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本項(xiàng)目以制備超快高儲(chǔ)能柔性器件為導(dǎo)向，建立基于界面納米復(fù)合材料的新技術(shù)。通過(guò)水熱法和電化學(xué)方法在柔性導(dǎo)電基底上構(gòu)建納米陣列/金摻雜二氧化錳的三維納米復(fù)合電極，作為正極；通過(guò)水熱法和熱處理法在柔性導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)多孔氧化鐵納米復(fù)合材料，作為負(fù)極，組裝全固態(tài)薄膜器件。利用納米復(fù)合材料的多方面優(yōu)勢(shì)加速電子/離子在活性材料中的傳遞，進(jìn)而達(dá)到超快高儲(chǔ)能的目的。基于納米復(fù)合材料的全固態(tài)薄膜器件可展現(xiàn)出超快充電能力（10 V/s），比常規(guī)電容器的充電時(shí)間快10-100倍。這是國(guó)際上基于金屬氧化物贗電容薄膜型超級(jí)電容器研究領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。此外，本項(xiàng)目以開(kāi)發(fā)超快超柔儲(chǔ)能器件為導(dǎo)向，開(kāi)發(fā)了一種熱力學(xué)誘導(dǎo)自發(fā)組裝和原位摻雜結(jié)合碳熱還原的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)石墨烯納米篩粉體和薄膜的宏觀可控制備，解決了傳統(tǒng)石墨烯材料縱向物質(zhì)傳輸差的局限。通過(guò)控制碳熱溫度，可以調(diào)節(jié)石墨烯納米篩表面的孔密度，即孔徑大小可控（10~100 nm）。與傳統(tǒng)石墨烯薄膜電極相比，石墨烯納米篩表面豐富的孔結(jié)構(gòu)使得其作為電極材料時(shí)擁有更大的比表面積，而且電解質(zhì)離子可以在垂直于平面的軸向上傳遞，縮短了離子傳輸路徑。

利于層狀納米材料比表面積大的特點(diǎn)，在碳基柔性襯底上制備了高性能柔性 超級(jí)電容器，及葡萄糖傳感器。超級(jí)電容器的能量密度最大為50.2Whkg-1,功 率密度為8002 W kg-1 at 17.6 Wh kg-1,充電1分鐘能點(diǎn)亮兩只綠色LED燈3 到5分鐘。性能處于國(guó)際先進(jìn)水平，成果先后發(fā)表于JALC0M , 714(2017) 63-70； 763 (2018) 926-934 等。

傳統(tǒng)觸控傳感器使用IT0透明導(dǎo)電膜，IT0透明導(dǎo)電膜存在工藝復(fù)雜（中國(guó) 目前以從日本進(jìn)口為主，國(guó)內(nèi)尚不能高品質(zhì)自主生產(chǎn)）、價(jià)格高昂（IT0核心材 料鋼為稀有金屬）、不能彎折等缺點(diǎn)，基于智能交互設(shè)備數(shù)量的急劇增加、交互 場(chǎng)景、方式需求增加等原因，觸控行業(yè)一直在積極尋找替代IT0的新型材料。 重慶大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院孫寬研究員團(tuán)隊(duì)，通過(guò)多年在導(dǎo)電材料領(lǐng)域的深入 研究，使用有機(jī)聚合物作為基礎(chǔ)導(dǎo)電材料，在低溫環(huán)境下涂布制作出了柔性透明 導(dǎo)電膜。這種新型柔性導(dǎo)電膜不僅擁有與IT0同等的光電表現(xiàn)，比IT0成本更低,而且具備強(qiáng)柔性的優(yōu)勢(shì)，可在觸控產(chǎn)業(yè)鏈里對(duì)IT0進(jìn)行有效替代，為未來(lái)智能設(shè) 備創(chuàng)造更多的觸控形態(tài)和交互方式。

