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發(fā)明公開了一種基于氮化鈦材料的新型納米結(jié)構(gòu)光陰極；所述氮化鈦光陰極包括襯底、氮化鈦納米結(jié)構(gòu)層；還涉及了該型氮化鈦光陰極的制備方法，及其電場輔助型光陰極測試裝置，所述電場輔助型光陰極包括絕緣墊片、金屬薄板陽極、上／下電極導線、外加偏壓電源。本設計中核心的氮化鈦納米結(jié)構(gòu)具有表面等離激元共振效應，會帶來光子吸收增強和局域電場增強，且材料功函數(shù)僅約為３．７ｅＶ和導電性優(yōu)良，有助于光致電子的發(fā)射；通過設計氮化鈦結(jié)構(gòu)的組成納米圖形和結(jié)構(gòu)參數(shù)，可獲得與入射激勵光波相匹配的等離激元共振，實現(xiàn)可光調(diào)控的電子發(fā)射。因所述氮化鈦材料還具有穩(wěn)定的物化性質(zhì)，從而本發(fā)明提供了一種可作為穩(wěn)定、高效率的光陰極。

在高技術陶瓷領域，先進陶瓷占有極其重要的地位，在諸多的先進陶瓷中，氮化硅基先進陶瓷以其高強度、高韌性、高的抗熱震性、高的化學穩(wěn)定性在先進陶瓷中占有獨特的地位，是公認的未來陶瓷發(fā)動機中最重要的侯選材料。并且在國際上氮化硅陶瓷刀具和氮化硅基陶瓷軸承已經(jīng)形成相當規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。任何一個跨國刀具公司都有氮化硅基陶瓷刀具的系列產(chǎn)品，足見其在機加工行業(yè)中具有不可替代的地位。 但是，影響氮化硅陶瓷推廣的一個主要因素，是氮化硅粉末價格昂貴，這是由于傳統(tǒng)的制取氮化硅粉末的方法耗能高，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本高。本項目采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新的燃燒合成技術，制取氮化硅陶瓷粉末和氮化硅復合粉末，具有耗能低，生產(chǎn)周期短，雜質(zhì)含量低，生產(chǎn)成本低等特點，具有廣泛的應用前景。 燃燒合成（Combustion Synthesis，CS）又名自蔓延高溫合成（Self- Propagating High-Temperature Synthesis，SHS），是利用化學反應自身放熱合成材料的新技術，基本上（或部分）不需要外部熱源，通過設計和控制燃燒波自維持反應的諸多因素獲得所需成分和結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。 自1990年以來，本項目負責人等針對燃燒合成氮化硅陶瓷產(chǎn)業(yè)化的一系列關鍵問題，在氣-固體系氮化硅基陶瓷的燃燒合成熱力學、動力學和形成機制等方面進行了深入研究后得到的創(chuàng)新成果。 采用本項目的技術，可以生產(chǎn)符合制作先進陶瓷要求的從全α-Si3N4相到高β- Si3N4相，及不同配比的氮化硅粉末，還可根據(jù)用戶要求，用此技術生產(chǎn)α-Sialon，β-Sialon和其它各種氮化硅基的復合粉末。粉末的質(zhì)量優(yōu)良而穩(wěn)定。 應用于航天、航空及機械行業(yè)等，用于制作氮化硅陶瓷刀具、氮化硅基陶瓷軸承、耐磨耐腐陶瓷涂料等。

