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現(xiàn)階段所設(shè)計(jì)的存算一體器件單元結(jié)構(gòu)如圖 1 所示： 器件的基本結(jié)構(gòu)由波導(dǎo)和功能層（由下到上分為加熱層、電極層、保護(hù)層、相變材料（硫系化合物）層）所構(gòu)成。擬通過(guò)在當(dāng)前流行的絕緣層上硅(SOI)光子平臺(tái)上集成四氮化三硅光波導(dǎo)的方式實(shí)現(xiàn)器件的光學(xué)讀取功能，即在非常厚的硅襯底層上生長(zhǎng)一層絕緣層二氧化硅和波導(dǎo)層，然后在基片上通過(guò)光刻、顯影、刻蝕等工藝制備四氮化三硅波導(dǎo)。功能層主要用于實(shí)現(xiàn)器件的電學(xué)寫(xiě)入功能。加熱器層的主要用途是與相變材料層形成電接觸，通過(guò)較小的接觸面積使接觸處的熱量集中，從而可以在較小的電壓或電流下使相變材料發(fā)生相變。因此需要加熱器層具備較好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，同時(shí)在近 C 波段具有較低的光損耗，可采用石墨烯。電極層可用于提供相變材料器件單元所需要的編程電脈沖。當(dāng)前擬采用硒摻雜的相變材料合金（如 GSST）作為器件的核心功能層的相變材料。該材料在通信/非通信波段顯示了極低的光損耗和更高的品質(zhì)因數(shù)，且相變前后在通信 C 波段具有足夠大的光學(xué)常數(shù)反差，可在更惡劣的高溫環(huán)境下進(jìn)行操作，適用于硅基光子器件應(yīng)用。 采用的主要技術(shù)手段包括： ① 依托于相變材料的電致和光致相變特性，通過(guò)電學(xué)編程、光學(xué)讀取的方法實(shí)現(xiàn)器件的存儲(chǔ)、算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能：  存儲(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)：擬利用相變材料晶態(tài)低透過(guò)率和非晶態(tài)高透過(guò)率分別代表二進(jìn)制中的‘1’和‘0’，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（編程）功能。例如在電極兩端施加合適的電脈沖，所產(chǎn)生電流流經(jīng)加熱層時(shí)，生成的熱量主要集中在加熱層和相變材料層接觸處，使得接觸處的相變材料發(fā)生相變，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。在完成上述編程操作后，從器件波導(dǎo)輸入端輸入讀取連續(xù)光。由于相變材料功能層對(duì)光強(qiáng)的吸收能力在編程和非編程區(qū)域間存在著顯著的差異，因此當(dāng)輸入光經(jīng)過(guò)波導(dǎo)后，其能量會(huì)因?yàn)橄嘧儾牧暇幊虆^(qū)域的吸收而發(fā)生改變，進(jìn)而顯著改變輸出光強(qiáng)能量。所以通過(guò)測(cè)量輸入輸出光強(qiáng)的能量之比（即透過(guò)率），可實(shí)現(xiàn)對(duì)先前編程區(qū)域的讀取。  算術(shù)和邏輯功能的實(shí)現(xiàn)：通過(guò)調(diào)整編程電脈沖的幅度和寬度可以動(dòng)態(tài)調(diào)控相變材料的相變程度，使得器件的中間透過(guò)率值可用于代表不同的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)多級(jí)存儲(chǔ)功能。所以擬采用輸入脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)加數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)量加法計(jì)算。同時(shí)由于所設(shè)計(jì)器件的讀取連續(xù)光輸出功率可視為讀取連續(xù)光輸入功率和器件透過(guò)率的乘積，因此可采用將輸入功率和透過(guò)率作為被乘數(shù)和乘數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)基本乘法運(yùn)算。除此之外還可以將器件功能層的初始狀態(tài)設(shè)置為非晶相，把晶化脈沖幅值和不足以產(chǎn)生晶化的脈沖幅值分別作為輸入邏輯‘1’和‘0’；同時(shí)設(shè)定一個(gè)判定閾值并與編程后器件透過(guò)率的變化率進(jìn)行對(duì)比，把高于和低于閾值的透過(guò)率變化率分別作為輸出邏輯 ‘1’和‘0’；通過(guò)合理選擇編程脈沖有望實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能輸出。 ② 基于器件透射率可調(diào)特性驗(yàn)證其實(shí)現(xiàn)神經(jīng)突觸的可行性。并依托所設(shè)計(jì)人工突觸構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片，實(shí)現(xiàn)圖像、語(yǔ)音和文本識(shí)別功能：  突觸可塑性是大腦記憶和學(xué)習(xí)的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)，也是人工類(lèi)腦器件需要實(shí)現(xiàn)的首要功能。