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。

在大尺寸宽禁带/半导体单晶衬底外延设备、材料生长等方面做出了突出的工作。2001年始，研制出国内第一台用于氮化镓（GaN）衬底的卤化物气相外延（HVPE）系统，研究发展了获得高质量GaN衬底所需的所有关键技术并拥有自主知识产权，在氮化镓单晶衬底设备和材料技术领域已获授权国家发明专利30余项、申请国家发明专利30余项。在国内最早研制出2英寸毫米级GaN单晶衬底，建成6英寸HVPE系统并实现7片2吋及4-6吋GaN均匀生长；研究出创新性的GaN衬底批量制备技术，即将进行高质量、低成本GaN衬底的产业化应用，为第三代半导体应用奠定了材料基础。

团队与合作者首次报道了米级单晶Cu(111)衬底的制备方法，并在此基础上实现了米级单晶石墨烯的外延生长（Science. Bulletin 2017, 62, 1074）。与石墨烯不同，六方氮化硼等其它绝大多数二维材料不具有中心反演对称性，其外延生长普遍存在孪晶晶界问题：旋转180°时晶格方向发生改变，外延生长时不可避免地出现反向晶畴，而在拼接时形成缺陷晶界。 开发合适对称性的外延单晶衬底是解决这一科学难题的关键。研究团队探索出利用对称性破缺的衬底外延非中心反演对称二维单晶薄膜的新方

市场背景1：根据中国机械工业联合会统计，基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器产业在未来一段时期内将保持稳定增长。预计 2010 年至 2020 年期间，我国换热器产业将保持年均 10-15%左右的增长速度，2015 年，我国换热器产业规模已突破 880 亿元，到 2020 年我国换热器产业规模有望达到1500亿元。 市场背景2：2016年国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，“突破石墨烯产业化应用技术”被写入规划。2017年1月《新材料产业发展指南》正式公布，石墨烯成为新材料产业发展的先导性产业。据前瞻研究院数据显示，2017年我国防腐涂料（常规防腐涂料和重防腐涂料）全年产量达到561万吨，占涂料总产量的27%左右。2013年以来，涂料产量年均增长率在5.5%左右，而我国防腐涂料达到12%左右，是增长最快的涂料品种之一；2018年防腐涂料总产量或达到600万吨以上，2020年总产量可突破700万吨。

项目成果/简介:市场背景1：根据中国机械工业联合会统计，基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器产业在未来一段时期内将保持稳定增长。预计 2010 年至 2020 年期间，我国换热器产业将保持年均 10-15%左右的增长速度，2015 年，我国换热器产业规模已突破 880 亿元，到 2020 年我国换热器产业规模有望达到1500亿元。 市场背景2：2016年国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，“突破石墨烯产业化应用技术”被写入规划。2017年1月《新材料产业发展指南》正式公布，石墨烯成为新材料产业发展的先导性产业。据前瞻研究院数据显示，2017年我国防腐涂料（常规防腐涂料和重防腐涂料）全年产量达到561万吨，占涂料总产量的27%左右。2013年以来，涂料产量年均增长率在5.5%左右，而我国防腐涂料达到12%左右，是增长最快的涂料品种之一；2018年防腐涂料总产量或达到600万吨以上，2020年总产量可突破700万吨。应用范围:目前国内外水蒸气空气预热器基本都是翅片管式，节能效果有待提高； 目前国内外成熟的蒸发式冷凝器基本都是管状或椭圆状，紧凑度不高，单位面积热负荷有待提高，特别针对化工产品如甲醇汽冷凝，要求系统压降低和尾气回收等指标，难以达到； 目前国内外烟气空气预热器基本采用管式，或回转式，管式占地面积达，换热系数不高，回转式漏风严重并且维修成本较高； 目前国内外解决金属表面腐蚀问题，基本采用搪瓷涂层，但搪瓷涂层导热系数低，不到1 W/（m·k）左右，而且搪瓷由于应力及金属与搪瓷线膨胀系数不一致，易导致崩瓷现象。项目阶段:批量生产效益分析:1）新型板式水蒸气空气预热器。与翅片管相比，节约水蒸汽15-30%，该项目目前属产业化阶段； 2）新型中间排液板式蒸发式冷凝器。与普通蒸发式冷凝器相比，节电节水30%，系统压降降低约0.1MPa，该项目目前属产业化阶段； 3）新型板式空气预热器。燃煤、燃气及燃油锅炉空预器，节能减排效果明显，该项目目前属产业化阶段； 4）耐腐蚀耐磨超导热疏水性石墨烯复合涂层。解决各领域换热设备表面的腐蚀问题，导热问题及结垢问题，节能减排效果明显。该项目目前属产业化阶段。