氮化鋁（AlN）陶瓷具備優(yōu)異的綜合性能，是近年來受到廣泛關注的新一代先進陶瓷，在多方面都有廣泛的應用前景。例如高溫結(jié)構(gòu)材料、金屬溶液槽和電解槽襯里，熔融鹽容器、磁光材料、聚合物添加劑、金屬基復合材料增強體、裝甲材料等。尤其因其導熱性能良好，并且具備低的電導率和介電損耗，使之成為高密度集成電路基板和封裝的理想候選材料，同時氮化鋁—聚合物復合材料也可用作電子器材的封裝材料、粘結(jié)劑、散熱片等。氮化鋁在微電子領域應用的市場潛力極其巨大。氮化鋁還是導電燒舟的主要成分之一，導電燒舟大量地用于噴涂電視機的顯象管等器件、超級市場許多商品包裝用的涂鋁薄膜，有著廣泛的市場。但是，影響氮化鋁基陶瓷的推廣的主要因素之一，是采用傳統(tǒng)方法合成氮化鋁粉末，耗能高，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本高。本項目采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術，采用燃燒合成技術制取優(yōu)質(zhì)的氮化鋁陶瓷粉末，具有耗能低，生產(chǎn)周期短，雜質(zhì)含量低，生產(chǎn)成本低等特點，具有廣泛的推廣價值。 燃燒合成（Combustion Synthesis，CS）又名自蔓延高溫合成（Self- Propagating High-Temperature Synthesis，SHS），是利用化學反應自身放熱合成材料的新技術，基本上（或部分）不需要外部熱源，通過設計和控制燃燒波自維持反應的諸多因素獲得所需成分和結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。 自1994年以來，本項目負責人等針對燃燒合成氮化鋁陶瓷產(chǎn)業(yè)化的一系列關鍵問題，在氣-固體系氮化鋁基陶瓷的燃燒合成熱力學、動力學和形成機制等方面進行了深入研究后得到的創(chuàng)新成果。 本項目來源于國家教委高校博士點專項科研基金項目（1994.3-1997.3）。 本項目以應用基礎研究成果“燃燒合成氮化鋁基陶瓷的應用基礎研究”已于1999年通過專家函審。 采用本項目的技術，可以生產(chǎn)符合制作先進陶瓷要求的氮化鋁粉末，還可根據(jù)用戶要求，用此技術生產(chǎn)氮化鋁基陶瓷粉末。粉末的質(zhì)量優(yōu)良而穩(wěn)定。 氮化鋁廣泛應用于高溫結(jié)構(gòu)材料、金屬溶液槽和電解槽襯里、熔融鹽容器、磁光材料、聚合物添加劑、金屬基復合材料增強體、裝甲材料、高密度集成電路基板、電子器材的封裝材料、粘結(jié)劑、散熱片、導電燒舟等。

本研究基于重氮工藝反應熱危險性，利用先進的熱分析設備（反應量熱儀RC1、絕熱量熱儀ARC、差示掃描量熱儀DSC）對重氮工藝進行分析，通過測量獲得重氮工藝的目標工藝溫度、失控后體系能夠達到的最高溫度、失控體系最大反應速率到達時間為24小時對應的溫度、技術最高溫度等數(shù)據(jù)，改進工藝參數(shù)，降低工藝的熱危險性，防止失控反應，提高化工工藝的本質(zhì)安全性。