為實(shí)現(xiàn)突觸可塑性，擬把相變材料和波導(dǎo)之間的耦合區(qū)域視為仿生神經(jīng)突觸，左右兩端電極分別代表突觸前和突觸后，分別施加在兩端電極上的電脈沖則作為突觸前和突觸后刺激。通過(guò)調(diào)節(jié)從左右兩端電極輸入耦合區(qū)域的電脈沖時(shí)間差對(duì)耦合區(qū)域的光透過(guò)率進(jìn)行連續(xù)調(diào)控，進(jìn)而依托于上述存算理論模型和實(shí)物器件仿真和實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)仿生神經(jīng)突觸的脈沖時(shí)序依賴(lài)可塑性（Spike-Timing-Dependent-Plasticity, STDP)。  將不同波長(zhǎng)的光脈沖序列輸入所設(shè)計(jì)的突觸單元, 經(jīng)過(guò)相變材料的作用，脈沖強(qiáng)度發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)于乘法器。進(jìn)而借助于微環(huán)結(jié)構(gòu)，將不同波長(zhǎng)的脈沖導(dǎo)入進(jìn)同一波導(dǎo)中，該功能類(lèi)似加法器。相加后的脈沖光強(qiáng)較小時(shí)，讀取光與微環(huán)發(fā)生共振，在輸出端口沒(méi)有光強(qiáng)輸出。當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到一定的閾值后，讀取信號(hào)不再和微環(huán)發(fā)生共振，而是傳播到輸出端口。這一過(guò)程類(lèi)似神經(jīng)元脈沖信號(hào)的激發(fā)，實(shí)現(xiàn)了非線性激活函數(shù)的功能。利用上述的單個(gè)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證其監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)和非監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)。對(duì)于監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)，權(quán)重的數(shù)值通過(guò)外部管理器設(shè)置；對(duì)于非監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)，不再需要外部管理器來(lái)設(shè)置權(quán)重值，而是通過(guò)輸出光脈沖進(jìn)行反饋控制，調(diào)整權(quán)重值。在單個(gè)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，更復(fù)雜的光學(xué)脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，證明該結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性。擬設(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的每一層結(jié)構(gòu)包括三個(gè)功能單元，即收集器、分發(fā)器和神經(jīng)突觸結(jié)構(gòu)。收集器將上一層不同波長(zhǎng)的光脈沖信號(hào)收集到同一根波導(dǎo)中，分發(fā)器將光脈沖分發(fā)給多個(gè)神經(jīng)元，神經(jīng)突觸結(jié)構(gòu)則產(chǎn)生光脈沖信號(hào)，輸入給下一層結(jié)構(gòu)。基于上述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圖片、語(yǔ)音和文本的識(shí)別。 創(chuàng)新性分析：①首次研究了一款基于“電學(xué)編程、光學(xué)讀取”模式的光電混合存算一體化器件。與傳統(tǒng)電學(xué)存算一體化器件相比,擬研發(fā)的器件可以進(jìn)行長(zhǎng)距離的信息傳輸，具有傳輸帶寬高、信號(hào)間延遲低、損耗低、抗干擾、集成密度高等優(yōu)點(diǎn)。②采用硒(Se)摻雜的相變材料作為存算一體化器件的核心功能材料。與采用其他相變材料的存算一體器件相比，以硒參雜的相變材料作為功能材料的存算一體器件有望展現(xiàn)出極低的光損耗。③提出了一種基于“電學(xué)脈沖刺激、光學(xué)權(quán)重調(diào)節(jié)”的人工神經(jīng)突觸。該突觸器件有望成為未來(lái)通用型人工神經(jīng)突觸，填補(bǔ)了光電混合型人工突觸的技術(shù)空白。 先進(jìn)性分析：①所提出的光電混合工作模式使得該存算一體化器件不但具有傳統(tǒng)集成電路的高密度特性，且兼具光通信技術(shù)的寬頻帶、低延遲、抗干擾的優(yōu)越性能。②所采用硒參雜的相變材料不但繼承了傳統(tǒng)材料具有的快速相變轉(zhuǎn)化速度、低功耗和穩(wěn)定性強(qiáng)等特性，且本身在通信波段非晶態(tài)透明的同時(shí)還保持了相變前后足夠大的光學(xué)性能差異的特點(diǎn)。③所設(shè)計(jì)的突觸繼承了人工電子突觸和全光突觸的優(yōu)點(diǎn)，具有高集成度、低功耗、超快響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 獨(dú)占性分析：根據(jù)已取得成果正在撰寫(xiě)專(zhuān)利，以獲得該關(guān)鍵技術(shù)的獨(dú)有權(quán)。 

