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小型化高穩(wěn)定度光頻原子鐘是一項結(jié)合小體積和高穩(wěn)定度優(yōu)點的時頻計量科學(xué)儀器設(shè)備，性能指標超越傳統(tǒng)微波原子鐘，基于創(chuàng)新性的研究方案，克服了光晶格鐘和離子光鐘普遍存在的體積龐大、系統(tǒng)復(fù)雜的問題，具有巨大的應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)化能力。該項目已實現(xiàn)基于鈣、銣、銫不同原子體系的小型化高穩(wěn)定度光頻原子鐘。在鈣原子方面，創(chuàng)新性提出熱原子能級轉(zhuǎn)移探測方案被國際著名研究單位廣泛引用效仿。在銣、銫原子方面，通過與國內(nèi)科研機構(gòu)的項目合作，實現(xiàn)了研究成果處于國際先進水平的小型化高穩(wěn)定度光頻原子鐘。

本技術(shù)提出了基于多尺度理論模擬結(jié)合深度機器學(xué)習(xí)的一整套解決方案，即利用先進多尺度模擬方法精準解析SEI原子結(jié)構(gòu)，建立新一代SEI模型，闡明SEI結(jié)構(gòu)和形成機制，完整構(gòu)建SEI與電池性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，定向設(shè)計符合不同商用條件的新型電解液配方，為開發(fā)新一代高能量密度電池提供可能。 一、項目分類 顯著效益成果轉(zhuǎn)化 二、技術(shù)分析 隨著智能手機、筆記本電腦等消費電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，鋰離子電池（Lithium Ion Battery, 簡寫為LIB）已經(jīng)成為最成功的電化學(xué)儲能設(shè)備之一，并從根本上影響并改變了人們的日常生活方式。隨著制造工藝的逐步成熟，LIB的能量密度已經(jīng)接近其理論極限。另一方面，可移動電子設(shè)備的快速普及和汽車電動化的蓬勃發(fā)展也不斷要求開發(fā)具有更高能量密度的充電電池以滿足實際使用的需求，而最先進的LIB依然無法完全滿足上述需求。因此，尋找更高能量比的鋰電池電極材料，加快下一代新型鋰電池關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)研究，已成為制約鋰電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進步的關(guān)鍵問題。鋰金屬電池的能量密度雖足以達到下一代電動車的要求，但其自身的穩(wěn)定性仍令人擔(dān)憂，這主要是因為Li金屬的反應(yīng)活性過高，其幾乎可與所有的電解液均能自發(fā)地發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在電池的運行過程中，Li電極和電解液之間通過自發(fā)化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致了固體電解質(zhì)界面（solid electrolyte interphase，SEI）的形成。當(dāng)所形成的SEI結(jié)構(gòu)不均勻時會誘發(fā)電池體積膨脹，此外，充放電過程中鋰的不均勻沉積會導(dǎo)致鋰枝晶的形成，鋰枝晶的不規(guī)則生長會刺穿SEI，導(dǎo)致SEI膜發(fā)生破裂，并產(chǎn)生死鋰，降低鋰金屬電池庫倫效率；更嚴重的是，鋰枝晶的不斷生長會刺穿隔膜，造成電池內(nèi)部的短路，導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸等安全事故，大大縮短了電池的使用壽命，嚴重阻礙了其大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展。因此，SEI對LMB的性能具有至關(guān)重要的影響。良好且穩(wěn)定的SEI可以阻止（或者大幅度減緩）負極界面上反應(yīng)的持續(xù)發(fā)生，起到保護Li電極的作用。針對下一代高穩(wěn)定性鋰金屬電池設(shè)計中存在的關(guān)鍵問題，結(jié)合國際研究進展與本團隊前期研究基礎(chǔ)，我們提出了基于多尺度理論模擬結(jié)合深度機器學(xué)習(xí)的一整套解決方案，即利用先進多尺度模擬方法精準解析SEI原子結(jié)構(gòu)，建立新一代SEI模型，闡明SEI結(jié)構(gòu)和形成機制，完整構(gòu)建SEI與電池性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，定向設(shè)計符合不同商用條件的新型電解液配方，為開發(fā)新一代高能量密度電池提供可能。本方案已形成完整的工作流，相關(guān)自動化軟件已開發(fā)完成并交付使用，且具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，可用于國內(nèi)外上游電池生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)積累原始電池性能數(shù)據(jù)，大范圍篩選有效電解液組分，指導(dǎo)下一代高能量密度鋰電池研制。 我們的技術(shù)優(yōu)勢與創(chuàng)新主要表現(xiàn)在： 1）首次在電池體系中實現(xiàn)了QM與MM的混合模擬與混合加速； 2）在電池體系模擬中實現(xiàn)了開放電子體系對電化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)預(yù)測； 3）在保證精度的前提下，實現(xiàn)了在納米尺度上對真實的實驗SEI結(jié)構(gòu)直接模擬； 4）通過耦合深度機器學(xué)習(xí)，實現(xiàn)了電解液組分大范圍篩選與性能優(yōu)化。

