采用光互连技术可以有效的解决集成电路进一步发展的尺寸限制同时可以极大的提高芯片间信息传输的速度和频率。Si基光子集成是实现集成电路光互联的核心技术和重要研究方向。然而，Si因为其间接带系的特性很难作为发光材料使得Si基光源的缺失成为制约Si基光子芯片的瓶颈，而传统Ⅲ-Ⅴ族材料如GaAs，InP等由于优良的光电转换效率已经在光电子器件领域得到广泛的应用。因此，Si基与Ⅲ-Ⅴ的集成是实现Si基光子芯片的一种理想途径。

本发明公开了一种基于硅基液晶的波长分辨监测方法。基于硅 基液晶在同样的偏置电压下，对不同波长入射光有不同的相位调制的 特性，对在硅基液晶波长工作范围内的光信号实现分析与监测，并能 在入射光波长未知的条件下，对该波长进行测量，并能随着相位调制 精度的提高，提高波长的分辨精度。本发明元件少，系统结构简单紧 凑，对光路的准直要求不高，无需苛刻光路的耦合与复杂操作就能进 行波长的分辨，并且有着与入射光偏振态无关的特性，在分辨

一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 学号 惠翔 石油与天然气工程学院 2020\2024 202031010333 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 蒲晓林 石油与天然气工程学院 博导、教授 油气井工程 刘鹭 石油与天然气工程学院 助理研究员 油气井工程 四、项目简介 深水钻井液技术作为深水油气开发的关键技术之一，需解决深水复杂地层井壁失稳、低温流变性调控、天然气水合物的生成等技术问题。本项目基于聚合物流行调节剂的研制，制备一套深水用恒流变油基钻井液体系，以维持4~80℃条件下钻井液流变性变化幅度小于30%。深入分析油水比、乳化剂、有机土、润湿剂、加重剂等加量油基钻井液流变性的影响规律，利用数学方法研究建立不同因素对流变性影响权重方程，为深水钻井液的设计及应用提供理论基础。

一种基于硅基液晶的波长选择开关，属于光交换器件，解决现 有基于硅基液晶的波长选择开关输出端口数量受到限制的问题。本发 明由设置在光路上的输入单模光纤、偏振转换组件、反射镜、傅里叶 透镜、衍射光栅、硅基液晶相位空间光调制器、自聚焦准直透镜阵列 和输出二维单模光纤阵列构成。本发明对需要交换的光束利用硅基液 晶相位空间光调制器实现二维偏转，使波长选择开关输出光纤阵列的 光束由一维向二维转化，能够大幅度增加波长选择开关输出端

聚氨酯（Polyurethane, PU）是一种新兴的有机高分子材料，被誉为 “第五大塑料”，与橡胶材料相比，聚氨酯特殊的微相分离结构赋予PU良好的耐磨性、耐擦伤性、粘结性、柔韧性、优良的保光性与低温性等卓越的性能而被广泛应用于化工、轻工、电子、医疗、建筑、航空航天等众多领域，是目前发展最快的特种有机树脂之一。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 聚氨酯（Polyurethane, PU）是一种新兴的有机高分子材料，被誉为 “第五大塑料”，与橡胶材料相比，聚氨酯特殊的微相分离结构赋予PU良好的耐磨性、耐擦伤性、粘结性、柔韧性、优良的保光性与低温性等卓越的性能而被广泛应用于化工、轻工、电子、医疗、建筑、航空航天等众多领域，是目前发展最快的特种有机树脂之一。自从1998年以来，国内聚氨酯产业发展迅速， 据统计，2020年，我国聚氨酯行业产量在1470万吨左右，总产能约占全球总产能的36.4%，成为全球最大的聚氨酯生产国和消费国。随着石油的日益枯竭和环境污染等问题的出现，寻求廉价、高效、可再生和环境友好的资源替代石化资源合成PU已迫在眉睫，这也是行业近年来需要重点解决的问题。

一种基于硅基液晶的波长选择开关，属于光交换器件，解决现 有基于硅基液晶的波长选择开关输出端口数量受到限制的问题。本发 明由设置在光路上的输入单模光纤、偏振转换组件、反射镜、傅里叶 透镜、衍射光栅、硅基液晶相位空间光调制器、自聚焦准直透镜阵列 和输出二维单模光纤阵列构成。本发明对需要交换的光束利用硅基液 晶相位空间光调制器实现二维偏转，使波长选择开关输出光纤阵列的 光束由一维向二维转化，能够大幅度增加波长选择开关输出端