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:作為一種新的太陽(yáng)能電池電池技術(shù)，有機(jī)太陽(yáng)能電池具有低成本、柔性、半透明、可大面積溶液印刷等優(yōu)點(diǎn)；在應(yīng)用方面，可與當(dāng)前基于硅等的無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。特別指出的是，與鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比，有機(jī)太陽(yáng)能電池還具有環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，在使用過(guò)程中以及使用后處理方面不會(huì)產(chǎn)生重金屬污染，其所使用的少量有機(jī)材料都是可降解的有機(jī)染料類(lèi)化合物。效率、成本和穩(wěn)定性是所以太陽(yáng)能電池能否應(yīng)用的關(guān)鍵要素。有機(jī)太陽(yáng)能的效率目前和其它最好的太陽(yáng)能電池之間的差距正在迅速縮小，目前我們實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)獲得超過(guò) 1515%的效率，是有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域世界最高效率；成本方面，OPV具有巨大優(yōu)勢(shì)，有機(jī)材料分子結(jié)構(gòu)多樣性，成本低廉；壽命方面，因成本低廉，產(chǎn)業(yè)界對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池壽命的要求不如無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池，10 年左右的壽命可以完全滿足商業(yè)化應(yīng)用，已有研究表明，OPV 壽命達(dá)到 5-7 年沒(méi)有問(wèn)題，隨著研究深入，提高的 10 年以上會(huì)很快實(shí)現(xiàn)。 本項(xiàng)目圍繞有機(jī)太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵材料開(kāi)展系統(tǒng)研究，1）提出了新的材料設(shè)計(jì)理念，發(fā)展了系列具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的活性層材料；2）發(fā)展了成熟的高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池制備工藝技術(shù)，制備了系列高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池光伏器件，不斷刷新領(lǐng)域內(nèi)最高太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率；3）制備了低成本、可溶液印刷柔性的透明電極，應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池，獲得了與目前常規(guī)透明電極，如 ITO，完全相當(dāng)性能。應(yīng)用范圍:目前有機(jī)太陽(yáng)能電池正處在從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的黎明階段，因其優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，在可穿戴設(shè)備、建筑一體化等領(lǐng)域?qū)?huì)產(chǎn)生巨大的需求市場(chǎng)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外多家實(shí)驗(yàn)室已開(kāi)展完全面向?qū)嶋H應(yīng)用的研究開(kāi)發(fā)，隨著研究的不斷深入，有機(jī)太陽(yáng)能電池的商品化生產(chǎn)應(yīng)用將會(huì)很快實(shí)現(xiàn)。效益分析:1. 具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層材料，且合成簡(jiǎn)單，成本低； 2. 具有成熟的高效有機(jī)太陽(yáng)能電池制備工藝； 3. 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本、高性能柔性透明電極，不僅完全適用有機(jī)太陽(yáng)能電池，亦可廣泛應(yīng)用了其它相關(guān)領(lǐng)域。

