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項目成果/簡介:目前鋰離子電池的能量密度已經(jīng)越來越不能滿足其在電動汽車、智能手機和大規(guī)模儲能方面的應用。鋰離子電池的能量密度低主要是因為所采用的正負極材料的比容量較低，尤其是負極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業(yè)化前景的負極材料為硅基負極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據(jù)招商證券預計，硅基負極材料在 2020 年的市場使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業(yè)化應用，較大的體積變化導致極片碎裂以及電解液在材料表面持續(xù)分解，從而造成其循環(huán)性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導體，其導電性較差，從而導致硅基負極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負極材料這兩大缺點是普及硅基材料在鋰離子電池應用的關鍵。 陳永勝教授課題組結(jié)合在納米技術和石墨烯材料領域的專長，經(jīng)過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業(yè)化的工藝技術制備了石墨烯包覆的硅基負極材料，主要技術創(chuàng)新點包括：1）采用獨特的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的納米技術將大粒徑的硅粉進行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負極材料循環(huán)性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發(fā)揮了石墨烯導電導熱性能好、機械性能優(yōu)異、電化學性能穩(wěn)定等特點，改善了材料的鋰離子擴散性能和電子導電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，極大地提升了循環(huán)特性。效益分析:陳永勝教授課題組發(fā)明的石墨烯包覆硅基負極材料，從制備過程上講，具有工藝簡單、成本低廉、易工業(yè)化的特點；從性能上講，具有比容量高、穩(wěn)定性好、壓實密度大等優(yōu)點，與高比容量正極組成的鋰離子電池的能量密度是當前商業(yè)化鋰離子電池能量密度的數(shù)倍以上。

目前鋰離子電池的能量密度已經(jīng)越來越不能滿足其在電動汽車、智能手機和大規(guī)模儲能方面的應用。鋰離子電池的能量密度低主要是因為所采用的正負極材料的比容量較低，尤其是負極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業(yè)化前景的負極材料為硅基負極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據(jù)招商證券預計，硅基負極材料在 2020 年的市場使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業(yè)化應用，較大的體積變化導致極片碎裂以及電解液在材料表面持續(xù)分解，從而造成其循環(huán)性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導體，其導電性較差，從而導致硅基負極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負極材料這兩大缺點是普及硅基材料在鋰離子電池應用的關鍵。 陳永勝教授課題組結(jié)合在納米技術和石墨烯材料領域的專長，經(jīng)過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業(yè)化的工藝技術制備了石墨烯包覆的硅基負極材料，主要技術創(chuàng)新點包括：1）采用獨特的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的納米技術將大粒徑的硅粉進行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負極材料循環(huán)性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發(fā)揮了石墨烯導電導熱性能好、機械性能優(yōu)異、電化學性能穩(wěn)定等特點，改善了材料的鋰離子擴散性能和電子導電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，極大地提升了循環(huán)特性。

隨著支配半導體技術數(shù)十年的摩爾定律日益接近其發(fā)展極限，多種功能器件集成被認為是超越摩爾定律延續(xù)集成電路發(fā)展進程的重要途徑之一，這就需要能夠滿足多種功能器件高密度集成的制造技術。多元兼容集成制造技術就是為此而開發(fā)的，該技術通過在更大范圍內(nèi)優(yōu)選結(jié)構(gòu)/功能材料組合，開發(fā)異質(zhì)集成制造工藝，大大拓展了功能微器件創(chuàng)新設計和制造的騰挪空間。經(jīng)過多年探索，目前已形成了涵蓋金屬、聚合物、陶瓷、復合材料的MEMS異質(zhì)異構(gòu)制造技術體系，并在多種類型功能器件研發(fā)中發(fā)揮了關鍵作用，初步展現(xiàn)了其基礎性支撐作用，相關技術獲得2016年度上海市技術發(fā)明一等獎。 微系統(tǒng)集成發(fā)展趨勢 多元兼容集成制造技術  獲獎情況 上海市技術發(fā)明一等獎2016年團隊獲獎 國家技術發(fā)明二等獎2008年 上海市技術發(fā)明一等獎2007年 超薄超快高熱流密度微通道散熱器 上海交通大學團隊在長期研究經(jīng)驗和技術積累基礎上，創(chuàng)造性地提出了不同高熱導率材料組合構(gòu)造的復合結(jié)構(gòu)微通道散熱器設計方案，并基于多元兼容集成制造技術完成了多種尺寸樣品研制，其中，熱源面積與常用功率芯片尺度相當?shù)某∩崞骼鋮s能力達到800W/cm2以上，在保留傳統(tǒng)微通道散熱器良好系統(tǒng)兼容性和適用性的基礎上達到了相當高的散熱能力水平，為解決高功率芯片系統(tǒng)超高熱流密度散熱問題提供了一個深具可行性的解決方案。 高溫薄膜溫度傳感器研究  發(fā)動機燃燒室等極端惡劣環(huán)境下（高溫、強振動、強腐蝕等）的工作參數(shù)現(xiàn)場監(jiān)測對傳感器技術是嚴峻挑戰(zhàn)，國內(nèi)外研究廣泛。交大團隊基于特種材料微納集成制造技術的長期積累，在高溫絕緣薄膜材料、多層薄膜應力調(diào)控、曲面圖形化和高溫敏感介質(zhì)等技術上取得了一定突破，成功開發(fā)了多種可與現(xiàn)場結(jié)構(gòu)共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環(huán)境擾動小、響應快、靈敏度高、可分布式安置等優(yōu)點，該團隊已經(jīng)掌握了溫度、應力/應變、熱流等多種高溫狀態(tài)參數(shù)測量技術，適用溫度在800-1300℃之間。 薄膜絕緣電阻隨溫度的變化及測試結(jié)構(gòu) 高溫薄膜溫度傳感器制造及曲面圖形化技術 薄膜溫度傳感器在發(fā)動機不同部位測溫需求 無線溫度傳感器測溫系統(tǒng) 高性能轉(zhuǎn)接板 基于轉(zhuǎn)接板的多芯片封裝是2.5D高密度集成最具可行性的方案之一。但是傳統(tǒng)的硅轉(zhuǎn)接板性價比不高，阻礙了廣泛應用。上海交大團隊基于非硅微加工技術的長期積累，突破了硅轉(zhuǎn)接板絕緣層完整性和再分布層熱隔離的難題，成功研制了漏電流極低的低成本高性能硅轉(zhuǎn)接板。此外，還開發(fā)了復合材料非硅轉(zhuǎn)接板，TCV陶瓷轉(zhuǎn)接板，TGV玻璃轉(zhuǎn)接板等各種三維封裝基板，實驗室能夠針對不同類型器件三維高密度封裝的具體要求，定制開發(fā)不同功能的專用轉(zhuǎn)接板，為多功能、高密度、高功率、低成本封裝提供個性化解決方案。 TSV-3D 高密度封裝概念圖  金屬-聚合物-納米復合材料非硅基轉(zhuǎn)接板實物圖片