（一）項目背景 當前以硅、砷化鎵為代表的第一和二代半導體接近其物理極限，以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體是當前國際競爭熱點，也是我國發(fā)展自主核心半導體產(chǎn)業(yè)、實現(xiàn)換道超車的難得機遇。氮化鎵（GaN）特別適合制作高頻、高效、高溫、高壓的大功率微波器件，是下一代通信、雷達、制導等電子裝備向更大功率、更高頻率、更小體積和抗惡劣環(huán)境（高溫抗輻照）方向發(fā)展的關鍵技術。 目前氮化鎵基射頻器件已接近于商用，需解決從走出實驗室到小量中試的最后“1 公里”，重點攻克其在可靠性工藝和量產(chǎn)穩(wěn)定性的瓶頸。 以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體是當前國際競爭熱點，也是我國發(fā)展自主核心半導體產(chǎn)業(yè)、實現(xiàn)換道超車的難得機遇。 半導體作為信息時代的“糧食”，將成為 5G 基建、特高壓、城際高鐵和城際軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等“新基建”七大領域發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)。而氮化鎵為代表的寬禁帶半導體先進電子器件，憑借其高效、高壓、高溫等優(yōu)勢，將在“新基建”中大放異彩，可以彌補傳統(tǒng)半導體器件的技術瓶頸，滿足更高性能器件要求。 （二）項目簡介 5G 要求更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，發(fā)射機的效率會出現(xiàn)指數(shù)級的下降。這種下降可以使用包絡跟蹤技術來修復，該技術已經(jīng)在較新的 4G/LTE 基站以及蜂窩電話中采用。基站中的包絡跟蹤需要高速，高功率和高電壓，這些只有使用 GaN 技術才能實現(xiàn)。諸如 GaN 助力運營商和基站 OEM 等實現(xiàn)了 5Gsub-6-GHz 和 mmWave 大規(guī)模 MIMO 的目標。 GaN 可以說為 5Gsub-6-GHz 大規(guī)模 MIMO 基站應用提供了眾多優(yōu)勢：1、在 3.5GHz 及以上頻率下表現(xiàn)良好，對比其他產(chǎn)品優(yōu)勢明顯。2、GaN 的特性能轉(zhuǎn)化為高輸出功率，寬帶寬和高效率。采用 DohertyPA 配置的 GaN 在 100W 輸出功率下的平均效率達到 50%至 60%，明顯降低了發(fā)射功耗。3、在高頻和寬帶寬下的效率意味著大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)可以更緊湊。4、可在較高的工作溫度下可靠運行，這意味著它可以使用更小的散熱器。 根據(jù) Strategy Analytics 的數(shù)據(jù)，預計 5G 移動連接將從 2019 年的 500 萬增長到 2023 年的近 6 億。所以需求還將不斷上漲。 根據(jù)Strategy Analytics的數(shù)據(jù)，預計5G移動連接將從2019年的500萬增長到2023年的近6億。所以需求還將不斷上漲。 Efficient Power Conversion 的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Alex Lidow 討論5G時也說道：“基站中的包絡跟蹤需要高速，高功率和高電壓，這些只有使用GaN技術才能實現(xiàn)。根據(jù)Yole Development公司發(fā)布的2018年度報告數(shù)據(jù)顯示，隨著全球整體數(shù)據(jù)流量的激增，我國5G產(chǎn)業(yè)將迎來大規(guī)模的需求增長。預計到2022年，我國5G基站規(guī)模將達到千億市場，5G基站數(shù)量將達百萬個。所以未來氮化鎵基射頻器件是5G通信基站收發(fā)端的核心。 氮化鎵基射頻器件是華為和中興發(fā)展 5G 通信產(chǎn)業(yè)的核心器件，西安電子科技大學氮化鎵射頻器件研究團隊自 2016 年起就與華為西安研究所、中興西安研究所等國內(nèi)主流5G通信公司協(xié)同攻關開展氮化鎵基射頻器件的研究，目前承擔的流片服務項目合計約 500 萬元。 2017 年，西安電子科技大學與西安市高新區(qū)、西電電氣集團等聯(lián)合成立“陜西半導體先導技術中心”，中心致力于推動陜西第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進以氮化鎵為代表的射頻器件、功率器件等加速產(chǎn)業(yè)化，2019 年團隊向陜西半導體先導技術中心轉(zhuǎn)讓專利 35 項，作價 2000 萬元，雙方正在聯(lián)合推進搭建第三代半導體中試平臺，平臺將會立足西安，服務全國，提升氮化鎵基射頻器件量產(chǎn)工藝可靠性，實現(xiàn)相關技術成果轉(zhuǎn)化。 （三）關鍵技術 本項目由西安電子科技大學作為技術攻關的主要單位，制定技術路線，保障國家重大科技專項“高效 GaN 微波功率器件及可靠性研究”和“5G 移動通信 GaN 芯片可靠性機理研究”研究，與華為和中興聯(lián)合開展工程合作項目實施，加快解決器件工藝可靠性工程問題，重點開展氮化鎵微波功率與太赫茲器件工程技術研究，突破高性能低缺陷外延材料生長、高效率高可靠氮化鎵微波功率器件工藝技術等關鍵瓶頸問題，協(xié)助規(guī)模量產(chǎn)高效率 S-Ku 波段典型氮化鎵功率器件和模塊、5G 基站核心射頻模塊。