本發(fā)明涉及一種聚偏氟乙烯基扣式與卷繞式超級(jí)電容器及其電極材料制備方法。該方法包括：（1）聚偏氟乙烯混合液制備；（2）聚偏氟乙烯復(fù)合膜制備；（3）對(duì)復(fù)合膜活化處理，制得扣式與卷繞式超級(jí)電容器的聚偏氟乙烯膜電極材料。以聚偏氟乙烯膜材料為扣式與卷繞式超級(jí)電容器的電極，制備成扣式超級(jí)電容器與卷繞式超級(jí)電容器。本發(fā)明制備的電極材料，不用直接添加活性物質(zhì)，其成本低、充放電速度快、工藝簡(jiǎn)單；制備的扣式與卷繞式超級(jí)電容器充放電性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)；且電極材料可加工為任意大小，其厚度大約為85～120μm，符合器件小型化的要求及擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

本發(fā)明公開(kāi)的生物活性仿生磷酸鈣納米材料，是含硅、鍶、鋅和鎂中至少兩種元素的納米磷酸鈣顆粒，其組分以氧化物形式表示的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為：CaO？40～55％；P2O538～44％；SiO20～0.3％；SrO？0～5.5％；ZnO？0～3.5％；MgO0～4.5％；H2O？3～8％，上述組分之和為100％，且SiO2、ZnO、MgO和SrO至少兩種物質(zhì)不同時(shí)為0。其制備方法是向模擬體液中添加含側(cè)鏈羧基的鏈?zhǔn)骄酆衔锶芤海⒓尤牒琛㈡J、鋅和鎂中至少兩種離子的無(wú)機(jī)鹽溶液，反應(yīng)陳化，析出微量元素協(xié)同摻雜的仿生磷酸鈣納米粒，過(guò)濾、洗滌、干燥而成。這種納米材料在骨組織中能持續(xù)降解并同步釋放鈣、磷酸根離子和微量元素，適宜于人體骨齒損傷修復(fù)應(yīng)用。本發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單、納米粒形貌和尺寸容易控制、微量元素復(fù)合比例易于操控等特點(diǎn)。

本發(fā)明公開(kāi)了一種可生物降解的生物活性摻鍶硫酸鈣材料、制備方法及應(yīng)用。其制備方法是將含Ca2+和Sr2+的溶液與十二烷基磺酸鈉溶液混合，再將該混合溶液滴加到持續(xù)超聲和攪拌處理的含SO42-的無(wú)機(jī)鹽溶液中，析出摻鍶二水硫酸鈣微粒，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥后，在150~170oC熱處理后轉(zhuǎn)化為摻鍶α-半水硫酸鈣微粒，再按固/液比0.5~2.0的比例將摻鍶α-半水硫酸鈣微粒與生理鹽水調(diào)和形成糊狀物，經(jīng)水化反應(yīng)并固化形成的材料。這種材料在骨損傷中持續(xù)降解并釋放鈣、鍶和硫酸根離子，適宜于各種人體骨齒損傷修復(fù)、藥物緩釋等應(yīng)用。本發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單、微粒形貌和尺寸容易控制、鍶摻雜比例易于操控等特點(diǎn)。

本發(fā)明公開(kāi)了一種表面氧缺陷多孔金屬氧化物材料及其制備和應(yīng)用。所述表面氧缺陷多孔金屬氧化物材料的制備方法包括以下步驟：1)將金屬鹽溶解于有機(jī)溶劑中，形成透明溶液、2)將步驟1)中的透明溶液與軟膜板劑混合，得到二者充分均勻分散的分散液，充分混合形成金屬鹽凝膠、3)將步驟2)中得到的金屬鹽凝膠制備成干凝膠、4)將步驟3)中得到的干凝膠高溫煅燒，所得灰分即為表面氧缺陷多孔金屬氧化物、本方法能夠同步合成出表面氧缺陷多孔金屬氧化物材料。制備方法相對(duì)簡(jiǎn)單，在形成多孔結(jié)構(gòu)的同時(shí)增加了材料表面的氧空穴濃度，改變了材料的電子結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于吸附、光電催化及電池領(lǐng)域。