（一）项目背景 当前以硅、砷化镓为代表的第一和二代半导体接近其物理极限，以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体是当前国际竞争热点，也是我国发展自主核心半导体产业、实现换道超车的难得机遇。氮化镓（GaN）特别适合制作高频、高效、高温、高压的大功率微波器件，是下一代通信、雷达、制导等电子装备向更大功率、更高频率、更小体积和抗恶劣环境（高温抗辐照）方向发展的关键技术。 目前氮化镓基射频器件已接近于商用，需解决从走出实验室到小量中试的最后“1 公里”，重点攻克其在可靠性工艺和量产稳定性的瓶颈。 以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体是当前国际竞争热点，也是我国发展自主核心半导体产业、实现换道超车的难得机遇。 半导体作为信息时代的“粮食”，将成为 5G 基建、特高压、城际高铁和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网等“新基建”七大领域发展的支柱性产业。而氮化镓为代表的宽禁带半导体先进电子器件，凭借其高效、高压、高温等优势，将在“新基建”中大放异彩，可以弥补传统半导体器件的技术瓶颈，满足更高性能器件要求。 （二）项目简介 5G 要求更高的数据传输速率，发射机的效率会出现指数级的下降。这种下降可以使用包络跟踪技术来修复，该技术已经在较新的 4G/LTE 基站以及蜂窝电话中采用。基站中的包络跟踪需要高速，高功率和高电压，这些只有使用 GaN 技术才能实现。诸如 GaN 助力运营商和基站 OEM 等实现了 5Gsub-6-GHz 和 mmWave 大规模 MIMO 的目标。 GaN 可以说为 5Gsub-6-GHz 大规模 MIMO 基站应用提供了众多优势：1、在 3.5GHz 及以上频率下表现良好，对比其他产品优势明显。2、GaN 的特性能转化为高输出功率，宽带宽和高效率。采用 DohertyPA 配置的 GaN 在 100W 输出功率下的平均效率达到 50%至 60%，明显降低了发射功耗。3、在高频和宽带宽下的效率意味着大规模 MIMO 系统可以更紧凑。4、可在较高的工作温度下可靠运行，这意味着它可以使用更小的散热器。 根据 Strategy Analytics 的数据，预计 5G 移动连接将从 2019 年的 500 万增长到 2023 年的近 6 亿。所以需求还将不断上涨。 根据Strategy Analytics的数据，预计5G移动连接将从2019年的500万增长到2023年的近6亿。所以需求还将不断上涨。 Efficient Power Conversion 的首席执行官兼联合创始人Alex Lidow 讨论5G时也说道：“基站中的包络跟踪需要高速，高功率和高电压，这些只有使用GaN技术才能实现。根据Yole Development公司发布的2018年度报告数据显示，随着全球整体数据流量的激增，我国5G产业将迎来大规模的需求增长。预计到2022年，我国5G基站规模将达到千亿市场，5G基站数量将达百万个。所以未来氮化镓基射频器件是5G通信基站收发端的核心。 氮化镓基射频器件是华为和中兴发展 5G 通信产业的核心器件，西安电子科技大学氮化镓射频器件研究团队自 2016 年起就与华为西安研究所、中兴西安研究所等国内主流5G通信公司协同攻关开展氮化镓基射频器件的研究，目前承担的流片服务项目合计约 500 万元。 2017 年，西安电子科技大学与西安市高新区、西电电气集团等联合成立“陕西半导体先导技术中心”，中心致力于推动陕西第三代半导体产业发展，促进以氮化镓为代表的射频器件、功率器件等加速产业化，2019 年团队向陕西半导体先导技术中心转让专利 35 项，作价 2000 万元，双方正在联合推进搭建第三代半导体中试平台，平台将会立足西安，服务全国，提升氮化镓基射频器件量产工艺可靠性，实现相关技术成果转化。 （三）关键技术 本项目由西安电子科技大学作为技术攻关的主要单位，制定技术路线，保障国家重大科技专项“高效 GaN 微波功率器件及可靠性研究”和“5G 移动通信 GaN 芯片可靠性机理研究”研究，与华为和中兴联合开展工程合作项目实施，加快解决器件工艺可靠性工程问题，重点开展氮化镓微波功率与太赫兹器件工程技术研究，突破高性能低缺陷外延材料生长、高效率高可靠氮化镓微波功率器件工艺技术等关键瓶颈问题，协助规模量产高效率 S-Ku 波段典型氮化镓功率器件和模块、5G 基站核心射频模块。