項目成果/簡介:隨著支配半導體技術數(shù)十年的摩爾定律日益接近其發(fā)展極限，多種功能器件集成被認為是超越摩爾定律延續(xù)集成電路發(fā)展進程的重要途徑之一，這就需要能夠滿足多種功能器件高密度集成的制造技術。多元兼容集成制造技術就是為此而開發(fā)的，該技術通過在更大范圍內(nèi)優(yōu)選結(jié)構(gòu)/功能材料組合，開發(fā)異質(zhì)集成制造工藝，大大拓展了功能微器件創(chuàng)新設計和制造的騰挪空間。經(jīng)過多年探索，目前已形成了涵蓋金屬、聚合物、陶瓷、復合材料的MEMS異質(zhì)異構(gòu)制造技術體系，并在多種類型功能器件研發(fā)中發(fā)揮了關鍵作用，初步展現(xiàn)了其基礎性支撐作用，相關技術獲得2016年度上海市技術發(fā)明一等獎。微系統(tǒng)集成發(fā)展趨勢多元兼容集成制造技術 獲獎情況上海市技術發(fā)明一等獎2016年團隊獲獎國家技術發(fā)明二等獎2008年上海市技術發(fā)明一等獎2007年超薄超快高熱流密度微通道散熱器上海交通大學團隊在長期研究經(jīng)驗和技術積累基礎上，創(chuàng)造性地提出了不同高熱導率材料組合構(gòu)造的復合結(jié)構(gòu)微通道散熱器設計方案，并基于多元兼容集成制造技術完成了多種尺寸樣品研制，其中，熱源面積與常用功率芯片尺度相當?shù)某∩崞骼鋮s能力達到800W/cm2以上，在保留傳統(tǒng)微通道散熱器良好系統(tǒng)兼容性和適用性的基礎上達到了相當高的散熱能力水平，為解決高功率芯片系統(tǒng)超高熱流密度散熱問題提供了一個深具可行性的解決方案。高溫薄膜溫度傳感器研究 發(fā)動機燃燒室等極端惡劣環(huán)境下（高溫、強振動、強腐蝕等）的工作參數(shù)現(xiàn)場監(jiān)測對傳感器技術是嚴峻挑戰(zhàn)，國內(nèi)外研究廣泛。交大團隊基于特種材料微納集成制造技術的長期積累，在高溫絕緣薄膜材料、多層薄膜應力調(diào)控、曲面圖形化和高溫敏感介質(zhì)等技術上取得了一定突破，成功開發(fā)了多種可與現(xiàn)場結(jié)構(gòu)共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環(huán)境擾動小、響應快、靈敏度高、可分布式安置等優(yōu)點，該團隊已經(jīng)掌握了溫度、應力/應變、熱流等多種高溫狀態(tài)參數(shù)測量技術，適用溫度在800-1300℃之間。薄膜絕緣電阻隨溫度的變化及測試結(jié)構(gòu)高溫薄膜溫度傳感器制造及曲面圖形化技術薄膜溫度傳感器在發(fā)動機不同部位測溫需求無線溫度傳感器測溫系統(tǒng)高性能轉(zhuǎn)接板基于轉(zhuǎn)接板的多芯片封裝是2.5D高密度集成最具可行性的方案之一。但是傳統(tǒng)的硅轉(zhuǎn)接板性價比不高，阻礙了廣泛應用。上海交大團隊基于非硅微加工技術的長期積累，突破了硅轉(zhuǎn)接板絕緣層完整性和再分布層熱隔離的難題，成功研制了漏電流極低的低成本高性能硅轉(zhuǎn)接板。此外，還開發(fā)了復合材料非硅轉(zhuǎn)接板，TCV陶瓷轉(zhuǎn)接板，TGV玻璃轉(zhuǎn)接板等各種三維封裝基板，實驗室能夠針對不同類型器件三維高密度封裝的具體要求，定制開發(fā)不同功能的專用轉(zhuǎn)接板，為多功能、高密度、高功率、低成本封裝提供個性化解決方案。TSV-3D 高密度封裝概念圖 金屬-聚合物-納米復合材料非硅基轉(zhuǎn)接板實物圖片知識產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利 、 軟件著作權(quán) 、 集成電路布圖設計技術先進程度:達到國內(nèi)領先水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:國家級

