我国是世界最大的铝生产国和消费国，铝产量占世界总产量的40%多，而且仍处于高速增 长中。但我国铝土矿储量仅占世界2.3%，按现有铝工业发展速度静态计算，我国铝土矿资源 将只能用10年。煤炭是我国最主要的能源资源，不仅是重要的燃料，还是重要的化工原料。煤 炭开采的副产物煤矸石，其排放量约占煤炭开采量的10%-25%，目前我国煤矸石堆积量约40亿 吨；煤燃烧利用的必然产物粉煤灰，占原煤质量的15%-40%。目前我国粉煤灰堆贮量已超过30 亿吨，而且每年以超过3亿吨的量继续产生。煤气化、液化等产生的煤化工灰渣在我国年排放 约4000万吨，未来40年我国将产生煤化工灰渣100-250亿吨。由于地质构造原因，我国的煤系固 废中氧化铝含量较高，具有回收利用铝资源的巨大潜力。 本项目采用界面活化方法诱导产生铝硅酸盐结构缺陷，在少量助剂协同作用下激发配位体 大量重组而最终提高煤系固废的反应活性，并以工业大量副产稀盐酸或硫酸为浸取剂，获取多 种高附加值化工产品；对于提铝残渣，课题组有成熟技术生产保温建筑材料,导热系数小于0.1 W/m.K，防火等级达到A级，成本低于泡沫混凝土；另外还可用于生产其它高性能建材产品。 伴随我国劳动力成本持续上升与环境保护日趋严峻，加大环境保护力度、缓解资源供给 瓶颈、推动循环经济形成较大规模、促进资源循环利用产业转型升级是废物资源化科技创新的 准则。本项目的开发成功可有效地解决煤化工灰渣的规模化处置和资源化难题，提供新型铝资 源，并将形成能源、资源、化工、冶金、环保新型循环产业链，带动我国新型煤化工技术进步 和相关产业升级。

新能源汽车的迅猛发展，为动力电池产业提供了万亿级的市场容量，到 2020 年底，城市公交、出租车及城市配送等领域新能源车保有量达 60 万辆。目前使 用的石墨类伏击材料容量低，无法满足高能量密度的需求。该项目通过为动力电 池厂商提供高性能硅碳负极及其他负极材料，以提高纯电动汽车的续航里程 2 倍以上。硅负极材料具有极高的理论容量(~4200 mAh/g)，其容量是现有商业化 的石墨负极的 10 多倍。但其充放电过程中产生的大体积膨胀(~400%)会严重影响 其循环寿命。我们团队经过数年研究，提出“清矽硅碳”使普通微米硅粉进行包 覆“均匀+可控”功能层的工艺过程实现“性能+成本”的最优产业升级。美国能 源部高度评价了该项研究成果（2015 年仅有 2 项研究成果受此殊荣）。

太阳能作为一种洁净和相对易于获取的能源在未来的动力产品中将占有越来越大的比份。如何发展高光电能量转换效率、高可靠性和低成本的太阳能电池是目前太阳能利用领域所面临的关键问题。相对于第一代和第二代太阳能电池(转换效率<<50％)，各国科学家纷纷研究不同的应用于第三代太阳能电池的新材料和新结构，目标是使光电转换效率大于5 0％。近年来，一种具有微、纳米量级特殊结构的光伏材料成为太阳能电池的研究热点。利用飞秒脉冲激光在极短的持续时间内激发出极大的峰值能量，其在硅片的相互作用过程中具有很强的非线性效应，聚焦烧蚀硅表面很小的一块面积，形成规则排列的微纳米结构。这种微纳米结构由于表面积增大，对入射光波有很大的吸收，且对光的敏感性提高了数百倍，这些性质对我们提高光电转换效率具有很大的指导意义。这种材料与本底未处理材料的性质相比，材料带隙减小，对光的敏感性提高了数百倍，这使得其对波长为250—2500 nm的入射光波有大于90％的吸收；另外，黑硅比传统材质的硅的比重低。这些奇特的光电和物理性质能进一步提高太阳能电池的光电转换效率。根据光吸收效率，激子光量子效率，化学电势效率以及填充因子计算总的光电转换效率，普通硅基太阳能电池光电转换效率只有1 5％，而基于微纳结构光伏材料的太阳能电池转换效率可望达到50%-60%。 针对国民经济可持续发展在太阳能光伏技术方面的重大需求，发展利用超短脉冲激光制备具有优异光电转化效率的微纳结构光伏材料的新方法，以及通过探测光伏材料中非平衡载流子的能带结构及微分负电导等特性，探知光伏材料的光电转换效率，从而筛选出转换效率较高的微纳结构光伏材料，最终在发展新型、高效太阳能电池的新原理和新技术方面取得创新性突破，为我国研发具有自主知识产权的高效第三代光伏电池打下坚实基础。