研究人員創(chuàng)造性地運用了可積模型以及低維量子場論的研究手段，通過嚴格的計算，分析了由一維接觸相互作用玻色氣體實現(xiàn)的量子熱機循環(huán)，得到了熱機效率、功率等主要參數(shù)的解析表達式。作者針對冷原子物理實驗的特點，提出了通過調(diào)控原子之間相互作用強度實現(xiàn)量子熱機循環(huán)的構(gòu)想，理論上證實了相互作用調(diào)控可實現(xiàn)和原先人們熟知的磁熱、壓熱效應(yīng)類似的一種全新的量子熱效應(yīng)。基于

太赫茲（THz）科學(xué)技術(shù)既是重大的基礎(chǔ)科學(xué)問題，也是國家的重大需求。然而，作為一段全新的的電磁波譜，實現(xiàn)THz波傳輸與控制的相關(guān)器件極為匱乏，大大限制了THz科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。本項目提出了THz波物質(zhì)探測、低損傳輸、高速控制的新理論和新技術(shù)，研制出多種實用化THz功能器件。本項目的主要成果包括：(1) 提出了THz波吸收的理論模型，研制出吸收率達到85%以上的窄帶、多帶和寬帶太赫茲吸收材料，解決了傳統(tǒng)電磁波吸收材料無法有效工作于THz頻段的技術(shù)難題；(2)提出“人工電磁結(jié)構(gòu)”與“電子功能材料”相結(jié)合構(gòu)建可調(diào)諧太赫茲功能器件的思想，研制出開關(guān)速率達到0.1ms的太赫茲開關(guān)、調(diào)制速率達到10Mbps的太赫茲波調(diào)制器，帶內(nèi)透射達到80%的太赫茲帶通濾波器，以及高效太赫茲功率衰減器；（3）基于高阻Si的深能級摻雜技術(shù)和石墨烯二維晶體材料，研制出寬帶太赫茲波空間調(diào)制器，開關(guān)速率達到5MHz，空間調(diào)制面積達到3英寸，為提高太赫茲成像速率和分辨率奠定了基礎(chǔ)；(4)提出極化約束實現(xiàn)太赫茲波導(dǎo)低損耗傳輸?shù)男赂拍睢；凇熬酆衔锟招静▽?dǎo)”與“周期性金屬光柵結(jié)構(gòu)”的集成，研制出一種雙面光柵聚合物空芯波導(dǎo)實現(xiàn)了單模的傳輸,大幅度降低太赫茲傳輸損耗到0.68dB/m，達到了實用化的要求。 這一研究成果既加深了對THz波譜特性和基本物理現(xiàn)象的理解，也解決了THz傳輸、控制、波譜識別和應(yīng)用成像的多個關(guān)鍵科學(xué)問題。本項目成果的實施，可望實現(xiàn)載波300GHz以上高速無線通信，為太赫茲波無線通信、雷達探測、醫(yī)療診斷以及以及波譜成像等應(yīng)用系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)支撐。在Appl. Phys. Lett., Sci. Rep., Opt. Lett., Optics Express, J. Opt. Soc. Am.等國際主流期刊上發(fā)表SCI 論文66 篇。申請國家發(fā)明專利22 項，已授權(quán)專利7 項，獲得教育部自然科學(xué)一等獎1項。跟國內(nèi)外綜合比較，本項目的研究成果總體上處于國際先進水平，對推動太赫茲科學(xué)快速進入實際應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的科學(xué)意義。