該專(zhuān)利技術(shù)由廣東興發(fā)鋁業(yè)有限公司和華南理工大學(xué)共同開(kāi)發(fā)，并在廣東興發(fā)鋁業(yè)有限公司進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化實(shí)施。解決了現(xiàn)有技術(shù)中顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度和塑性不能兼顧的問(wèn)題，滿足了地鐵等軌道交通對(duì)強(qiáng)度、硬度和韌性的高要求。專(zhuān)利產(chǎn)品“地鐵剛性懸掛匯流排鋁合金型材”具有輕量化、強(qiáng)度高、韌性好、導(dǎo)電性能好、載流界面大、易安裝等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)定為“廣東省高新技術(shù)產(chǎn)品”，在廣州地鐵、佛山地鐵、上海地鐵等軌道交通建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用，得到應(yīng)用單位的高度認(rèn)可。截至2017年12月底，專(zhuān)利實(shí)施企業(yè)累計(jì)新增銷(xiāo)售額1.9895億元，累計(jì)新增利潤(rùn)1795.3萬(wàn)元，累計(jì)創(chuàng)匯達(dá)615.4萬(wàn)元。獲得了中國(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)。

傳統(tǒng)的Al2O3-TiN復(fù)合材料制備設(shè)備及工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低下，成本高，不利于 復(fù)合材料的推廣應(yīng)用。本發(fā)明將兩種粒徑不同的Al2O3粗細(xì)顆粒作為骨料，α-Al2O3、 TiO2、Al粉作為細(xì)粉按比例混合模壓，采用流動(dòng)氮?dú)鈿夥障鲁涸环磻?yīng)燒結(jié)。在合理 的升溫速率、合理的燒結(jié)溫度以及保溫時(shí)間下制備Al2O3-TiN多孔陶瓷材料。用金屬作 結(jié)合劑取代傳統(tǒng)燒結(jié)結(jié)合，可以降低制品的燒結(jié)溫度，燒結(jié)后制品中的金屬與原料中的 物質(zhì)原位反應(yīng)形成難熔化合物。

本發(fā)明涉及微孔過(guò)渡族金屬有機(jī)框架材料及其制備和使用方法，該材料的結(jié)構(gòu)式為：[Cu2(C29H14O8)(H2O)2]7(C3H7NO)(H2O)。采用將過(guò)渡族金屬銅鹽和5, 5’-(9H-芴-2, 7-二基)間苯二甲酸在溶劑熱條件下制備，工藝簡(jiǎn)單，成本低。將微孔過(guò)渡族金屬有機(jī)框架物活化后具有不飽和金屬位點(diǎn)以及空曠的不帶有端基配位水的微孔。該材料熱穩(wěn)定性好，具有良好的小分子氣體乙炔、乙烯、乙烷和甲烷儲(chǔ)存性能，具有從乙炔和甲烷、乙烯和甲烷或乙烷和甲烷的混合氣體中選擇性分離甲烷的性能，以及從乙炔和二氧化碳的混合氣體中選擇性分離乙炔的性能。

本發(fā)明公開(kāi)了一種Bi2Te3薄片/石墨烯復(fù)合材料，由微米級(jí)Bi2Te3薄片和石墨烯組成。由于石墨烯的分散、承載及隔離作用，可有效阻止微米Bi2Te3薄片在熱處理過(guò)程中的燒結(jié)，以保持晶界對(duì)聲子的有效散射，對(duì)提高Bi2Te3材料的熱電性能具有重大意義。該復(fù)合材料可作為熱電材料。本發(fā)明還公開(kāi)了該復(fù)合材料的一步水熱法或一步溶劑熱法的制備方法，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、周期短、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。