利用大规模集成硅基纳米光量子芯片技术，实现对高维度光量子纠缠体系的高精度和普适化量子调控和量子测量。 （图一）基于硅纳米光波导的大规模集成光量子芯片(可实现对高维量子纠缠体系的高精度、可编程、且任意通用量子操控和量子测量)       集成光学量子芯片技术，基于量子力学基本物理原理，使用半导体微纳加工工艺实现单片集成光波导量子器件（包括单光子源、量子操控和测量光路，以及单光子探测器等），可以实现对量子信息的载体单光子进行处理、计算、传输和存储等。集成光学量子芯片具有集成度高、稳定性高、性能好、体积小、制造成本低等诸多优点。因此，该技术被普遍认为是一种实现光量子信息应用的有效技术手段。      利用硅基纳米光波导技术实现的光量子芯片具有诸多独特优点，例如与传统微电子加工工艺兼容、可集成度高、非线性效用强、以及工作波长与光纤量子通信兼容等。然而，迄今为止光量子芯片的复杂度仅限于小规模的演示，如集成少数马赫-曾德干涉仪对光子态进行简单操控。因此，我们迫切需要扩大集成量子光路的复杂性和功能性，增强其量子信息处理技术的能力，从而推进量子信息技术的应用。       相干且精确地控制复杂量子器件和多维纠缠系统是量子信息科学和技术领域的一项难点。相对于目前普遍采用的二维体系量子技术，高维体系量子技术具有信息容量大、计算效率高、以及抗噪声性强等诸多优点。最近，多维度量子纠缠系统已分别在光子、超导、离子和量子点等物理体系中实现。利用光子的不同自由度，如轨道角动量模式、时域和频域模式等，可以有效编码和处理多维光量子态。然而，实现高保真度、可编程、及任意通用的高维度量子态操控和量子测量，依然面临很多困难和挑战。       针对上述问题，英国布里斯托尔大学、北京大学、丹麦技术大学、德国马普研究所、西班牙光学研究所和波兰科学院的科研人员密切合作，并取得了突破性进展。研究团队提出并实现了一种新型的多路径加载高维量子态方式，即每个光子以量子叠加态的形式同时存在于多条光波导路径，从而实现了一个高达15×15的高维量子纠缠系统。通过可控地激发16个参量四波混频单光子源阵列，可以制备具有任意复系数的高维度量子纠缠态。通过单片集成通用型线性光路，可对高维量子纠缠态进行任意操控和任意测量。因此，该多路径高维量子方案具有任意通用性。与此同时，团队充分利用集成光路的高稳定性和高可控性，实现了高保真度的高维量子纠缠态，如4、8和12维度纠缠态的量子态层析结果分别为96、87% 和 81%保真度，远超其他方式制备的高维量子纠缠态性能。       更重要的是，团队通过硅基纳米光子集成技术，实现了目前集成度最复杂的光量子芯片（图一所示），单片集成550多个光量子元器件，包括16个全同的参量四波混频单光子源阵列、93个光学移相器、122个光束分束器、256个波导交叉结构以及64个光栅耦合器，从而达到对高维量子纠缠体系的高精度、可编程、且任意通用量子操控和量子测量。       研究进一步利用该高维光量子芯片技术，验证高维度量子纠缠系统的强量子纠缠关联特性，包括普适化贝尔不等式和EPR导引不等式等，证明量子物理和经典物理定律的重要区别。例如，对4维度量子纠缠态，实验观察得到了2.867±0.014的贝尔参数，不仅成功违背经典物理定律61.9个标准差，而且超过普通二维纠缠体系的最大可到达值的2.8个标准差。研究还首次实现高维量子系统的贝尔自检测和量子随机放大等新功能，例如，对3维度最大纠缠态和部分纠缠态的自检测保真度约为76%，对14维以下纠缠态均实现了量子随机放大功能。

