研究背景 芯片是人类最伟大的发明之一，也是现代电子信息产业的基础和核心。小到手机、电脑、数码相机，大到6G、物联网、云计算均基于芯片技术的不断突破。半导体光刻工艺水平的发展是以芯片为核心的电子信息产业的基石，目前半导体光刻的制造工艺几乎是摩尔定律的物理极限。随着制造工艺的越来越小，芯片内晶体管单元已经接近分子尺度，半导体制作工艺的“瓶颈效应”越来越明显。随着全球化以及科技的高速发展，急剧增长的庞大数据量要求数据处理模型和算法结构不断优化升级，带来的结果就是对计算能力和系统功耗的要求不断提高。而目前智能电子设备大多存在传输瓶颈、功耗增加以及计算力瓶颈等现象，已越来越难以满足大数据时代对计算力与功耗的需求，因此提高运算速度同时降低运算功耗是目前信息工业界面临的紧要问题。 如当年集成电路开创信息时代一样，当下已经普及的光通信正在成为新革命力量的开路先锋。与此同时，光子芯片正在从分立式器件向集成光路演进，光子芯片向小型化、集成化的发展趋势已是必然。相对于电子驱动的集成电路，光子芯片有超高速率，超低功耗等特点，利用光信号进行数据获取、传输、计算、存储和显示的光子芯片，具有非常广阔的发展空间和巨大的潜能。 项目功能 本项目瞄准光通信关键技术及核心芯片，基于量子阱二极管发光探测共存现象，探索关键微纳制造技术，研制出可以同时实现通信、感知功能的一体化光电子芯片。 技术路线 一、技术原理及可行性 本项目主要负责人王永进教授发现如图1所示的量子阱二极管发光探测共存现象，首次研制出同质集成发射、传输、调制和接收器件的光电子芯片，这些原创工作引起了业界相关科研小组地广泛关注，化合物半导体同质集成光电子芯片成为研究热点。香港大学的蔡凯威小组和申请人合作提出湿法刻蚀和激光选择性剥离技术，在蓝宝石氮化物晶圆上实现LED基同质集成光电子芯片(Optica 5, 564-569 (2018))。沙特阿卜杜拉国王科技大学Ooi教授和美国加州大学圣巴巴拉分校Nakamura教授小组在蓝宝石氮化物晶圆上，研制出基于氮化物激光器的同质集成光电子芯片(Opt. Express 26, A219(2018))。中科院苏州纳米所孙钱小组在硅衬底氮化物晶圆上，研制出基于氮化物激光器的同质集成光电子芯片(IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 8200305 (2018))。在NRZ-OOK调制方式下，InGaN/GaN量子阱二极管可实现Gbps的光发射、调制和探测速率(Appl. Phys. Express 13, 014001 (2020))。这些工作表明研发基于光子传输的化合物半导体同质集成光电子芯片以实现片上光子通信是可行的。   二、总体结构设计及工艺流程 本项目提出的同时通信/感知一体化光电子芯片基于常规的蓝宝石衬底氮化镓基多量子阱LED外延片进行设计，无需特殊定制的外延结构。以典型的2寸氮化镓基蓝光LED外延片为例，其外延片结构如图2所示，从下至上依次为蓝宝石衬底、AlGaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和P型GaN层，通过调节InGaN/GaN多量子阱层的参数（层厚度与In的比例等等）可制备具有不同中心波长的光源器件。   图3为本项目所提出的同时通信/感知一体化光电子芯片结构。在蓝宝石衬底的氮化物晶圆上通过刻蚀和沉积等一系列晶圆级微纳加工技术，制备出单片集成的InGaN/GaN多量子阱LED和PD。光子芯片的P、N电极可以采用倒装技术直接与基板相连，光线从透明的蓝宝石衬底发出，这样不仅使得器件具有优良的电性能和热特性而且简化了其后期的封装工艺。 三、技术创新优势 1、同一块晶圆上集成LED和PD使得两者间距离大大缩短，不仅有助于增强PD对蓝宝石表面反射光线的耦合，提升感知系统性能，而且缩小了器件整体外形，符合集成电子器件小型化、便携化的发展趋势； 2、单片集成的LED和PD器件相比于传统异质的、分立的LED和PD简化了封装形式和工艺，不再需要对LED和PD进行单独的封装，而且同质集成器件的基板也较异质结构的简单统一，极大地缩短了集成系统的制作周期； 3、同时通信/感知一体化光电子芯片采用相同的工艺就可以制作出LED和PD，简化了生长异质材料的复杂性，缩短了器件流片的周期，使用同一工艺就可将LED和PD进行批量生产，有效地降低了生产成本。 四、实验验证 本项目团队所在的Peter Grünberg研究中心拥有完整的LED器件制备、光电性能测试与电学性能测试平台，并且项目成员积累了丰富的测试技术与经验，能够满足本项目的同时通信/感知一体化光电子芯片测试同时表征光电参数与电学参数的需求。下图4所示为器件形貌表征图，从左边依次是扫描电镜图、光镜图、原子力显微镜图。   基于通信感知一体化芯片，本项目利用单个多功能集成器件成功实现了对人体脉搏的监测功能，如图5所示。   另外基于通信感知一体化氮化镓光电子芯片，我们还实现了照明、成像和探测功能为一体的LED阵列系统，如图6所示。该系统可以在点亮照明的同时，实现对外界光信号的探测与感知，通过后端系统处理后，再将信息通过阵列显示出来，实现多种功能的集成。 项目负责人王永进教授是国家自然基金委优秀青年项目、国家973项目获得者，他以第一或通讯作者身份在Light-Sci Appl.等主流学术期刊发表一系列高质量研究论文，获授权中国发明专利23项，美国发明专利2项，被National Science Review、Semiconductor Today等做9次专题报道，荣获2019年中国电子学会科学技术奖（自然科学）、2019年南京市十大重大原创成果奖等。