成果與項(xiàng)目的背景及主要用途：該技術(shù)采用數(shù)控氣動(dòng)閉環(huán)控制回路、機(jī)械手 可以上下插拔，在 XYZ 三個(gè)方向有力觸覺(jué)，可以感受作用力，如果力大，機(jī)械手 可以自動(dòng)緩沖或收回。機(jī)械手具有抓夾功能。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到核工業(yè)元 件加工過(guò)程中。相同的技術(shù)和功能可以方便的應(yīng)用和移植到其它應(yīng)用領(lǐng)域。 技術(shù)原理與工藝流程簡(jiǎn)介：利用數(shù)控氣動(dòng)閉環(huán)控制回路。三維柔性力緩沖 XY 方向±1 ㎜，Z 方向 10 ㎜，Z 向下插行程 0～500 ㎜可調(diào)，可以安裝各種用途 機(jī)械爪，具有形成阻尼緩沖和氣動(dòng)消音。 技術(shù)水平及專利與獲獎(jiǎng)情況：處于國(guó)內(nèi)同類型先進(jìn)技術(shù)水平。 56天津大學(xué)科技成果選編 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè)：該類型機(jī)械手技術(shù)可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如：機(jī) 械制造業(yè)、汽車工業(yè)、化工業(yè)、核能工業(yè)、生物工業(yè)、安全領(lǐng)域等需要提高作業(yè) 效率、精度、危險(xiǎn)環(huán)境等行業(yè)。 目前該技術(shù)成熟，整機(jī)價(jià)格在 10～16 萬(wàn)人民幣之間，可以進(jìn)行小批量工業(yè) 化生產(chǎn)。 應(yīng)用領(lǐng)域：械制造業(yè)、汽車工業(yè)、化工業(yè)、核能工業(yè)、生物工業(yè)、安全領(lǐng)域 等需要提高作業(yè)效率、精度、危險(xiǎn)環(huán)境等行業(yè)。 技術(shù)轉(zhuǎn)化條件（包括：原料、設(shè)備、廠房面積的要求及投資規(guī)模）： 所需原材料：均為市場(chǎng)上可采購(gòu)原材料，無(wú)特殊要求，例如：氣動(dòng)元件、機(jī) 械件等； 設(shè)備及環(huán)境要求： AC220V 電源、普通氣源； 所需廠房面積：普通廠房 100 平方米； 人員要求：若干機(jī)、電相關(guān)專業(yè)人員； 初期投資規(guī)模：除以上條件外需流動(dòng)資金 60～80 萬(wàn)。 合作方式及條件： 技術(shù)轉(zhuǎn)讓，轉(zhuǎn)讓費(fèi)：人民幣 50 萬(wàn)元； 合作生產(chǎn)，具體可面談。 

一種Si-Mn-O玻璃態(tài)物質(zhì)中控制Si-Mn形核、生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)長(zhǎng)度的Mn5Si3 @SiO2柔性納米電纜（圖1）。單根納米線中，不論殼層厚度、還是電芯尺寸均表現(xiàn)出令人吃驚的均勻性（尺寸波動(dòng)<4%），同時(shí)展現(xiàn)出極好的柔性與自支撐特性，不同彎曲程度下電阻幾乎沒(méi)有任何變化。統(tǒng)計(jì)電阻率數(shù)值為1.28 - 3.84×10-6 Ωm，最大耐受電流為1.22 - 3.54×107 A cm-2，分別為同等測(cè)試條件下同等尺寸銀納米線的10倍與1/3。這樣一根導(dǎo)線在300℃的溫度下，24小時(shí)的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，電阻率保持不變，證明其能夠長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境中正常工作。 在1 mol/L的HCl溶液中模擬強(qiáng)酸性環(huán)境，發(fā)現(xiàn)I-V特性幾乎和空氣環(huán)境中一致；在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，原位監(jiān)測(cè)導(dǎo)線在溶液中的電學(xué)特性變化，發(fā)現(xiàn)性能并無(wú)衰退。進(jìn)一步，在溶液中外加矩形波電場(chǎng)，模擬復(fù)雜的外部干擾信號(hào)，導(dǎo)線僅由于電容效應(yīng)發(fā)生十分微小的電阻變化。另外，同樣考察了其耐氧化特性，放在30%雙氧水溶液中20小時(shí)，電阻未發(fā)生明顯變化。上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分證明所設(shè)計(jì)的復(fù)合納米電纜能夠在高溫、酸性及強(qiáng)氧化性等極端環(huán)境下正常工作，同時(shí)能夠抵抗復(fù)雜的電場(chǎng)信號(hào)干擾。