一、 项目简介     将铝合金作为阳极置于电解液中，施加电压对其进行微弧氧化，通电后合金表面通过微等离子体放电，在非法拉第区进行复杂的热化学、等离子化学和电化学过程，原位生成一层很薄的均匀绝缘氧化陶瓷层。该技术工艺简单、处理效率高、成本低、无污染，获得的陶瓷膜层具有很高的耐腐蚀、耐磨损、耐高温的特点。对微弧氧化的工艺参数进行调整，可以获得性能优良的耐海水腐蚀陶瓷膜，其耐海水腐蚀性能是纯铝的4倍。微弧氧化陶瓷膜耐海水腐蚀性能大大提高，对其在海水中的腐蚀机理进行分析，主要影响因素为陶瓷膜的厚度和陶瓷膜在生产过程中生的裂纹和孔洞，因此需要对其进行电沉积封孔，弥补这些缺陷。电沉积封孔后，陶瓷膜孔隙率大大降低，膜厚增加，复合涂层的耐腐蚀性能进一步提高，是微弧氧化陶瓷膜的2倍，是纯铝的8倍。     当前我国正在积极的发展海洋产业，耐海水腐蚀结构材料将会获得越来越多的应用，因此耐海水腐蚀复合涂层可以大大的提高材料的寿命，从节能和环保两个方面，可以获得很好的经济效益和社会效益。二、 项目技术成熟程度     微弧氧化复合涂层技术在实验室条件下，生产的可重复性和稳定性非常好，在实验室条件下，可以获得100cm2的复合涂层，其耐腐蚀性能稳定，是纯铝材料的8倍。三、 技术指标     微弧氧化陶瓷膜厚度20-40μm，电沉积膜层厚度15μm，耐海水腐蚀性能是海水的8倍；四、 市场前景     船舶、海上石油平台、海水养殖、海水制盐等产业中需要大量的结构材料，通过微弧氧化和电沉积复合技术，在金属表面生成一种复合涂层，其耐腐蚀性能是铝金属的8倍，从节能和环保两个方面，都具有很重要的意义。五、 规模与投资需求     投资规模1000 万元，其中厂房3000平米，电力2500千瓦。     主要设备有大功率微弧氧化电源，清洗池、氧化池、恒温冷却设备、天车，机加工等设备。六、 生产设备微弧氧化生产线。七、 效益分析按每年生产30万平米计算，产值3000万元，可获利约1000万。八、 合作方式面谈。九、 项目具体联系人及联系方式项目负责人：曹晓明，电话：13902060727，联系人：李世杰，电话：60208474  邮箱：caoxiaoming@hebut.edu.cn 。十、 附件：成果图片图1 封孔前后试样浸泡海水45天后的腐蚀对比图a. 微弧氧化试样浸泡海水前；    b. 微弧氧化试样海水腐蚀后；c. 微弧氧化+封闭处理试样浸泡海水前；　d. 微弧氧化+封闭处理试样海水腐蚀后图2 不同试样在质量分数为5%NaCl溶液中的动电位极化曲线

利用超疏水性能，可以实现表面自清洁等功能。若在金属材料表面上制备超 疏水结构，开可以提高材料的耐腐蚀性能。为此，本项目分别在铝合金、镁合金 上制备了微纳结构、并制备了 ZnO、Ti02及石墨烯阵列的超疏水结构，可望应用 于金属防腐、焊料的润湿、太阳能电池表面的自清洁等方面。实施条件:需要有对零件进行清洗、腐蚀和涂覆的场地和相应设备。 预算:投入5-50万，随处理的零件的大小和数量而变。

金刚石薄膜涂层硬质合金工具由于性能优异、成本相对较低(与PCD和金刚石厚膜钎焊工具相比、可以适应于复杂形状工具衬底沉积、以及可能大批量沉积等优点, 具有非常好的市场前景。 金刚石薄膜涂层硬质合金工具开发的关键是解决金刚石薄膜在硬质合金衬底上的生长(沉积)和良好附着的技术。本项目成果采用独特的衬底预处理和优化的金刚石膜沉积工艺已经解决了Co对金刚石膜生长和附着的有害影响问题。在YG类硬质合金工具衬底所沉积的金刚石膜涂层厚度最大可达20～30m。用洛氏硬度压痕法评定的金刚石膜附着力时的无裂纹临界载荷达1500N以上。在铣削Al-12wt%Si合金时, 金刚石薄膜涂层的YG6铣刀比未涂层硬质合金刀片使用寿命可提高20倍以上。 本成果基于我们已经取得的两项关于金刚石膜低温沉积技术和硬质合金衬底激光预处理技术的发明专利(ZL 91 1 02584.7, ZL 93 1 19434.2 ), 以及最近完成的另外二项关于使用特殊钴化物过渡层提高金刚石薄膜附着力的技术(已申请发明专利, 申请号: 99107912.4, 01130903.2)。此外, 本项目组正在进行工业化生产设备和技术的研究开发, 原型设备研制已接近完成, 其特点是摒弃通常CVD设备的平面沉积方式, 采用立体(空间)沉积方式, 因此可以一次沉积大量工件。最终工业化设备的目标是一次涂覆可转位刀片(或钻头)300只以上。 本项目成果可用于开发各种金刚石薄膜涂层硬质合金工具和模具, 以及其它需要解决极度耐磨或降低摩擦的应用。

研发阶段/n一种花键轴表面功能梯度复合涂层，花键轴表面外依次涂覆有粘合剂、尼龙１１和／或尼龙１０１０薄膜，其特征在于：尼龙１１和／或尼龙１０１０薄膜外还涂覆有尼龙１１和／或尼龙１０１０与改性硫化钼或纳米氧化铝的均匀混合的梯度薄膜，梯度方向为从里向外改性硫化钼或纳米氧化铝在混合物中的含量从少到多，梯度薄膜的厚度为２５０－３５０微米。本发明与现有的花键轴涂层相比具有耐磨性能好、表面硬度高、自润滑能力强等优点。能广泛用于大、中、小型汽花键轴的表面涂覆。

该项目针对国产医疗器械医用导管在使用时涂层不稳定的问题进行研发。解决涂层的稳定性。