凹凸棒石粘土是一种具有规整孔道（0.36nm×0.64nm）和纳米棒晶结构（棒晶长约 1-5 μm，直径约 20-70nm）的天然一维纳米材料， 具有独特的吸附性能与胶体性能，与传统涂料中使用的增稠剂有机膨 润土相比，可大幅提高漆膜的光泽防止漆膜流挂现象和涂布过程中的飞溅现象，防止颜填料沉降，改善涂料水分，使涂料外观均匀，并对微生物、盐、轻度酸碱呈惰性，可有效改善涂料的稳定性。

轻量化和绿色制造是实现航空航天和交通运输等领域节能减排的重要手段，铝合金是其轻量化首选，但传统铝合金服役性能不能满足高端制造业发展的要求，制造过程也存在高污染、高能耗、质量不稳定等问题。以新思路、新原理、新材料、新工艺克服关键共性难题，突破铝合金力学性能瓶颈、取代落后工艺是必然选择。 本项目以多相熔体原子团簇演变调控为突破口，发明系列纳米晶种材料，提出纳米晶种技术，已成为大幅提升铝合金的综合性能和加工工艺性能的创新手段。 传统铸造铝硅合金生产中通常添加磷盐、赤磷或磷铜合金调控共晶及过共晶Al-Si合金中的初晶硅相的尺寸、形貌及分布，但存在磷量不可控、变质效果及产品质量不稳定、P2O5污染严重的问题。生产中通常采用传统Al-Ti-B及Al-Ti-C细化剂铝合金基体的α-Al枝晶，但是因Si“中毒”及Zr “中毒”，对含Si或含Zr铝合金几乎失去细晶强化作用。基于以上难题，山东大学发明了用于调控初晶硅相的Al-P系纳米晶种材料及用于铝合金晶粒细化的强效AlTiC-B系纳米晶种材料。 Al-P系纳米晶种：①节能减排：与传统工艺相比，避免了P2O5有毒气体排放，简化工序，节能降耗。②产品质量提升：实现了初晶硅尺度及构型高效调控，铝活塞铸件抗拉强度提升0%，体积稳定性和可靠性显著提高。③高纯化：可将铝熔体中Ca、Na、Sr含量分别由22 ppm、14ppm、14 ppm降低至1 ppm以下。 AlTiC-B系纳米晶种：①解决了Si、Zr细化“中毒”等难题，有效调控基体相。②提升了Al-Cu系铝熔体的流动性，解决了热裂、浇不足等行业难题。③提升了铸件性能：与传统Al-Ti-B相比，使A356合金屈服强度提高15%，延伸率提高37%；使2024合金抗拉强度由398MPa提升至550MPa，延伸率由9.8%提升至15.5%。 获奖情况:2016年度山东省技术发明一等奖，纳米晶种合金系列产品与耐热高强轻金属材料的创制及应用2009年度山东省技术发明二等奖，硅-磷和铝-磷合金研制与发动机活塞材料强化新技术2005年度山东省科技进步二等奖，富磷富碳中间合金的研究与应用2004年度教育部技术发明二等奖，高效Al-P中间合金及其变质处理