研究內(nèi)容 ：該產(chǎn)品是一種高效、價廉、無毒、低鋁、適應性廣且制造 方便的新型無機凈水劑 —聚硅硫酸鋁鐵高效凈水劑。 利用該產(chǎn)品處理靛藍印染廢水、造紙中段廢水、廢紙造紙脫墨廢水， 處理效果佳， COD 去除率、 BOD 去除率均在 90％以上，色度脫除率也在 96％以上，基本達到國家排放標準，這樣的處理效果可實現(xiàn)廢水不經(jīng)生化 處理，簡化廢水處理工藝，降低廢水處理費用。凈水效果遠優(yōu)于目前市場 上可獲得的無機型凈水劑，凈水劑

本項目采用隧道結(jié)技術實現(xiàn)疊層太陽能電池的制備，擴展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。 一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 太陽能是大自然賜予人類最清潔，最豐富的能源資源，目前商用的太陽能電池以晶體硅電池為主，由于晶體硅消耗硅料較多，近年來人們一直致力于開發(fā)硅薄膜電池。非晶硅薄膜電池已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)并有了一定的市場份額，但它仍存在不足之處，包括光致衰減效應和轉(zhuǎn)換效率不高(約6％)等。本項目在國家863計劃課題(2006AA03Z219)支持下，開展了以多晶硅薄膜、微晶硅薄膜和納米晶薄膜的制備和相關材料的單結(jié)與疊層硅基太陽能電池關鍵技術研究，已經(jīng)申請發(fā)明專利5項，發(fā)表科研論文20余篇。 三、創(chuàng)新點以及主要技術指標 1.利用LPCVD方法和自擴散技術生長多晶硅p-n結(jié)，結(jié)合層轉(zhuǎn)移技術制備多晶硅薄膜太陽能電池； 2．采用金屬誘導晶化和快速熱處理技術實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)多晶硅薄膜的制備并在低溫下制備太陽能電池； 3.在PECVD和HWCVD生長硅薄膜時，通過生長溫度，氣體流量，氫氣稀釋比，腔室氣壓等參數(shù)實現(xiàn)微晶硅或者納米晶薄膜的生長； 4.采用雙層膜技術減小表面處入射光的反射并實現(xiàn)表面鈍化，提高入射光的收集率和少數(shù)載流子壽命； 5.采用高低結(jié)結(jié)構(gòu)增加光生載流子的收集效率； 6.采用隧道結(jié)技術實現(xiàn)疊層太陽能電池的制備，擴展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。 四、知識產(chǎn)權(quán)及獲獎 國家863項目(2006AA03Z219)

項目研究內(nèi)容： 鎂及鎂合金是迄今在工程中應用的最輕金屬結(jié)構(gòu)材 料，其比強度高、且具有優(yōu)良的消震吸濕和電磁干擾屏蔽性能。鎂的深加 工和鎂合金的推廣應用都離不開質(zhì)優(yōu)價廉的鎂。 硅熱法是一套復雜而高效 的工藝，本項目通過全面研究還原過程， 嚴格控制煅燒質(zhì)量、 配料及制團， 在大量的皮江法煉鎂硅熱還原工藝參數(shù)與生產(chǎn)效率和出鎂率關系的試驗 基礎上，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡和遺傳算法等人工智能技術優(yōu)化工藝過程，達

項目研究背景： 有機硅材料兼具有機硅聚合物和無機聚合物的特性， 因而具有優(yōu)良的介電性、耐高溫特性、生理惰性、防潮、絕緣、耐氣候老 化等優(yōu)異性能，被廣泛應用在航空航天、軍用技術、電子電氣工業(yè)、紡織 造紙、建筑工業(yè)、化學工業(yè)、金屬和油漆工業(yè)、醫(yī)藥醫(yī)療等領域，被形象 的譽為 “工業(yè)味精 ”。近年來，我國有機硅產(chǎn)品的消費量呈逐年上升的趨勢， 有機硅材料被列為國家重點貴發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一。 技術原理： 主要對有機硅高沸物和低沸物裂