硅芯片是當(dāng)代信息技術(shù)的核心，當(dāng)前正向“深度摩爾”（More Moore）和“超越摩爾”（More than Moore）兩個(gè)方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用是“超越摩爾”技術(shù)路線中相當(dāng)重要的一環(huán)，需要數(shù)量巨大的集成電路芯片來(lái)分析處理來(lái)自外部傳感器件的海量信號(hào)。目前，大多數(shù)傳感信號(hào)采集器件和信號(hào)處理單元均為分離設(shè)計(jì)，將在整體上產(chǎn)生更大功耗并占據(jù)更大的空間。由此，復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系教授梅永豐課題組提出了將信號(hào)檢測(cè)和分析功能集成于同一個(gè)芯片器件中的全新概念。作為演示，研究團(tuán)隊(duì)將單晶硅薄膜柔性光電晶體管與智能薄膜材料相結(jié)合和組裝，構(gòu)造了對(duì)不同環(huán)境變量進(jìn)行檢測(cè)和分析的柔性硅芯片傳感器及其系統(tǒng)。這一思路不僅具有優(yōu)異的可擴(kuò)展性，還可與當(dāng)前集成電路先進(jìn)制造工藝相兼容。5月2日，相關(guān)研究結(jié)果以《面向智能數(shù)字灰塵的硅納米薄膜光電晶體管多功能集成傳感器研究》（“Silicon Nanomembrane Phototransistor Flipped with Multifunctional Sensors towards Smart Digital Dust”）為題發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。研究團(tuán)隊(duì)從器件的傳感機(jī)理入手，利用柔性薄膜組裝集成芯片傳感器，實(shí)現(xiàn)了多種環(huán)境參數(shù)探測(cè)功能的集成。圖1：(A) 器件主要功能層示意圖；(B) 貼附于曲面上的柔性傳感器件陣列；(C) 智能傳感器件功能區(qū)的光學(xué)顯微照片；(D)用于濕度傳感的集成系統(tǒng)構(gòu)造圖；(E) 氫氣通入前后參比器件與檢測(cè)器件的電流變化，紅色為參比電流，藍(lán)色為檢測(cè)電流。智能材料在環(huán)境刺激中可以發(fā)生折射率、顏色、晶體結(jié)構(gòu)等方面的光學(xué)性質(zhì)變化，但一般需要光譜設(shè)備或比色卡才能進(jìn)行比對(duì)。而翻轉(zhuǎn)的硅薄膜光電晶體管由于沒(méi)有柵極金屬阻擋功能區(qū)域的光信號(hào)吸收，可以更容易獲得高靈敏的傳感特性。利用這一點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)將多種智能薄膜材料貼合在器件功能區(qū)，智能材料內(nèi)部物理性質(zhì)變化引起了微小光學(xué)性能改變，從而表現(xiàn)在輸出的光電流上，因此可以在同一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)對(duì)多種不同信號(hào)的同時(shí)檢測(cè)。圖1A展示了傳感器件典型的功能層結(jié)構(gòu)，頂層的智能薄膜材料對(duì)環(huán)境刺激發(fā)生響應(yīng)，進(jìn)而改變下方硅單晶薄膜光電晶體管的輸出信號(hào)。具有2微米厚的熱氧化二氧化硅層則作為光電晶體管的封裝，對(duì)下方器件進(jìn)行保護(hù)。硅薄膜光電晶體管完全由晶圓級(jí)先進(jìn)集成電路工藝方法制備而成，結(jié)合了傳統(tǒng)硅基光電子器件的高性能和硅納米薄膜超薄厚度下的優(yōu)良柔性。圖1B是貼附于半徑僅為2毫米直徑玻璃管上的柔性器件陣列，表現(xiàn)出良好的彎曲性能。圖1C是單個(gè)器件功能區(qū)域的特寫(xiě)，在藍(lán)色虛框部分集成不同智能材料即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同環(huán)境信號(hào)的檢測(cè)。圖1D是具有完備傳感與數(shù)據(jù)處理功能的柔性系統(tǒng)合成圖，包括傳感與參比器件、邏輯與存儲(chǔ)單元、信號(hào)放大器和電源。研究團(tuán)隊(duì)利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境中濕度的實(shí)時(shí)、快速檢測(cè)，演示的信號(hào)為依次減小的三個(gè)濕度脈沖。整個(gè)過(guò)程中直接對(duì)環(huán)境變化做出響應(yīng)的信號(hào)，即參比器件與傳感器件輸出電流隨時(shí)間的變化如圖1E中所示。當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化（如圖所示通入氫氣），傳感器件的輸出電流大幅增加，而參比電流保持平穩(wěn)，再利用差分電路處理，即可給出所檢測(cè)的環(huán)境參數(shù)的值。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了將智能材料與光電傳感結(jié)合的新穎傳感機(jī)制，并將傳感模塊與后續(xù)信號(hào)處理等模塊集成在一起，展示了其在氣體濃度、濕度、溫度等多種環(huán)境參數(shù)檢測(cè)方面的能力，已經(jīng)初步具備了未來(lái)的“智能數(shù)字灰塵”的雛形。該策略也可以應(yīng)用于其他的數(shù)字傳感系統(tǒng)，在后摩爾時(shí)代中將具有巨大的應(yīng)用潛力。論文主要由李恭謹(jǐn)博士，博士研究生馬喆和尤淳瑜合作完成，并獲得韓國(guó)延世大學(xué)Taeyoon Lee教授和中科院微系統(tǒng)所狄增峰研究員的合作支持。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委、復(fù)旦大學(xué)和專用集成電路與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等大力支持。

（ (A) 器件主要功能層示意圖；(B) 貼附于曲面上的柔性傳感器件陣列；(C) 智能傳感器件功能區(qū)的光學(xué)顯微照片；(D)用于濕度傳感的集成系統(tǒng)構(gòu)造圖；(E) 氫氣通入前后參比器件與檢測(cè)器件的電流變化，紅色為參比電流，藍(lán)色為檢測(cè)電流 ）

山東大學(xué)燃煤污染物減排國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的柔性電極濕式靜電除塵技 術(shù)，利用靜電除塵原理，采用新型耐酸堿腐蝕性優(yōu)良的柔性陽(yáng)極材料，整套裝 置細(xì)顆粒物去除效率 83~87%，協(xié)同脫除酸霧>80%，水霧>95%，汞>70%，系 統(tǒng)可靠，零堿耗、零水耗、零廢水、無(wú)腐蝕，適用于鈣法\氨法脫硫和硫酸脫氨 尾氣治理。經(jīng)過(guò)以中國(guó)工程院秦裕琨院士為主任、任陣海院士為副主任的鑒定 委員會(huì)鑒定，為國(guó)內(nèi)唯一擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的濕式靜電除塵技術(shù)，成果達(dá) 國(guó)際領(lǐng)先水平。