一、 项目简介铝合金因重量轻、资源丰富、综合性能好，所以在机械、交通运输、航天与军事工业等高新技术领域中的应用逐年增加。生产高质量的铝合金，控制铸锭组织是十分必要的，而控制其组织和性能的关键之一是获得细小均匀的等轴晶。晶粒细化是近期国际上对传统材料升级和创造新型合金的三大工艺手段之一。因此，可以运用细化晶粒的方法来提高合金的性能，从而满足不断发展的技术对高性能材料的需要。晶粒细化方法可分为内生形核质点法和外来形核质点法，内生形核法主要包括电磁作用、超声波振动、快速凝固等方法，而外来形核质点法是通过向吕溶液中加入中间合金细化剂，产生异质形核核心，提高晶体的形核率，从而细化晶粒。在实际生产中，内生形核的几种方法都有一定的局限性，如需要特殊的设备和工艺，成本较高等，因此，目前向铝合金熔液中添加细化剂仍是细化晶粒最简单有效的方法。目前，应用较为广泛的铝合金细化剂包括Al-Ti-B、Al-Ti-C等中间合金细化剂。Al-Ti-B的细化机理是Al-Ti-B加入到铝合金熔液中，会与铝熔体中的铝反应生成Al3Ti、TiB2、AlB2等粒子，它们分散到整个合金熔液中并形核，从而起到晶粒细化作用。随着铝合金晶粒细化剂的多元化发展，人们通过向合金中加入稀土元素来提高细化效果和细化的长效性。稀土元素是表面活性物质，易在铝或铝熔液的晶界和相面上吸附偏聚，稀土的加入不仅能够改善Al3Ti形核相的形态和分布，还能细化熔液中微粒尺寸，同时稀土还具有除氢、净化铝液的作用。钪是一种稀土元素，Sc元素是优化铝合金组织和性能的最有效的元素，Sc对Al有很强的弥散强化、晶粒细化作用，并可有效抑制Al的再结晶。Sc和Al相互作用的主要特征是共晶共格，Sc和Al生成的Al3Sc相与Al基体母相共格，对位错及亚晶有极大的钉扎作用，阻止和抑制晶粒长大，促进晶粒细化，微量的钪元素就能够对铝合金起到很好的晶粒细化效果。近年来，快速凝固技术在工业中得到了广泛的应用，经过快速凝固处理后，金属在液态中的溶解度得到扩大，材料各部位的组织更加紧密，凝固结晶会更加细小，晶粒的分布更加均匀，这些结构上的改变使材料拥有了更高的综合性能，对工业生产具有重要的意义。本项目中的新型细化剂是在已有应用成熟的细化剂的基础上，向其中添加微量稀土钪元素，并结合快速凝固技术制备而成。将该新型细化剂加入到A356.2铝合金后，合金微观组织由原来粗大的树枝状晶粒变为细小的等轴晶，与已有的细化剂相比，其细化效果更加明显，对合金力学性能有更大的提高。二、 项目技术成熟程度已完成实验工作。实验中，对比了A356.2铝合金分别加入传统铸态Al-Ti-B、快速凝固Al-Ti-B、铸态Al-Ti-B-Sc和快速凝固Al-Ti-B-Sc，结果发现，快速凝固Al-Ti-B-Sc中间合金对A356.2铝合金具有最好的细化效果，微量稀土元素Sc的加入和快速凝固技术的使用使细化剂具有了更好的细化效果，经过该细化剂细化后铝合金的力学性能会得到更大的提高。三、 技术指标本项目中，未细化前，A356.2 铝合金的平均晶粒尺寸为120μm左右；加入传统Al-Ti-B细化剂后，A356.2铝合金的平均晶粒尺寸会细化至80μm左右；而加入该新型细化剂后铝合金的细化剂会细化至30μm左右，可见，该新型细化剂对A356.2铝合金细化效果非常明显。经过该细化剂细化后，A356.2铝合金的性能也有一系列的提高，硬度值由细化前的80HV增加到接近100HV。细化并热处理后，抗拉强度由原来的300MPa增加到接近370MPa，延伸率由原来的4.5%可增加到5%以上。该项目中的相关内容已申报发明专利，申请号为20130644087.1，专利正在受理过程中。四、 市场前景铝合金资源丰富，且具有良好的综合性能，所以应用非常广泛，向熔融铝合金中加入中间合金来细化铝合金的晶粒可以进一步提高合金的性能。随着铝合金应用的进一步广泛，对铝合金性能的要求也越来越高，该项目所涉及的内容在细化铝合金内部组织，获得性能更优异铝合金具有非常突出的效果。该项目中的新型细化剂，在低压铸造铝合金车轮的生产过程中将会有很好的市场前景，其对铝合金车轮性能的提高能够满足更高的使用要求，随着技术的不断成熟，该新型细化剂很可能取代现在已有的应用成熟的铝合金细化剂。五、 规模与投资需求六、 生产设备TECNO 90工业熔炼炉、快速凝固设备等生产设备及万能拉伸试验机、金属分析仪、金相显微镜等检测观察设备。七、 效益分析由于该项技术属本领域的新技术，较已有的技术相比有突出的优势，按每年生产1000吨计算，可获利约2000万。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：赵维民，电话：13370316780，  邮箱：wmzhao@hebut.edu.cn 。十、 附件：成果图片 A356.2铝合金细化前后的金相组织