本发明公开了一种基于光电子全息成像探测原子结构的方法，通过测量强激光作用于原子电离产生的光电子动量谱，分析其中的干涉结构，可以获取原子散射振幅的相位信息。包括：利用高强度的飞秒激光电离原子，测量电离得到的光电子的动量谱。分析测量到的动量谱，从全息干涉图中提取原子散射振幅的相位信息。由于目前还没有探测原子散射振幅相位信息的有效方法，本发明提出的方法将在全面认识原子结构方面有重要的应用价值。

准备了高效红、绿、蓝量子点和纳米材料，无机量子点材料在发光、显示、太阳能 电池、生物医学领域都有广泛的应用前景。如下图为蓝光量子点材料的图谱。 利用制备的 ZnO 纳米阵列首次得到了色纯度较高的有机复合/无机紫外 LED，实现了室温下 ZnO 纳米棒在 380nm 附近的电致发光。并利用所制备的 ZnO、TiO 量子点和纳米材料，实现在太阳能电池领域的应用，提高了有机太阳能电池的效率。

准备了高效红、绿、蓝量子点和纳米材料，无机量子点材料在发光、显示、太阳能电池、生物医学领域都有广泛的应用前景。如下图为蓝光量子点材料的图谱。  纳米材料的透射电子显微镜图谱，其中右下角的插图分别为各自在紫外灯照射下的数码照片 利用制备的ZnO纳米阵列首次得到了色纯度较高的有机复合/无机紫外LED，实现了室温下ZnO纳米棒在380nm附近的电致发光。并利用所制备的ZnO、TiO量子点和纳米材料，实现在太阳能电池领域的应用，提高了有机太阳能电池的效率。