該成果通過分子設計構(gòu)建了一系列芳腈基聚合物，發(fā)明了熒光性、磁性、導電/介電性的芳腈基聚合物與先進功能材料，獲得了中國發(fā)明專利25項。突破了合成控制、產(chǎn)品純化、環(huán)保處理與規(guī)模裝備等關鍵技術，形成了1000噸級聚芳醚腈產(chǎn)業(yè)化合成成果及其系列先進復合材料、薄膜、纖維應用技術；獲得了500噸級的鄰苯二甲腈樹脂合成裝備及耐高溫先進復合材料應用技術。取得的大部分發(fā)明成果近三年共產(chǎn)生經(jīng)濟效益超過10億元，取代了部分相關產(chǎn)品的進口。 左圖：芳腈基聚合物，復合材料及加工型材的實物照片 右圖：芳腈基聚合物材料的工業(yè)化生產(chǎn)裝置圖

該成果通過分子設計構(gòu)建了一系列芳腈基聚合物，發(fā)明了熒光性、磁性、導電/介電性的芳腈基聚合物與先進功能材料

利用陽離子聚合物材料結(jié)合游離核酸，發(fā)現(xiàn)聚合物材料可以抑制患者自身游離核酸引起的原代細胞炎癥反應，觀察到納米材料可以通過炎癥導致的高血管通透性富集到動物模型關節(jié)部位，從而顯著抑制關節(jié)的腫脹、骨和軟骨的破壞，并且恢復動物活動能力。研究發(fā)現(xiàn)，陽離子聚合物納米粒子cNP與cfDNA的結(jié)合能力強，能很好地抑制cfDNA對免疫細胞TLR9的激活，能有效抑制cfDNA引起的RA病人關節(jié)積液單核細胞及滑膜樣細胞的炎癥反應。對慢性大鼠關節(jié)炎模型進行靜脈注射cNP以后，其關節(jié)中的積液及軟組織的水腫顯著減少，關節(jié)骨質(zhì)破壞程度降低，關節(jié)滑膜處的炎癥細胞浸潤變少，說明cNP對于類風濕性關節(jié)炎有明顯的療效。治療后模型大鼠的行動力得以恢復，表明cNP還能有效解決RA后期面臨的關節(jié)僵硬而行動不便的問題。

隨著電子封裝技術向著“高密度、薄型化、高集成度”不斷發(fā)展，對聚合物 基電子封裝材料的各項性能提出了更高要求。目前，我國在先進電子封裝材料的 研究和應用上與日本、韓國及歐美發(fā)達國家相比仍有較大差距。團隊通過與無錫 創(chuàng)達新材料股份有限公司、無錫東潤電子材料科技有限公司等企業(yè)開展產(chǎn)學研合 作，研發(fā)了一系列具備自主知識產(chǎn)權(quán)、高附加值以及高性能的電子封裝材料用關 鍵助劑，包括環(huán)氧樹脂增韌劑、環(huán)氧樹脂固化促進劑、高性能有機硅樹脂等，并 獲得江蘇省相關科技計劃項目及人才項目的立項支持。相關功能助劑的應用可有 效提升電子封裝材料的性能，對突破國內(nèi)高檔電子封裝材料研發(fā)生產(chǎn)的技術瓶頸， 提升我國微電子封裝產(chǎn)業(yè)的國際競爭力，具有積極作用。