本項目提出了THz波物質(zhì)探測、低損傳輸、高速控制的新理論和新技術(shù)，研制出多種實用化THz功能器件。

隨著集成電路工藝的進步，MOS管的特征尺寸越來越小，電路的工作電壓也不斷下降，柵氧化層的厚度也越來越薄，在這種趨勢下，將可控硅ESD防護器件的觸發(fā)電壓降低到可觀的電壓值內(nèi)，使用高性能的ESD防護器件來泄放靜電電荷以保護柵極氧化層顯得十分重要。本發(fā)明涉及可用于65nm半導(dǎo)體工藝的靜電保護（ESD）器件，特別涉及低電壓觸發(fā)的SCR器件。    本發(fā)明提供一種采用新型技術(shù)減小器件的ESD觸發(fā)電壓的PMOS嵌入的低壓觸發(fā)用于ESD保護的SCR器件。本發(fā)明采用PMOS進行觸發(fā)NMOS導(dǎo)通，NMOS的導(dǎo)通電流觸發(fā)SCR晶閘管，從而減小SCR器件的ESD觸發(fā)電壓。ESD脈沖信號施加在Anode和Cathode之間，PMOS首先被觸發(fā)導(dǎo)通，PMOS開通之后，觸發(fā)NMOS導(dǎo)通，NMOS導(dǎo)通后，其導(dǎo)通電流觸發(fā)晶閘管SCR導(dǎo)通。晶閘管電流（SCR current）導(dǎo)通大部分ESD 電流，從而實驗了ESD保護。

本項目以制備超快高儲能柔性器件為導(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；通過水熱法和熱處理法在柔性導(dǎo)電基底上生長多孔氧化鐵納米復(fù)合材料，作為負極，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)勢加速電子/離子在活性材料中的傳遞，進而達到超快高儲能的目的。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)電容器的充電時間快10-100倍。這是國際上基于金屬氧化物贗電容薄膜型超級電容器研究領(lǐng)域的一個重大突破。此外，本項目以開發(fā)超快超柔儲能器件為導(dǎo)向，開發(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實現(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。

"以α-BaTeMo2O9為代表的含碲的化合物是一類新型光電功能晶體，在偏光、聲光、拉曼等光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)具有重要的應(yīng)用價值。此類化合物具有透光寬，雙折射大，易生長，物理化學(xué)穩(wěn)定等優(yōu)點，是偏光和聲光器件的優(yōu)選材料。 山東大學(xué)在該系列晶體生長和器件的研究方面具有獨立的知識產(chǎn)權(quán)，可以生長出大尺寸（≥50 x 50 x 100 mm3），高質(zhì)量（光學(xué)均勻性≤10-5）的單晶；并在器件的制作中突破了國際上單軸晶體的限制，偏振棱鏡消光比>30000:1，達到高質(zhì)量冰洲石器件水平；聲光調(diào)Q器件衍射效率>84%，高于同等條件下的TeO2器件。晶體生長處于世界領(lǐng)先水平，器件設(shè)計具有國際、國內(nèi)專利，總體水平處于國際領(lǐng)先。該成果獲得教育部自然科學(xué)二等獎，主要用于先進光學(xué)及其電學(xué)領(lǐng)域，如醫(yī)療、軍事、激光加工、激光雷達、激光探測等。據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)聲光調(diào)制器件和偏光器件總產(chǎn)值約為2億元。而現(xiàn)有的材料已經(jīng)不能滿足相應(yīng)研究和產(chǎn)業(yè)的需求。作為新型光電功能晶體及其器件，在滿足現(xiàn)有要求的基礎(chǔ)上，填補了此類材料和器件在中紅外波段內(nèi)的國際空白。此外，獨立的知識產(chǎn)權(quán)有利于產(chǎn)品推廣，具有重要的社會和經(jīng)濟效益。 "