热电材料是能够实现热能与电能直接相互转换的新能源材料，在热电制冷和废热发电等方面有着广泛的应用前景，对于提高现有能源利用率和缓解能源危机有重要作用。然而热电材料大规模商业应用面对着成本高效率低的瓶颈，因此，开发利用原料丰富、廉价、低毒的热电材料越来越受到研究者的关注。SnSe作为近年来热电材料中的研究热点，保持着目前热电材料中最高品质因子 (ZT)的世界记录。其优异的热电性能主要来源于其超高的功率因子和超低的晶格热导率。它的低导热性已经成功解释（何佳清等课题组有报道），然而高的功率因子等电性能都间接地进行解释，没有直接和强有力的实验证据。角分辨光电子能谱仪(ARPES)是研究其电属性最好的实验方法，它是一种可以直接测量单晶样品能带结构的高端仪器。 在本论文中，陆强声等利用我校测试中心的ARPES仪器对无掺杂和空穴掺杂的SnSe单晶在不同温度 (80 – 600 K)下的能带结构作了系统性的测量。根据测量和数据分析的结果，他们认为该体系价带顶的空穴有效质量比理论值要大，并且温度越低，有效质量越大。由这一结论出发，结合简单的单带输运模型，他们发现这种有效质量的异常增加可以定量解释该体系在测量温度下的电属性。因此，论文为解释硒化锡热电材料的电学行为提供了一种新的思路。

2、有机光电功能共轭聚合物的合成、纳米化及其复合材料在传感器、超滤 膜和纳滤膜等领域的应用研究3、在 Nano Letters, ACS Nano, J. Phys. Chem. C, Dalton Trans.等发表相关论文 30 余篇; 授权发明专利 2 项，申请发明专利 4 项，其中国际专利 1&nb

CFB 锅炉、垃圾焚烧炉等锅炉炉膛耐火材料磨损后的粘贴修补用胶黏剂。目前市场上尚没有同类产品，其粘结的标准耐火试块的抗拉强度稳定 > 10 MPa，抗折强度稳定 > 30 Mpa。而用磷酸二氢铝粘结的试块的抗拉强度 < 1 MPa，抗折强度 < 5 Mpa。本产品已进行过工业化实验，其修补的 CFB 锅炉稳定运行两年不出现修补料的剥落、起翘、脱落等异常情况。本胶黏剂直接进行成果转让，转让后交付配方并且进行施工工艺培训，保证粘贴材料两年内不起翘、开裂、剥落、磨损。

选用多种修饰剂对无机纳米抗静电材料ATO进行修饰、分散处理，系统地研究了无机纳米抗静电材料ATO悬浮液的稳定性、分散性和流变性，探索了多种纺丝工艺，表征了纳米ATO在纤维中的扩散、分布情况和纤维的结构与性能，解决了纳米ATO改性聚丙烯腈纤维的关键技术。并在腈纶纺丝过程中采用ATO悬浮液为添加剂，使得ATO纳米微粒能够通过扩散、迁移进入纤维表面，从而赋予PAN纤维良好的抗静电性能。 该课题开发的在纺丝过程中添加抗静电剂的工艺路线，避免了腈纶传统纺丝中的聚合物中加入添加剂所造成的纳米微粒凝聚、堵塞喷丝头的缺陷，具有设备投资少、效率高、操作简单、产品质量稳定的优点。该研究成果已在1000吨/年腈纶中试装置上得到应用，生产出质量优异的抗静电纤维。该抗静电腈纶在保持腈纶原有的力学性的基础上，纤维的体积比电阻率下降到108μcm水平，上染率达到90%。该课题所开发的纺丝添加改性剂的生产抗静电腈纶工艺技术，已申请二项发明专利。

本成果中涉及到的技术包括开发了一种水泥基材料的促硬剂，以及基于该促硬剂的无机保温砂浆制备方法和施工方法。本成果拟转化的无机保温砂浆具有防火性能优异、保温效果良好、施工效率高等优势，可广泛应用于新建建筑物及既有建筑物改造的外墙保温施工。 现有无机保温砂浆最普遍的施工方式为人工抹灰，分多层间断性施工，待第一遍抹灰完全硬化后才可以进行下一遍抹灰，两遍抹灰之间时间间隔一般在24h以上，施工间