为了提高白炭黑的利用价值，将其转化为高效吸附剂和催化剂载体，本课题组研发了一种具有自主知识产权（获授权国家发明专利）、高比表面积的二氧化硅介孔材料，有望应用于气体吸附和催化剂载体。

航空航天器、飞机、导弹、火箭、超低温冷冻机、极寒冷地区工程机械和 高速列车等设备，在极低温度条件下运行时，对密封材料要求很高，一旦出现 密封效果不佳或不可靠情况，会出现严重后果，极端情况会造成机毁人亡等重 特大事故，形成严重的财产和人员损失。密封材料大多采用有机高分子材料， 在低温条件下，密封材料中分子热运动减少，分子链段会变得僵硬甚至冻住， 使之失去弹性，导致密封效果差甚至失去密封作用。因此密封材料应用于上述 设备和地域时，必须采用特殊制备的耐低温硅橡胶才能保证安全及设备的稳定 运行。这就要求密封材料必须具备优良的耐低温性能，使其具有耐低温稳定性， 才能达到相应的密封要求。 本研究开发的耐超低温有机硅密封胶，采用特殊原料和工艺，克服了传统 密封材料的弱点，使有机硅密封胶在-100℃以上时具有良好的密封性能。 

1、成果简介：   本研究组一直以来从事纳米材料的生化分析研究，完成了多种量子点和微球的合成、修饰和相关的生化分析检测，在多色量子点的标记和光谱识别研究中做了大量的工作。我们掌握了多种量子点和石墨烯量子点、纳米金等纳米材料的制备方法和表面修饰技术，成功地检测了生物样本中的多种重要成分。  我们创新性地设计了可用于检测的多色荧光编码的纳米硅球，具有包含多个量子点的独特结构和可调谐的荧光比率信号，功能修饰后的探针不仅提高了肿瘤标志物检测的灵敏度，

本发明公开了一种高功率大带宽锗硅光电探测器。该探测器是 模拟光子通信系统和微波光子系统中的硅基关键集成光电子器件，其 特征在于包括多个并联锗层结构和电感。多个并联的锗层结构的多个 锗层尺寸是可以不同的，以实现对寄生电阻的调控，在提高器件饱和 功率的同时保持了寄生参数不至显著增加。同时，通过引入片上和片 外电感，实现对器件寄生电感的调控，抬升器件高频处频率响应，提 升器件工作带宽。本发明提出的光电探测器采用集总电极结构

本发明公开了一种加工硅通孔互连结构的工艺方法，步骤为：①在基板上刻蚀盲孔；②在基板上沉积一层图案化介电质层；③刻蚀图案化介电质层，刻蚀掉盲孔底部的介电材料，保留盲孔侧壁的介电材料，在基板上形成介电质孔；④在介电质孔上沉积一层导电材料，形成导电孔；⑤在导电层上再沉积一层图案化介电质层，填充导电孔；⑥刻蚀板背面，暴露出导电层，在导电层上形成焊料微凸点。图案化介电质层的材料优选聚对二甲苯。本发明简化了工艺步骤，减少工艺时间并降低了费用；使用二层图案化介电质层，降低了寄生电容，提升了互连电性能，适用于高速和

本发明公开了一种锗硅纳米低维结构可控制备方法及产品，该 方法具体为：(a)清洗硅衬底；(b)在硅衬底上外延生长锗硅合金形成外 延衬底；(c)涂敷电子抗蚀剂，通过电子束光刻技术在电子抗蚀剂上曝 光所需的锗硅纳米低维结构图形；(d)采用干法刻蚀将锗硅纳米低维结 构图形转移到外延衬底上得到样品；(e)去除样品上的电子抗蚀剂；(f) 高温环境下进行氧化和退火，使得氧气优先与硅反应形成氧化硅而锗 被析出；(g)在氮氢混合气氛下