磷化銦基集成高速光開關(guān)芯片

傳統(tǒng)的CCD、CMOS硅基成像器件都不能響應(yīng)紫外波段的光信號，這是因為紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm）。但是近年來隨著紫外探測技術(shù)的日趨發(fā)展，人們越來越需要對紫外波段進行更深的探測分析與認識。紫外探測技術(shù)是繼激光探測技術(shù)和紅外探測技術(shù)之后發(fā)展起來的又一軍民兩用光電探測技術(shù)。幾十年來，紫外探測技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)用生物學(xué)等諸多領(lǐng)域，對現(xiàn)代科研、國防和人民生活都產(chǎn)生了深遠的影響。特別是在先進光譜儀器方面，國內(nèi)急迫需要響應(yīng)波段拓展到紫外的硅基成像器件。硅基成像器件如CCD、CMOS是應(yīng)用最廣泛的光電探測器件。當(dāng)前最先進的光譜儀器大都采用了CCD或CMOS作為探測器件，這是因為CCD、CMOS具有靈敏度強、噪聲低、成像質(zhì)量好等優(yōu)點。但由于紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm），CCD、CMOS等在紫外波段響應(yīng)都很弱。成像器件的這種紫外弱響應(yīng)限制了其在先進光譜儀器及其他領(lǐng)域紫外波段探測的使用。 在技術(shù)發(fā)達國家,寬光譜響應(yīng)范圍、高分辨率、高靈敏度探測器CCD已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高檔光譜儀器中。上世紀中葉美國Varian公司開發(fā)的Varian700 ICP-AES所使用的寬光譜CCD檢測器分辨率達0.01nm,光波長在600nm和300nm時QE分別達到了84%和50%；美國熱電公司開發(fā)的CAP600 系列ICP所用探測器光譜響應(yīng)范圍更是達到165～1000nm，在200nm時的分辨率達到0.005nm.法國Johinyvon的全譜直讀ICP，其所用的CCD探測器像素分辨率達0.0035nm,紫外響應(yīng)拓展到120nm的遠紫外波段。德國斯派克分析儀器公司的全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀一維色散和22個CCD檢測器設(shè)計，其光譜響應(yīng)范圍為120－800nm。德國耶拿JENA 連續(xù)光源原子吸收光譜儀contrAA采用高分辨率的中階梯光柵和紫外高靈敏度的一維CCD探測器，分辨率達0.002nm,光譜響應(yīng)范圍為189—900 nm。總而言之，發(fā)達國家在寬光譜響應(yīng)和高分辨率高靈敏度探測器件的研制領(lǐng)域已取得相當(dāng)?shù)某删汀Ｖ饕夹g(shù)指標和創(chuàng)新點（1）  我們在國內(nèi)首次提出紫外增強的硅基成像器件，并在不改變傳統(tǒng)硅基成像探測器件的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用鍍膜的方法增強成像探測器件CCD、CMOS的紫外響應(yīng)，使其光譜響應(yīng)范圍拓寬到190—1100nm，實現(xiàn)對190nm以上紫外光的探測。（2）  提高成像探測器的紫外波段靈敏度，達到0.1V/lex.s。（3）  增強成像探測器件的紫外響應(yīng)的同時，盡量不削弱探測器件對可見波段的響應(yīng)。（4）  選用適合的無機材料，克服有機材料使用壽命短的缺陷。 紫外探測技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)用生物學(xué)等諸多領(lǐng)域，對現(xiàn)代科研、國防和人民生活都產(chǎn)生了深遠的影響。特別是在先進光譜儀器方面，國內(nèi)急迫需要響應(yīng)波段拓展到紫外的硅基成像器件，該設(shè)計與傳統(tǒng)CCD、CMOS結(jié)合，能滿足寬光譜光譜儀器所需的紫外響應(yīng)探測器的需要。能提高光譜儀器光譜響應(yīng)范圍，在科學(xué)實驗和物質(zhì)分析和檢測中具有很廣的市場前景。 該設(shè)計樣品能取代傳統(tǒng)CCD、CMOS，應(yīng)用于大型寬光譜光譜儀器上，作為光譜儀的探測器件。將傳統(tǒng)光譜儀器的光譜檢測范圍拓寬到190—1100nm. 實現(xiàn)紫外探測和紫外分析。具有較強的市場推廣應(yīng)用價值。