电极所组成薄膜结构有机电致发光器件，其特征在于：在有机发光层与电子电势补偿层之间加入电子传输层，电子传输层采用宽禁带无机材料。 该器件在有机发光层与电子电势补偿层之间加入无机电子传输层这种结构可以大大改善有机电致发光器件的发光层与电极之间的扩散，注入的空穴与电子的不够平衡等，使有机电致发光器件的发光亮度，效率和奉命得到提高。

中试阶段/n该项目是采用纳米级别的加工制造技术制作具备纳米级尺度并且带有一定功能的光电子器件。纳米光电子器件的工作效率更快，能耗更低，具备强大的信息储存量，且体积和重量明显的变小。随着光电器件在通信、照明、传感器等领域上的运用，纳米光电器件的制备技术已经受到越来越重要的关注。该项目实现了一种低成本、大面积、易操作、高效的纳米结构制备工艺方法，可实现在各种材料表面纳米结构（50-500nm 直径纳米孔、纳

根据工业现场的实际特点，搭建了机器视觉的检测系统。采用优化的图像预处理、图像 分割、边缘信息提取及相关参数整定检测方案，对分立器件管脚几何参数进行判断，检测结 果达到企业的应用标准。采用标签图像预处理、分割、特征提取技术与 BP 神经网络特征识 别技术相结合，成功的解决了标签检测问题。该系统经工业现场应用，被证明可以达到企业 对于分立器件管脚几何形状的检测要求，得到了企业的肯定。